一、热释电红外传感器的工作原理:
图1开始的阶段(T),在没有红外照射下,热释电红外传感器的温度没有变化,传感器表面的电荷处于中和状态,正负电子对等(A),此时,传感器没有输出(0)。图1第二阶段(T+△T),有温度变化时,在人体红外线的照射下,热释电红外传感器的温度如果上升△T,那么传感器表面的电荷就如图2(B)所示的那样发生相应的变化。如果温度变化为△T,其对应的电荷变化就产生△V的变化,因此,传感器输出△V。随着时间的延长,传感器表面就会重新吸附空气中的离子并相互抵消由此而达到如图2C所示的中和状态。此时,传感器又恢复到没有输出(0),如图3所示。
当温度下降时,温度又回到原来的状态(T),其自由极化状态如图2D所示。由于温度的下降变化(相对而言)过程与温度上升变化相反,所以,传感器表面的电荷变化与上升时变化过程刚好相反,是个反过程。因此,传感器的输出信号就是-△V,如图3所示。同理,随着时间的延长,传感器的表面也会重新吸附空气中的离子,而使传感器的输出信号再次为零。
传感器对人体活动信息的感应全过程输出信号如图3所示。从传感器输出图中不难看出,传感器对人体活动的一个动作所输出的信号是一个完整的波形。在实验时,如果用放大器把该信号放大,再用示波器观察就是一个正脉冲和一个负脉冲。也就是说,传感器感应到的一个移动信号近似于一个完整的1Hz脉冲信号。
二、基于BISS0001热释电红外传感器电路
R3光敏电阻:
光照产生载流子,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源正,空穴奔向电源负。无光照时电子空穴复合。
VM=0.5VDD VR=0.2VDD VH=0.7VDD VL=0.3VDD
三、基于LM324热释电红外传感器电路
1、5V电源通过R1给透镜供电,R1的作用的限流,C1是电源滤波,其稳定电压的作用。
2、C2和R2构成高通滤波器,隔离透镜输出的直流分量。
3、由于运放采用单电源供电,R3、R5、C3为运放A1提供一个2.5V的参考电压。
4、运放A1、R4、R6、C4构成积分器,相当于低通滤波器,滤除低频噪声,同时,放大有效信号。
5、C5再次隔离直流分量。
6、R8、R9、C9为运放A2提供一个2.5V的参考电压。
7、运放A2、R7、R10、C8构成积分器,相当于低通滤波器,滤除高频噪声,有效信号比例缩小。
8、A3、A4等构成差分放大电路,输出经二级管检波为直流电压。
四、注意事项
使用时:
1、避免灯光直射透镜
2、尽量避免流动的风、正对发热电器
3、感应模块要密封
4、当环境温度与人体温度持平时,感应最不灵敏
电路设计时:
1、采用标准BIS0001 PDF文档推荐电路。
2、PCB布线时PIR至BIS0001输入端走线应尽量短,并远离继电器等易产生干扰的输出器件。
3、PIR输出后的信号被放大近5000倍,因此很容易产生自激震荡或带来干扰。可通过改变IC外接电阻来适当降低电路的增益。
4、PCB的5V端与地焊接一枚220uF电容和一枚104瓷片电容。
5、将封锁报警和报警延时的两枚0.1uF电容改为0.01uF,缩短时间,以方便调试。
6、高级应用时可考虑增加温度补偿电路,抵消冬夏不同温度带来的放大电路温漂。
7、印刷电路板设计时考虑电磁兼容问题。
8、如果采用稳压电源供电,搞好滤波电路部分设计。PIR的供电采用三级积分电路,进一步滤除脉冲干扰!LC滤波应该效果更好,L=10mH,C=1uF。电源进线处加共模电感。
9、如果采用电池供电,最好使用低功耗5伏的LP2950,静态电流为75uA,可使用数月。78L05静态电流为3mA,7805为8mA。
π型LC滤波器计算:
1、简单的π型LC低通滤波器,其截止频率 Fc=1/π根号(LC),标称特性阻抗Rld=根号(L/C),若给定Rld和Fc就可按下式计算出元件的数值。L=Rld/πFc,C=1/πFcRld。(C=C/2+C/2)。
2、常用的无源无损滤波器(LC 滤波器)的结构形式有LC 型、LT 型、T 型和π 型等。采用LC/LT 型滤波器时,往往由于源与滤波器端阻抗的不匹配导致电路在某一频率下和电路中其它元件产生谐振,影响电路的正常工作。因此,通常在滤波器“源”或“负载”端再增加一个滤波电容,改变滤波器入端的阻抗,即构成π型滤波电路。来自“源”或“负载”的噪声先经过低阻抗的滤波电容回路,再进入LC 型滤波电路。同样,这样的滤波电路也可以同时抑制来自电源和电路侧的噪声和谐波信号。