1、紅外熱釋電處理芯片BISS0001BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱 釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的 過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、 照明和報警系統(tǒng)。特點*CMOS工藝*數(shù)模混合*具有獨立的高輸入阻抗運算放大器*內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾*內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和圭寸鎖時間定時器*采用16腳DIP封裝管腳圖lOUT 1IH- 1 工肝 2IM- 2LUT VDD IB VC引腳名稱1/O功能說

2、明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng) A為“ 1 ”時，允許重 復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù) 觸發(fā)2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電 平跳變到高電平時視為有 效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和 無VS的上跳變時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)圭寸鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)圭寸鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接 VDD，當(dāng)接“ 0 ”時可使定時器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcvVR時禁止觸發(fā)；當(dāng)Vc>VR時允許觸發(fā)(VR 0.2VDD)10IB

3、-運算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD-工作電源正端1220UT0第二級運算放大器的輸出端132IN-I第二級運算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運算放大器的反相輸入端1610UT0第一級運算放大器的輸出端管腳說明乃巧測試細%電源電圧0. ：i b.餌V輸入/輸出電壓5VVb=5.怕10ni.AT：>nrI -作隘盛少 -<nVITs tg4 ()車卜弋直流耕性參數(shù)（齡;:嫌i嘰外，mz:七）滬測試衆(zhòng)11附值:草位工作皚壓范1秦5'V工榨電酒U磁2；幾501出】輸扎尖誨電出論靜oO輸A貴is電流V«=5V50U開環(huán)血爪

4、壻施V«*5V 、 R m a(K)dB(A1KK找脫抑圈比V5V . Rl醐Q60詢遠放輸也高電半怙二罰V運放輸出低電平km慣a 犠 i 2 '/B0, 75恥蜩輸入離業(yè)半二茁I* 1血財愉入低電牡U. JVh蜩輸出視平vm 雜.1=0. SmA1VVa端輸出低電華5二融,1山叩.ImAVA財輸入海電甲X 5VA怖愉入低電平Vb=5YI. 5V內(nèi)部框圖A匚I r1 匚H：J匚2A匚C認(rèn)匚li SFI HZklf tfrtD IK狀態(tài)控as VIH) II： '.U LIJ RC1工作原理BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定 時器以及封鎖

5、時間定時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。L 不阿靈爼觸址T作方成以下圖所示的不可亶復(fù)融發(fā)工作方賓下的彼瞻"來稅圈冥工作過程.vs n n n nnna i !VCV011i 1Tx'：1以下圖所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形首先，根據(jù)實際需要，利用運算放大器0P1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器 0P2，再進行第二級放大， 同時將直流電位 抬高為VM( P.5VDD)后，將輸出信號V2送到由比較 器C0P1和C0P2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號 Vs。由于VHP.7VDD、VLP.3VDD，所以

6、，當(dāng) VDD=5V 時，可有效抑制土 1V 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。C0P3是一個條件比較器。當(dāng)輸入電壓Vc<VR( 0.2VDD)時，C0P3輸出為低電平封住了與門 U2,禁止 觸發(fā)信號Vs向下級傳遞；而當(dāng) Vc>VR時，C0P3輸出為高電平，進 入延時周期。當(dāng)A端接“ 0”電平時，在Tx時間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。 當(dāng)Tx時間 結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時 啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期 Ti。在Ti時間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)(高電 平)，可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。1 2,同1K刃觸咬

7、丁作方式I以卜櫥所示的可d V謚境-作方'A、曲浪*k*束說明其工柞過程.IV2 申fl. F門一TJ U"-一勺一vs n n nn n n n1iI1" |1 1VC_11 1 1VOL1Tx |Ti|iTi| 以下圖所示的可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形， 來說明其工作過程。 可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在 Vc二“0”、A= “0”期間，信號Vs不 能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc二“ 1 ”、A= “ 1 ”時，Vs可重復(fù)觸發(fā) Vo為有效 狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時間內(nèi)，只要Vs發(fā)生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延 長一個Tx周期

8、；若Vs保持為“ 1 ”狀態(tài)，則Vo 直保持有效狀態(tài)； 若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并 且，同樣在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效 狀態(tài)。應(yīng)用線路圖BISS0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖上圖中，運算放大器 OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大，再經(jīng)由電 壓比較器C0P1和C0P2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信 號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動繼電 器去接通負載。上圖中，R3為光敏電 阻，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，R3的

9、電阻值會降低，使9腳的輸入保持為低電平，從 而封鎖觸發(fā)信號Vs。SW1是工作方式選擇開 關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通 時，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng) SW1與2端連通時，芯片則處 于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。圖中R6可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，原 廠 圖紙選10K，實際使用時可以用3K，可以提高電路增益改善電路性能。 輸出延遲時間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間 Ti由 外部的R10和C6的大小調(diào)整，R9/R10可以用470歐姆，C6/C7可 以選0.1U。紅外檢測專用BISS0001芯片DIP每片2.9元貼片每片3元配套的360度球形菲涅耳透鏡，體積 25x25x25 毫米每個1元相關(guān)

10、鍵連：菲涅爾鏡片的原理和應(yīng)用菲涅爾透鏡（Fresnel lens）是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓， 它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光 潔，紋理清晰，其厚度一般在1mm 左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。菲涅爾透鏡,簡單的說就是在透鏡的一側(cè)有等距的齒紋 .通過這些齒紋，可

11、以達到對指定光譜范圍的光帶通（反射或者折射）的作用. 傳統(tǒng)的打磨光學(xué)器材的帶通光學(xué)濾鏡造價昂貴。菲涅爾透鏡可以極大的降低成本。典型的例子就是PIR （被動紅外線探測器）。PIR廣泛的用在警報器上。如果你拿一個看看，你會發(fā)現(xiàn)在每個PIR上都有個塑料的小帽子。這就是菲涅爾透鏡。小帽子的內(nèi)部 都刻上了齒紋。這種菲涅爾透鏡可以將入射光的頻率峰值限制到10微米左右（人體紅外線輻射的峰值）。成本相當(dāng)?shù)牡汀７颇哥R可以把透過窄帶干涉濾光鏡的光聚焦在硅光電二級探測器的光敏面上。菲涅爾透鏡由有機玻璃制成，不能用任何有機芤？如酒精等）擦拭。除塵時可先用蒸餾水或普通凈水沖洗，再用脫脂棉擦拭。 菲涅爾鏡片是紅外線探

12、頭的“眼鏡”，它就象人的眼鏡一樣，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生誤動作和漏 動作，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。配用得當(dāng)充分發(fā)揮人體感應(yīng)的作用，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。菲涅爾鏡片是根據(jù)法國光物理學(xué)家 FRESNEL發(fā)明的原理采用電鍍模具工藝和 PE （聚乙烯）材料壓制而成。鏡片（0.5mm厚）表面刻錄了一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。圓環(huán)線多而密感應(yīng)角度大，焦距遠；圓環(huán)線刻錄的深 感應(yīng)距離遠，焦距近。紅外光線越是靠進同心環(huán)光線越集中而且越強。同一行的數(shù)個同心環(huán)組成一個垂直感應(yīng)區(qū)，同心環(huán)之間 組成一個水平感應(yīng)段。垂直感應(yīng)區(qū)越多垂直感應(yīng)角度越大；鏡片越長感應(yīng)段

13、越多水平感應(yīng)角度就越大。區(qū)段數(shù)量多被感應(yīng)人體 移動幅度就小，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大。不同區(qū)的同心圓之間相互交錯，減少區(qū)段之間的盲區(qū)。區(qū)與區(qū)之間， 段與段之間，區(qū)段之間形成盲區(qū)。由于鏡片受到紅外探頭視場角度的制約，垂直和水平感應(yīng)角度有限，鏡片面積也有限。鏡片 從外觀分類為：長形、方形、圓形，從功能分類為：單區(qū)多段、雙區(qū)多段、多區(qū)多段。圖（1）是常用鏡片外觀示意圖：圖（2）是常用三區(qū)多段鏡片區(qū)段劃分、垂直和平面感應(yīng)圖。當(dāng)人進入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過鏡片被聚集在遠距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個適當(dāng)?shù)慕咕啵t外光正好被探頭接收，探頭將光

14、信號變成電信號送入電子電路驅(qū)動負載工作。整個 接收人體紅外光的方式也被稱為被動式紅外活動目標(biāo)探測器。鏡片主要有三種顏色，一、聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形。二、白色主要用于適配外殼顏色。三、黑色用于 防強光干擾。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號（以年號 +系列號命名），鏡片主要參數(shù)：1、外觀描述一一外觀形狀（長、方、圓）、尺寸（直徑）。以毫米為單位。2、探測范圍一一指鏡片能探測的有效距離（米）和角度。3、焦距一一指鏡片與探頭窗口的距離，精確度以毫米的小數(shù)點為單位。長形和方形鏡片要呈弧形以焦距為單位對準(zhǔn)探頭窗口。 見圖（3A ）示意圖。鏡片與探頭的配合

15、應(yīng)用一一我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點對7 14um的紅外波長特別敏感的 TO5材料連接著場效管。見圖（3B）所示。靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補技術(shù)，不會產(chǎn)生電信號輸出。動態(tài)情況下，人體經(jīng)過探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號輸出，見圖（ 3C）。當(dāng)人對著探頭呈 垂直狀態(tài)運動，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號輸出。因此，探測器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜。根據(jù)以上原 理探頭與鏡片結(jié)合可以做成以下感應(yīng)方式的人體探測器。A、單區(qū)多段水平式和單區(qū)多段垂直式：特征：圖（4）單

16、區(qū)多段水平式感應(yīng)角度大，這是探頭水平視場角度大的緣故，形成一個長方形扇面感應(yīng)區(qū)，單區(qū)多段水平式亦稱水平幕簾式感應(yīng)，此感應(yīng)方式能避開上下紅外線干擾。圖（5）單區(qū)多段垂直式感應(yīng)角度小， 這是探頭垂直視場角度小的緣故，形成一個垂直形扇面感應(yīng)區(qū)，單區(qū)多段垂直式亦稱垂直幕簾式感應(yīng)，此感應(yīng)方式能避開左右紅外線干擾。圖（6）探頭與鏡片配合不符合Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值的要求，因此感應(yīng)不靈敏。采用雙區(qū)同心圓相近的鏡片也能達到幕簾式感應(yīng)效果。單區(qū)多段和雙區(qū)多段多用于局部區(qū)域感應(yīng)。B、多區(qū)多段感應(yīng)式和多區(qū)多段圓錐體式。特征：圖（7）是多區(qū)多段感應(yīng)式探頭與鏡片對應(yīng)位置和探測效果圖，多區(qū)多段感應(yīng)式多

17、用于掛墻式安裝，傾斜向下探測三個不 同的區(qū)域。圖（8）是多區(qū)多段圓錐體感應(yīng)式，多用于吸頂式安裝，直接向下探測。采用雙源探頭配用圓形鏡片感應(yīng)方向圖不似 圓錐體，因為探頭水平視角大于垂直視角而且出現(xiàn)Sa=Sb的現(xiàn)象，圓錐體效果圖會中間凹陷。如果圓形鏡片配用四源探頭，感應(yīng)方向圖更趨似圓錐體，見圖（8）探測效果圖。多區(qū)多段感應(yīng)式和多區(qū)多段圓錐體式感應(yīng)區(qū)域?qū)拸V，多用于大面積探測。圖（9）探頭與鏡片配合不符合要求，圖（9）左圖鏡片放反，右圖探頭設(shè)置在鏡片中間，均無遠距離感應(yīng)效果，下盲區(qū)加大，出現(xiàn)不感 應(yīng)現(xiàn)象。C、另類探測效果的方法。探頭與鏡片偏離，產(chǎn)生不同的探測方向和效果。探頭偏上，探測方向向下，見圖（1

18、0）。同理，探頭偏下，探測方向向上。探頭偏左，探測方向向右，見圖（11 ）。同理，探頭偏右，探測方向向左。探頭偏45度，降低人體活動受方向的限制， 見圖（12 ） o 探頭偏45度且稍微傾斜，適宜探測狹長區(qū)域。D、增強探測動作靈敏度的方法。前面已經(jīng)闡述區(qū)段數(shù)量越多被感應(yīng)人體移動幅度就越小，因此，選用區(qū)段多且密的鏡片就能增強探測動作靈敏度，人體只要在 感應(yīng)的有效范圍內(nèi)稍微移動就有效。段密度高的鏡片在50mm長度有26段之多。E、增強抗干擾的方法。從前面闡述的原理中得知，區(qū)段數(shù)量少被感應(yīng)人體移動幅度就要大，選用區(qū)段數(shù)量少的鏡片就能減少誤動作，一是人體運動幅 度要大二是區(qū)段數(shù)量少的鏡片形成局部探測，

19、減少外圍干擾源。隨著人體感應(yīng)器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，鏡片種類越來越多，應(yīng)用的針對性越來越強配套的熱釋電元件RE200B體積：每個5.8元靈敏元面積2.0 X1.0mm2基片材料硅基片厚度0.5mm工作波長7-14阿平均透過率 75%輸出信號 2.5V(420 °黑體1Hz調(diào)制頻率0.3-3.0HZ 帶寬72.5db增益)噪聲v 200mV(mVp-p) (25 C)平衡度v 20%工作電壓 2.2-15V工作電流8.5-24識(VD=10V,Rs=47k Q,25 C)源極電壓0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47k Q,25 C)工作溫度-20 C - +70 C保存溫度-35 C

20、 - +80 C視場 139 ° X26 °說明 該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。1、上述特性指標(biāo)是在源極電阻 R2=47K Q條件下測定的，用戶使用傳 感器時，可根據(jù)自己的需要調(diào)整 R2的大小。2、注意靈敏元的位置及視場大小，以便得到最佳光學(xué)設(shè)計。3、 所有電壓信號的測量都是采用峰一峰值定標(biāo)。平衡度B中的EA和EB分別表示兩個靈敏元的電壓輸出信號的峰一峰值。4、 使用傳感時，管腳的彎曲或焊接部位應(yīng)離開管腳基部4mm以上。5、 使用傳感器前，應(yīng)先參考說明書，尤其要防止接錯管腳熱釋電

21、紅外傳感控制器1、實驗?zāi)康模海?）了解熱釋電型紅外傳感器件的工作特性、菲濕耳透鏡的作用。（2）學(xué)習(xí)運算放大器作前置多級放大和窗口式電壓比較器、定時積分器等電路組合應(yīng)用。（3）掌握熱釋電紅外傳感控制器的電路調(diào)試方式。2、工作原理：本裝置電路主要由紅外傳感器 BH、放大器、窗口比較器、開機延時器、輸出定時器及控制輸出等電路組成。紅外傳感器 BH能在較遠的距離探測到由人體移動所發(fā)出的微弱紅外線，當(dāng)BH檢測到人體移動所發(fā)出的714阿 的紅外信號后，BH中的s腳便輸出極微弱的信號直接送到IC1a放大器的同相輸入端，IC1a對信號放大約2200倍后，再由電容C1藕合到IC1b作進一步放大。IC1C、C1d

22、構(gòu)成窗口式電壓比較器，當(dāng)IC1d輸出電壓幅度在UA和UB之間時（小于UA，大與UB）, IC1c、IC1d的輸出端均無電平輸出；當(dāng)IC1b輸出電壓幅度大于UA或小于UB時，IC1C、IC1d的輸出端分別都會有高電平輸出，經(jīng)二極管VD1、VD2相互隔離和“或”的作用從P點輸出控制脈沖信號。RW用于設(shè)定窗口的閾值電平，調(diào)節(jié)RW可調(diào)節(jié)檢測器的靈敏度。IC2a和IC2C等原件是作開機延時電路（剛開機時，電路各工作點尚還未被建立，P點電壓處于不穩(wěn)定狀態(tài)）。由于電容C3的二端電壓不能突變，IC2C的正輸入端瞬間為1，故它的輸出也為1，通過二極管VD4向電容C4充電，貝U IC2a負端也為高電平，輸出為低電

23、平，故 P點電平就被箝 在低電平上，保證了輸出為低電平。之后隨著電容 C4通過R4、R3的放電，IC2a的負輸入端電位變低（小于1/2VCC ），則輸出為高電平，二極管VD2被截止，此時P點電平就成了穩(wěn)定狀態(tài)。IC2b為P點電壓輸出比較器。IC2d等器件構(gòu)成輸出控制電路的積分延時 器。改變電容C5的容量，則就可改變輸出延時的時間。3. 安裝與調(diào)試：在制作熱釋紅外線傳感器中，可以邊安裝邊調(diào)試，當(dāng)然也可以全部安裝完畢后再 作總調(diào)。總之，首先要掌握它的工作原理，然后就能迎刃而解。剛開始可以先不裝 菲涅耳透鏡進行調(diào)試，把手在BH上作來回移動，IC1b輸出否有較大電平變化，因為IC1a 和 IC1b是該

24、電路前置放大器，增益過高信號會產(chǎn)生漂移，過低會使增益下降，被測距離 變近。所以在調(diào)試中一定要二者兼顧，缺一不可。然后再調(diào)節(jié)Rw，使檢測反應(yīng)最為靈敏。開機延時時間應(yīng)略大于P點電壓的穩(wěn)定時間。輸出工作時間的長短要根據(jù)實際控 制需要而定。最后加上菲涅耳透鏡再作進一步的調(diào)整。 對紅外傳感來說不加透鏡探測半 徑較近，配上透鏡后，其探測距離將十倍的增加。4. 學(xué)習(xí)與思考：(1)在熱釋電紅外傳感器中，為什么要加窗口式電壓比較器電路？(2)熱釋電紅外線傳感器可應(yīng)用在什么地方？5 .資料與介紹：熱釋電型紅外傳感器件。熱釋電型紅外傳感器件是根據(jù)某些強介電質(zhì)材料的熱釋電效應(yīng)而制成的一種新穎傳感器，所謂熱釋電效應(yīng)是強

25、介電質(zhì)材料的表面溫度發(fā)生變化時，這些材料的表面就會產(chǎn)生電荷的變化。這鐘現(xiàn)象在鈦酸鋇等強介電質(zhì)材料上表現(xiàn)尤為顯著，通常在這類晶體的上下表面設(shè)置電極，并在上表面加以黑色膜，如有紅外線間隙地照射，使其表面溫度發(fā)生變化，其晶體內(nèi)部的原子排列也隨發(fā)生變化， 因而引發(fā)極化電荷，電極間就有相應(yīng)電壓輸出。器件簡介：適用制作熱釋電型紅外傳感器的光敏材料很多，使用最多的有：陶瓷氧化物（PbTiO3 ）鉭酸鋰（LiTaO3）、硫酸三甘肽（LATGS）及鈦鋯酸鉛（PZT）等。熱釋電型紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意見圖（a）所示。傳感器的敏感元件是 PZT （或其/、他材料），在它的上下兩面做上電極，并在表面加以一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)換效率。它的等效電路是一個在負載