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)探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。

關(guān)鍵詞：紅外輻射；傳感器；旋轉(zhuǎn)門

1 紅外傳感器簡介

敏感元件不需要與被測介質(zhì)接觸，稱非接觸測溫方法。非接觸測溫在高溫測量方面主要應(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)過程中，并在民用、醫(yī)療等低溫測量方面也得到廣泛應(yīng)用。任何物體處于絕對零度以上時(shí)都會(huì)以一定波長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)到被測物體的實(shí)際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。紅外傳感器是一種非接觸式測溫傳感器，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光。由于紅外輻射是位于可見光中的紅色光線以外的光線，所以又被稱為紅外線。其波長范圍大致為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紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，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到這些物體發(fā)射的紅外線，用于測量、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。而紅外線在通過大氣層時(shí)，有3個(gè)波段透過率高，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)波段對紅外探測技術(shù)特別重要，因此紅外探測器一般都工作在這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)探測機(jī)理可分成為紅外光電探測器（基于光電效應(yīng)）和紅外熱敏探測器（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)闊崮埽共牧系臏囟壬撸妼W(xué)性能發(fā)生變化，人們利用這個(gè)現(xiàn)象制成了測量光輻射的器件，如紅外熱釋電傳感器。

紅外熱敏探測器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)制成的，探測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，通過測量物理參數(shù)的變化，便可確定探測器所吸收的紅外輻射。熱敏探測器主要有熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型等4種類型。其中，熱釋電型探測器應(yīng)用最廣，該探測器是根據(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)型場效應(yīng)管FET、電阻等組成。其中濾光片設(shè)置在紅外線通過的窗口處。

紅外光電探測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、控制電路和輸出級驅(qū)動(dòng)電路等。當(dāng)有信號時(shí)，其輸出端OUT2輸出高電平的控制信號，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（QTEST）通過S1開關(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，該信號分為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；另一路經(jīng)R11使VT2導(dǎo)通，音樂電路VT66AS22得電，將內(nèi)存的“叮咚”音響信號經(jīng)揚(yáng)聲器播放。VT66AS22內(nèi)有驅(qū)動(dòng)級，可直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器B發(fā)聲，6s后曲畢自停。

P2288-10為雙探測器件，其工作電壓為3～15V，窗口波長為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）