1、塔里木大學(xué)2017屆課程設(shè)計紅外感應(yīng)開關(guān)的設(shè)計課程設(shè)計說明書學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) 班 級 指導(dǎo)教師 教師職稱 塔里木大學(xué)教務(wù)處制目錄摘要21.緒論32. 紅外感應(yīng)開關(guān)電路原理42.1紅外感應(yīng)開關(guān)電路圖42.2元件圖表52.3注意事項：63.1紅外光波譜63.2 紅外收發(fā)系統(tǒng)64.紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較74.1傳統(tǒng)開關(guān)的缺陷74.2紅外線感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)勢74.3方案設(shè)計85.設(shè)計調(diào)試85.1 調(diào)試前不加電源的檢查85.2 靜態(tài)檢測與調(diào)試95.3 動態(tài)檢測與調(diào)試96.CD4093單片機97. PCB板實體圖108.總結(jié)119.致謝1310.參考文獻

2、14摘要本文介紹了紅外線感應(yīng)開關(guān)的原理，采用紅外探頭將接收到的微弱信號加以放大，然后驅(qū)動繼電器，制成紅外感應(yīng)開關(guān)。本開關(guān)能探測來自環(huán)境中物體的紅外輻射，探測環(huán)境中存在感應(yīng)到的物體，開關(guān)會自動開啟。該設(shè)計可作為企業(yè)、賓館、商場及住宅的走廊、樓梯、電梯間、衛(wèi)生間、庫房等處的自動開關(guān)，起到自動化的作用，既新穎方便，又節(jié)約用電，在某些場所還能起到威懾盜竊活動的防范作用。科技使人們的生活更美好。進入21世紀以來，科學(xué)技術(shù)不斷地飛速發(fā)展，電子類技術(shù)更是不斷地改變著人們的生活。從常見的手機到翱翔在太空的宇宙衛(wèi)星，各種電子類產(chǎn)品是現(xiàn)代人們必不可少的工具，滲透在人們的日常生活中。本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，本身不發(fā)任何類型

3、的輻射，器件功耗很小，價格低廉，隱蔽性好，應(yīng)用范圍廣，所以可以通過擴展而達到實際的應(yīng)用。本課程設(shè)計主要通過紅外線感應(yīng)開關(guān)的制作，深入淺出地學(xué)習(xí)其設(shè)計，工作原理以及其工作環(huán)境、效率等，為日后進一步學(xué)習(xí)和以后工作學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：紅外線 感應(yīng)開關(guān) 自動化 1.緒論紅外傳感器是一種能檢測物體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。早在1938年，有人提出過利用電磁效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動了對感應(yīng)電效應(yīng)的研究和對感應(yīng)效應(yīng)晶體的應(yīng)用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。它目標(biāo)正在被廣

4、泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中。以替代傳統(tǒng)光源的節(jié)能環(huán)保光源。LED以其較之于傳統(tǒng)照明光源所沒有的優(yōu)勢，諸如較低的功率需求、較快的響應(yīng)速度、綠色環(huán)保以及不斷快速提高的發(fā)光效率等，成為目前我國今后照明系統(tǒng)發(fā)展的方向。基于目前國內(nèi)國際形勢，尤其是能源緊缺，智能照明必是以后照明系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能照明將會使人們利用起來更加便利，改善家庭環(huán)境，不僅為建筑照明提供多種的藝術(shù)效果，而且使燈具控制和維護變得更為簡單，而且具有可靠性高、安裝布線容易。智能化已經(jīng)成為當(dāng)今建筑發(fā)展的主流技術(shù)，涵蓋從空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)到安全防范系統(tǒng)以及完善的計算機網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)。但是長期以來，智能照明在國內(nèi)一直被忽視，大多數(shù)建筑物仍

5、然沿用傳統(tǒng)的照明控制方式，部分智能大廈采用樓宇自控（BA）系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但也只能實現(xiàn)簡單的區(qū)域照明。相比之下，智能照明系統(tǒng)體現(xiàn)出強大的優(yōu)越性，它在智能建筑中的應(yīng)用越來越廣泛。智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用效果如下：a. 改善工作環(huán)境，提高工作效率。b. 可觀的節(jié)能效果。智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電力電子技術(shù)，能對大多數(shù)燈具進行智能調(diào)光。當(dāng)室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度則自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。除此之外，智能照明的管理系統(tǒng)采用設(shè)置照明工作狀態(tài)等方式，通過智能化管理實現(xiàn)節(jié)能。 c. 提高管理水平，減少維護費用。智

6、能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且將大大減少大樓的運行維護費用，并帶來較大的投資回報。2. 紅外感應(yīng)開關(guān)電路原理 功能特點：基于紅外線感應(yīng)技術(shù)的自動控制產(chǎn)品，當(dāng)有物體進入開關(guān)感應(yīng)范圍時，專用傳感器探測到人物體紅外光譜的變化，開關(guān)自動接通負載。物體不離開且在活動，開關(guān)持續(xù)導(dǎo)通；物體離開后，開關(guān)延時自動關(guān)閉負載，親切方便，安全節(jié)能。 具有探測功能：無觸點電子開關(guān)，延長負載使用壽命。安裝調(diào)試，因開關(guān)左右兩側(cè)比上下兩側(cè)的感應(yīng)范圍大，所以安裝開關(guān)時，應(yīng)使其正軸線與物體的運動方向盡量相垂直，這樣可以達到最佳感應(yīng)效果。

7、安裝好開關(guān)后加電，當(dāng)紅外感應(yīng)開關(guān)探測到環(huán)境中物體運動，開關(guān)就會自動開啟。 紅外感應(yīng)開關(guān)由紅外發(fā)射電路和紅外接收、控制電路組成。2.1紅外感應(yīng)開關(guān)電路圖工作電壓：12V2.2元件圖表元件名稱數(shù)量元件名稱數(shù)量PCB板19013三極管1CD4093直插1100歐 1W電阻114腳IC插槽133歐 1W電阻1KF301-2P接線座2105藍白電位器112V繼電器11K電阻31N4007二極管210K電阻31N4148二極管322K電阻13MM發(fā)光二極管 紅色182K電阻2940紅外發(fā)射光（白色）1220K電阻2940紅外接收管（黑色）15.1M電阻19012三極管410M電阻147UF25V電解電容1

8、104獨石電容3100UF25V電解電容12.3注意事項：對照原理圖，印刷電路板及元件，整理元件清單分清各元件，不要急于動手。1.電阻不分正、負極，但是注意電阻值；電容和發(fā)光二極管有極性，長正、短負，不要弄錯。2.一個焊點的焊接時間盡量控制在2秒內(nèi)，力求做到不虛焊，短路，焊點圓潤光滑。3.認真分析電路，注意元器件的接放位置，認真構(gòu)思電路，布好線路。4.在進行元器件焊接時，要注意安全，防止?fàn)C傷。5.調(diào)試時人體盡量遠離感應(yīng)區(qū)域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到，還有調(diào)試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作.3.1紅外光波譜通常，將電磁波波譜中間間隔為0.76到10

9、00m的波段曾稱為紅外光譜區(qū)。一般把紅外光譜分為即近紅外、中紅外、中遠紅外和遠紅外區(qū)四個區(qū)域。采用近紅外光作為紅外遙控的光源，其原因主要如下： 一般的接收用的光電二極管、光敏三極管大都采用硅半導(dǎo)體材料制作而成，這類管子對波長為780到1550nm的紅外光的探測靈敏度最高。紅外光發(fā)射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs等半導(dǎo)體材料制作的紅外發(fā)光二極管，發(fā)射波長在880到1700nm范圍內(nèi)，這與硅光電接收器件的相應(yīng)波長相匹配，使探測靈敏度高，提高了工作效率。 3.2 紅外收發(fā)系統(tǒng) a. 驅(qū)動方式 紅外發(fā)光二極管是一種由PN結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長

10、的近紅外光，投入到實踐當(dāng)中。驅(qū)動方式除直流電流驅(qū)動方式外，發(fā)光二極管還有交流電流驅(qū)動方式和脈動電流驅(qū)動方式等。在紅外遙控系統(tǒng)中，通常采用脈動電流驅(qū)動方式，即脈沖式紅外光發(fā)射方式，而不采用恒定直流驅(qū)動方式，即平均發(fā)射方式， b. 紅外接收系統(tǒng)的組成 紅外光遙控接收系統(tǒng)主要由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成。在紅外發(fā)射電路中，脈沖信號由波形發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)驅(qū)動級放大后驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，使紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一段等頻率的紅外光脈沖信號。c 紅外遙控系統(tǒng)的控制方式 紅外光遙控系統(tǒng)分為單通道紅外遙控開關(guān)方式、單通道步進式紅外遙控方式、雙光束紅外遙控方式、多通道紅外遙控方式。4.紅外控制和傳統(tǒng)開關(guān)控制的比較

11、 4.1傳統(tǒng)開關(guān)的缺陷 沒有簡單的方法實現(xiàn)全開全關(guān)的操作，離家前還得檢查一遍是否所有的燈已經(jīng)關(guān)閉，非常麻煩。雙控開關(guān)布線復(fù)雜，更無法實現(xiàn)三控和多控。在裝修好的房子里增加燈和開關(guān)，就會破壞裝修，房間越大就越不方便。關(guān)燈原理不合乎節(jié)能的要求。因力，由于關(guān)燈不方便，造成關(guān)燈不及時而且浪費電，而不能像紅外感應(yīng)開關(guān)那么方便，只有更換燈泡才能解決問題。4.2紅外線感應(yīng)開關(guān)的優(yōu)勢集中控制和多種操作功能：在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。開燈時，燈光由昏暗變明亮，關(guān)燈時，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖，保護眼睛。而且避免大電流和高溫

12、的突變對燈絲的沖擊，保護燈泡，延長使用壽命。4.3方案設(shè)計 采用一種單通道的控制方式,此方式是最簡潔的紅外線遙控方式。執(zhí)行機件可以是繼電器或可控硅器件，達到控制對象開、關(guān)的目的。下圖給出了單通道紅外感應(yīng)控制開關(guān)電路的組成及控制原理：。 感應(yīng)電路 信號放大電路 開關(guān)控制電路紅外發(fā)射 單片機 開關(guān)控制 紅外接收 5.設(shè)計調(diào)試 控制電路板的安裝與調(diào)試在整個電路的設(shè)計中占有重要位置，它是把理論付諸實踐的過程，也是把紙面設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H產(chǎn)品的必經(jīng)階段。對試驗階段的電路板的安裝一般有兩種方式即焊接方式和面包板插接方式。使用面包板焊接更加方便，容易更換線路和器件，而且可以多次使用。本設(shè)計常用的調(diào)試儀器有：萬用

13、表、穩(wěn)壓電源、信號源等。5.1 調(diào)試前不加電源的檢查 對照電路圖和實際線路檢查連線是否正確，包括錯接、少接、多接等；用萬用表電阻檔位檢查焊接和接插口是否良好；元器件引腳之間有無短路，連接處有無接觸不良，二極管、三極管、集成電路和電解電容的極性是否正確；電源供電包括極性、信號源連線是否正確；電源端對地是否存在短路（用萬用表測量電阻）。 經(jīng)過上述檢查，我們發(fā)現(xiàn)我們所設(shè)計的電路存在錯接和連接處不良接觸的問題，經(jīng)過細心的檢查后，解決了上述的一些電路上的問題。5.2 靜態(tài)檢測與調(diào)試 斷開信號源，把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源接入電路，用萬用表電壓檔位監(jiān)測電源電壓，觀察有無異?，F(xiàn)象：如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙

14、，電源短路等，如發(fā)現(xiàn)異常情況，立即切斷電源，排除故障。我們的電路在此項測試中如無異常情況，接著我們又分別測量各關(guān)鍵點直流電壓，如靜態(tài)工作點、放大電路輸入、輸出端直流電壓等是否在正常工作狀態(tài)下，結(jié)果有個別電路不符，經(jīng)過調(diào)整電路元器件參數(shù)、更換元器件，使電路最終工作在合適的工作狀態(tài)。 5.3 動態(tài)檢測與調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進行的，調(diào)試的方法地在電路的輸入端加上所需的信號源，并循著信號的注射逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，如必要，要對電路參數(shù)作進一步調(diào)整。發(fā)現(xiàn)問題，要設(shè)法找出原因，排除故障，繼續(xù)進行。6.CD4093單片機d4093由四個2輸入端施密特觸發(fā)器電路

15、組成。每個電路均為在兩輸入端有斯密特觸發(fā)功能的2輸入與非門。每個門在信號的上升和下降沿的不同點開、關(guān)。上升電壓(V P)T和下降電壓(V N)之差定義為滯后電壓 (V T)。7. PCB板實體圖正面板反面板8.總結(jié)這篇設(shè)計詳細介紹了基于單片機的紅外感應(yīng)開關(guān)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)；分析了紅外感應(yīng)技術(shù)的原理，清晰的總結(jié)出紅外發(fā)射電路和接收電路的工作原理和技術(shù)要求。并針對其特點，采用感應(yīng)信號放大方法，通過放大電路的構(gòu)建，成功解決了信號微弱的問題。其次，本設(shè)計在對現(xiàn)有紅外感應(yīng)技術(shù)的大量文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了運用先進的單片機系統(tǒng)制作多功能紅外感應(yīng)開關(guān)，使其在原始控制開關(guān)的基礎(chǔ)上，增加了更加智能化的感應(yīng)控

16、制的功能，使得本次設(shè)計的紅外感應(yīng)控制開關(guān)更加的具有實用性。通過實驗表明，在有效距離（實驗室內(nèi)）里我們成功的利用紅外線感應(yīng)來控制開關(guān)的閉合，電磁繼電器隨著紅外感應(yīng)的變化發(fā)出正常的聲響。由于先前進行了嚴格的器件的挑選，整個紅外感應(yīng)控制器系統(tǒng)的靈敏度、測量精度、穩(wěn)定性都有不錯的表現(xiàn)，達到了本次設(shè)計的要求。按照該流程設(shè)計電路若要設(shè)計出一個性能不錯的電路，現(xiàn)在對于我們來說還有些困難，理論與實踐并不是一味的互相吻合，它們往往會存在誤差甚至讓你無從琢磨和下手，這就需要我們用實踐去證明它，只有如此，才能發(fā)現(xiàn)錯誤并有所收獲，這正是我們?yōu)榇硕偪竦哪康?。?dāng)然，雖說事物本身具有相對性和絕對性，但僅此實驗我覺得我們不

17、能抱以絕對上的觀念去看待，我們應(yīng)該靈活對待，理論的電路設(shè)計圖是我們在實踐中的思路圖，為了達到更好的實踐效果才制作的，所以我們要學(xué)會分清實踐與理論之間的差別，在實踐中適當(dāng)?shù)膶Ρ敬螌嶒炦M行調(diào)整。最后，由于時間和本人水平的制約，本設(shè)計可能還存在著某些不足之處！希望各位專家、學(xué)者和同學(xué)們給予指正，謝謝！9.致謝經(jīng)過一個星期的努力，我們在叢老師、張老師和楊老師的耐心幫助和指導(dǎo)下，加上我們自己的努力下終于完成了此次設(shè)計，并按設(shè)計要求實現(xiàn)了紅外感應(yīng)開關(guān)的各項功能。通過這次設(shè)計使我們從中學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識，了解到了紅外感應(yīng)開關(guān)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并學(xué)會了用單片機開發(fā)產(chǎn)品的完整的過程，知道了科學(xué)技術(shù)對于

18、我們生活是那么的重要。例如：有了紅外感應(yīng)開關(guān)，我們可以省下更多的時間去干更多的事，提高了我們的生活效率，使我們的生活變的更加簡潔、輕松和愉快；明白了設(shè)計的概念，通過自己親自去動手和調(diào)試我明白的實踐的重要性。在畫電路圖、組裝電路和焊接的過程中我們遇到了許多問題，老師教我們要學(xué)會先自己認真、仔細的分析實際操作中存在的問題。有的地方實在不懂，老師則一遍又一遍給我們講解。在這期間，我學(xué)會了獨立思考，自己動手處理問題，明白了理論結(jié)合實踐的含義；同時也懂得了團隊合作是很重要的，分工明確，認真處理好自己負責(zé)的部分，才能提高工作效率。只有齊心協(xié)力、團結(jié)一致才能把事情做好；我想這些在我們以后的工作中都是非常有用的。通過這次課程設(shè)計，讓我學(xué)到了許多，感觸很深，有