紅外傳感自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計(jì)

呂珊珊

摘 要：本設(shè)計(jì)中的紅外傳感自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門是在紅外熱釋電傳感器為核心的基礎(chǔ)上，加上紅外傳感控制電路、電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路、樂(lè)曲發(fā)聲電路以及交流降壓整流電路組成整體控制結(jié)構(gòu)。紅外傳感器是把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。

關(guān)鍵詞：紅外輻射；傳感器；旋轉(zhuǎn)門

1 紅外傳感器簡(jiǎn)介

敏感元件不需要與被測(cè)介質(zhì)接觸，稱非接觸測(cè)溫方法。非接觸測(cè)溫在高溫測(cè)量方面主要應(yīng)用于冶金、鑄造、熱處理，以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，并在民用、醫(yī)療等低溫測(cè)量方面也得到廣泛應(yīng)用。任何物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)都會(huì)以一定波長(zhǎng)電磁波的形式向外輻射能量，只是在低溫段的輻射能量較弱。由于感溫元件只接收輻射能，不必達(dá)到被測(cè)物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒(méi)有上限，可以測(cè)量高溫。紅外傳感器是一種非接觸式測(cè)溫傳感器，可將紅外輻射的能量轉(zhuǎn)換成電能。

紅外輻射是一種不可見(jiàn)光。由于紅外輻射是位于可見(jiàn)光中的紅色光線以外的光線，所以又被稱為紅外線。其波長(zhǎng)范圍大致為0.76～1000?m。工程上又把紅外線所占據(jù)的波段分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外4部分。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。一個(gè)熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過(guò)紅外線輻射出來(lái)的。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)，而且紅外線被物體吸收時(shí)，可以顯著地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/p>

紅外傳感器可以檢測(cè)到這些物體發(fā)射的紅外線，用于測(cè)量、成像或控制。紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，它在真空中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相同。紅外輻射在大氣中傳播時(shí)，由于大氣中的氣體分子、水蒸氣以及固體微粒、塵埃等物質(zhì)的散射、吸收作用，使輻射在傳輸工程中逐漸衰減。而紅外線在通過(guò)大氣層時(shí)，有3個(gè)波段透過(guò)率高，它們是2～2.6?m、3～5?m和8～14?m，統(tǒng)稱為“大氣窗口”。這3個(gè)波段對(duì)紅外探測(cè)技術(shù)特別重要，因此紅外探測(cè)器一般都工作在這3個(gè)波段之內(nèi)。

紅外傳感器（又稱紅外探測(cè)器）是把紅外輻射轉(zhuǎn)換成電量變化的裝置。紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為紅外光電探測(cè)器（基于光電效應(yīng)）和紅外熱敏探測(cè)器（基于熱效應(yīng)）。前者可直接把紅外光轉(zhuǎn)換成電能，如紅外光敏電阻和紅外PN結(jié)型光生伏特器件可用于遙感成像方面；而后者則是吸收紅外光后變?yōu)闊崮?，使材料的溫度升高，電學(xué)性能發(fā)生變化，人們利用這個(gè)現(xiàn)象制成了測(cè)量光輻射的器件，如紅外熱釋電傳感器。

紅外熱敏探測(cè)器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，探測(cè)器的敏感元件為熱敏元件，它吸收輻射后引起溫度升高，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量物理參數(shù)的變化，便可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。熱敏探測(cè)器主要有熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型等4種類型。其中，熱釋電型探測(cè)器應(yīng)用最廣，該探測(cè)器是根據(jù)熱釋電效應(yīng)制成的（一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)），它主要由外殼濾光片、熱釋電元件、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管FET、電阻等組成。其中濾光片設(shè)置在紅外線通過(guò)的窗口處。

紅外光電探測(cè)器可直接把紅外光轉(zhuǎn)換成電能，例如，紅外光敏電阻和紅外PN結(jié)型光生伏特器件，主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等方面。

2 自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門控制電路包括熱釋電紅外傳感頭、紅外傳感控制電路、電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路、樂(lè)曲發(fā)聲電路以及交流降壓整流電路等。

該控制電路的紅外傳感頭包括P2288-10型熱釋電紅外傳感器（PIR）和與之相配的菲涅爾光學(xué)透鏡。WT8075是采用CMOS工藝制造的低功耗紅外傳感專用集成電路，其內(nèi)部集成有兩級(jí)高增益運(yùn)算放大器、比較電路、系統(tǒng)振蕩器、延時(shí)電路、鎖定電路、控制電路和輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電路等。當(dāng)有信號(hào)時(shí)，其輸出端OUT2輸出高電平的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)外接的三極管或負(fù)載。

由于熱釋電紅外傳感器在加電后到穩(wěn)定工作需要約30s的加熱時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，WT8075的輸出處于閉合狀態(tài)，即系統(tǒng)不工作。若將WT8075快速自檢測(cè)（QTEST）通過(guò)S1開(kāi)關(guān)接高電平（VDD），則可使閉合時(shí)間從30s縮短為16～25s。WT8075的TB端為芯片系統(tǒng)振蕩器輸入端，由R5和C5決定該系統(tǒng)振蕩器的振蕩頻率約4000Hz，CDS端為光控端，可通過(guò)外接光敏電阻器進(jìn)行光控，當(dāng)CDS端為低電平時(shí)，整個(gè)電路不工作。此控制電路不需要光控，因此，將CDS端與VDD相連。TCI端為WT8075的輸出時(shí)間控制端，通過(guò)調(diào)節(jié)外接阻容網(wǎng)絡(luò)的RPI和C11時(shí)間常數(shù)可改變輸出脈沖寬度，時(shí)間常數(shù)越大，脈沖寬度越大。

在開(kāi)機(jī)30s時(shí)，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定工作狀態(tài)，當(dāng)有人進(jìn)入紅外傳感探測(cè)視區(qū)內(nèi)時(shí)，WT8075便輸出一定寬度的高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)分為2路：一路使VT1導(dǎo)通，觸發(fā)晶閘管VS導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)M上電運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)電動(dòng)門打開(kāi)；另一路經(jīng)R11使VT2導(dǎo)通，音樂(lè)電路VT66AS22得電，將內(nèi)存的“叮咚”音響信號(hào)經(jīng)揚(yáng)聲器播放。VT66AS22內(nèi)有驅(qū)動(dòng)級(jí)，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器B發(fā)聲，6s后曲畢自停。

P2288-10為雙探測(cè)器件，其工作電壓為3～15V，窗口波長(zhǎng)為7～15?m，使用環(huán)境溫度為-40～60℃。VT1和VT2為小功率三極管9013。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率，VS選用1.6A/400V的TLC223型或3A/400V的TLC226型塑封雙向晶閘管，VD選用IN4004型整流二極管，VDW選用散耗功率Pzm為1W的2CW103型（5V）穩(wěn)壓二極管，R13選用RJ-2W-680kΩ型金屬膜電阻器，RPI選用WH7型合成膜電位器，其余電阻均采用RT-1/8W型碳膜電阻器，C14選用CBB-400V-0.68pF型聚丙烯電容器；B選用0.25W的YD57-2型電動(dòng)式揚(yáng)聲器。

參考文獻(xiàn)

[1]朱志偉.傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)[M].南京大學(xué)出版社，2012.

[2]李智明.電氣控制與PLC及變頻器技術(shù)應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2012.

（作者單位：永城職業(yè)學(xué)院）