傳感器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一、課程設(shè)計(jì)目的和任務(wù) （一）課程設(shè)計(jì)的目的： 1.通過(guò)傳感器的課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深對(duì)課本理論知識(shí)的理解，掌握各類傳感器的工 作原理，培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高實(shí)踐技能。 2.根據(jù)某一類傳感器的特性，提出具體應(yīng)用。 3.設(shè)計(jì)原理電路，進(jìn)行印制電路板的設(shè)計(jì)；通過(guò)計(jì)算參數(shù)，選擇合適的元器件，在電 路板上搭建電路，焊接元器件，并調(diào)試通過(guò)。 4.通過(guò)設(shè)計(jì)電路，以及對(duì)傳感器知識(shí)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)電路，能對(duì)人體進(jìn)行某種感應(yīng)，進(jìn) 而控制電路完成某項(xiàng)功能。 （二）課程設(shè)計(jì)的任務(wù)： 實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)開關(guān)，進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)和工作原理的分析，將元器件焊接到電路板，進(jìn) 行系統(tǒng)的實(shí)施，調(diào)試電路，并分析調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，解決問(wèn)題，最終完成任務(wù)。 二、分析與設(shè)計(jì) 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 人體感應(yīng)開關(guān)實(shí)驗(yàn)套件主要有進(jìn)口的 LP8072 雙排 16 腳集成塊和單向可控硅組成，它 體積小，外形美觀，制作容易，節(jié)省能源，是提高我們學(xué)習(xí)電子技術(shù)興趣的良好教材。 LP8072C（兼容：CS9803,WT8072）是一款熱釋電紅外控制電路。它配以熱釋電紅外傳 感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。大量應(yīng)用于：人體感應(yīng)照明控制、 人體感應(yīng)開關(guān),人體感應(yīng)控制器,馬達(dá)和電磁控制、防盜報(bào)警等領(lǐng)域。這里 LP8072 是由四個(gè) 獨(dú)立的與非門構(gòu)成，可控硅 T 選用的是 1A 單向可控硅，它的測(cè)量方法：用 R*1 檔，將紅表 筆接可控硅的負(fù)極，黑表筆接正極，這時(shí)表針無(wú)讀數(shù)，然后用黑表筆觸一下控制極 K，這 時(shí)表針有讀數(shù)，黑表筆馬上離開這時(shí)表針仍有讀數(shù)說(shuō)明可控硅是完好的，光敏電阻選用的 是 625 型，有光照時(shí)電阻在 20K 以下，無(wú)光時(shí)電阻值大于 100M、說(shuō)明元件是完好的。二極 管采用普通的整流管二極管 IN4007。 2. 設(shè)計(jì)方案論證 一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。人體感應(yīng)開 關(guān)就是利用人能輻射特定波長(zhǎng)紅外線的基本原理構(gòu)成的。在觸發(fā)人體感應(yīng)開關(guān)開關(guān)時(shí)不需 要人發(fā)出任何聲音，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終控制燈具的開啟，當(dāng)人離 開后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延遲，自動(dòng)熄滅。能夠?qū)崿F(xiàn)“人到燈亮，人走燈滅”的效果。 該開關(guān)的工作過(guò)程是在人體輻射的紅外線被熱釋電紅外傳感器頭 Y1 攝取后，即有微弱 電信號(hào)輸入到 LP8072 的相應(yīng)引腳由內(nèi)部放大器進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)經(jīng)檢測(cè)計(jì)時(shí)后控制 輸出驅(qū)動(dòng)單向可控硅，同時(shí)外接光敏電阻，白天抑制輸出。 3. 詳細(xì)設(shè)計(jì) 人體感應(yīng)開關(guān)主要由人體感應(yīng)器、光敏電阻及具有延時(shí)功能的可控硅觸發(fā)電路等構(gòu)成， 集成電路內(nèi)含熱釋電紅外傳感器、二級(jí)運(yùn)算放大器、比較器、延時(shí)定時(shí)器、過(guò)零檢測(cè)、驅(qū) 動(dòng)電路等構(gòu)成。 (1)人體感應(yīng)開關(guān) 人體感應(yīng)開關(guān)可感應(yīng)到人體的走近及遠(yuǎn)離，當(dāng)有人進(jìn)入監(jiān)視區(qū)時(shí)，人體射出的 79 納 米紅外線，被紅外傳感器接收，紅外傳感器檢測(cè)人體的移動(dòng)引起紅外熱能之變化并將它轉(zhuǎn) 換為電壓量，通過(guò)二級(jí)選頻放大比較輸入到控制電路中，由控制電路輸出過(guò)零脈沖觸發(fā)可 控硅導(dǎo)通。在白天或光線較亮?xí)r，光敏元件呈高阻狀態(tài)，導(dǎo)通權(quán)交給輸入端即紅外傳感控 制器的輸出端，此時(shí)如果有人進(jìn)入監(jiān)視區(qū)，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，電燈通電發(fā)亮；當(dāng)人體走出 監(jiān)視區(qū)時(shí)，觸發(fā)可控硅的信號(hào)延時(shí)到設(shè)定的時(shí)間后關(guān)斷可控硅，電燈熄滅，做到自動(dòng)關(guān)閉。 (2)熱釋電紅外線傳感控制器 熱釋電紅外線傳感控制器能檢測(cè)人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成。電信號(hào)輸出人 體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 710 納米，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 0.2-20 納米范圍內(nèi)幾 乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng) 范圍為 710 納米，正好適合人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其他波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸 收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。 (3)放大電路 放大電路的作用是把產(chǎn)生的微弱信號(hào)放大到一定的倍數(shù)以使控制電路更精確的控制。 (4)控制電路 可控硅過(guò)零觸發(fā)是對(duì)可控硅過(guò)零的通斷控制。當(dāng)有人進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，產(chǎn)生的微弱電壓 使可控硅導(dǎo)通，交流電源與負(fù)載接通，輸出若干個(gè)周波電壓以后，可控硅被關(guān)斷，停止交 流電壓輸出；經(jīng)過(guò)一定周波數(shù)后，再使可控硅導(dǎo)通，如此重復(fù)進(jìn)行。通過(guò)改變導(dǎo)通時(shí)間對(duì) 固定重復(fù)周期的比值，從而改變輸出電壓有效值的大小。當(dāng)沒(méi)有人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，則沒(méi)有 電壓使可控硅導(dǎo)通，則燈不亮。 4. 原理圖及元器件清單等 原理圖如下： 元器件清單： 三、系統(tǒng)實(shí)施 在拿到實(shí)驗(yàn)套件后，對(duì)照材料清單清點(diǎn)一遍，并用萬(wàn)用表粗略地測(cè)量一下各元件的參 數(shù)，先檢查元件有沒(méi)有出錯(cuò)，在電路板上按先放電阻，再放二極管及其它元件，最后放電 容器、光敏電阻的順序依次焊接，另外要特別注意元件的正負(fù)極，如果正負(fù)極按反設(shè)計(jì)肯 定會(huì)失敗。還要注意人體感應(yīng)器要焊接得高一些。224J250VAC 滌綸電容器由于比較大焊接 時(shí)要稍微低一點(diǎn)，以免整個(gè)電路板裝不進(jìn)塑料殼里。認(rèn)真焊接完后，檢查一遍看有沒(méi)有虛 焊，擰上螺絲，對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試。將調(diào)試裝置與電源斷開，再將焊接完電路的輸入輸出端 導(dǎo)線頭接入調(diào)試裝置，接通 220 伏電源，燈泡亮了，過(guò)一會(huì)燈泡熄滅，用布物將光敏電阻 的光擋住，人體感應(yīng)器工作，這時(shí)燈亮，說(shuō)明調(diào)試成功，若不亮說(shuō)明調(diào)試失敗。 在調(diào)試時(shí)，我用布物將光敏電阻的光擋住，燈泡不亮。于是我分析了一下原因，可能 是人體感應(yīng)器反映遲鈍，或電路有些地方虛焊。如果原因是人體感應(yīng)器反映遲鈍，等一段 時(shí)間燈泡會(huì)亮，結(jié)果燈泡沒(méi)亮，那就是第二個(gè)原因。于是我又檢查了一遍焊接的電路板， 把錫蘸得不好的焊點(diǎn)又焊接了一遍，又檢查了一下導(dǎo)線有沒(méi)有接觸不良。檢查完后，再進(jìn) 行調(diào)試，結(jié)果調(diào)試還是不太成功。我想應(yīng)該是在焊接的時(shí)候出現(xiàn)虛焊，而且電路板已經(jīng)被 我改的沒(méi)法再改了，所以到最后燈泡也沒(méi)再亮。 四、總結(jié)與體會(huì) 這次傳感器課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)人體感應(yīng)開關(guān)，需要進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)、裝入 所需要的元件庫(kù)、印制電路板的設(shè)計(jì)、放置元器件到印制電路板和焊接工藝。其中電路原 理圖的設(shè)計(jì)主要依據(jù)熱釋電紅外傳感器的原理，就是利用人能輻射特定波長(zhǎng)紅外線的基本 原理。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，真正感受體會(huì)到理論與實(shí)踐相結(jié)合，在 實(shí)踐中檢驗(yàn)真理的思想。此次設(shè)計(jì)更加加深了我對(duì)熱釋電紅外傳感器的原理的理解。此人 體感應(yīng)開關(guān)既新穎方便，又節(jié)約用電，起到“人到燈亮，人走燈滅”的效果。在現(xiàn)實(shí)生活 中有廣泛應(yīng)用，這激發(fā)了我對(duì)學(xué)習(xí)電子技術(shù)興趣。 在實(shí)踐過(guò)程中，組裝沒(méi)問(wèn)題，很快就裝好了，最讓我受打擊的是焊接！這次課程設(shè)計(jì) 主要用到的就是焊接工藝，在焊接的過(guò)程中對(duì)于自己焊接手法的錯(cuò)誤要不斷糾正。例如電 烙鐵使用后一定要穩(wěn)妥地放在烙鐵架上，應(yīng)避免導(dǎo)線等被烙鐵燙壞。另外焊錫是也要注意， 要避免形成“虛焊” ，而焊接時(shí)間太長(zhǎng)又容易損壞元器件，或使印刷電路板的銅箔翹起，所 以一般一兩秒內(nèi)要焊好一個(gè)焊點(diǎn)，若沒(méi)完成，就要等一會(huì)兒再焊一次?？墒俏液赋鰜?lái)的點(diǎn) 不是圓的就是歪的，由于腳與腳之間的距離太小，好幾個(gè)腳都焊在了一起，結(jié)果就是造成 虛焊。本來(lái)想修飾一下，讓它看起來(lái)好看一點(diǎn)，結(jié)果更糟糕。好不容易都焊完了，然后把 各個(gè)部件都組裝到一起，完成后找老師去測(cè)試，接通 220 伏電源，燈泡亮了，過(guò)一會(huì)燈泡 熄滅，老師用課本將光敏電阻的光擋住，燈沒(méi)亮，調(diào)試不成功。 雖然這次的課程設(shè)計(jì)不成功，可我還是很高興，因?yàn)樗磻?yīng)了我的不足：嚴(yán)重的動(dòng)手 能力不好?。ㄆ鋵?shí)準(zhǔn)確的說(shuō)是焊接技術(shù)不好，是吧。 ）實(shí)踐出真知，真是一點(diǎn)沒(méi)錯(cuò)啊。我希 望我們以后還會(huì)有這樣的課程設(shè)計(jì)，畢竟在平時(shí)的學(xué)習(xí)生活中很少有機(jī)會(huì)接觸這些東西， 這樣我就可以改善自己的不足，鍛煉自己的動(dòng)手能力和提高解決問(wèn)題的能力。這次課程設(shè) 計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)不僅加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，而且培養(yǎng)了自己的動(dòng)手能力，培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn) 題、解決問(wèn)題的能力，提高實(shí)踐技能。設(shè)計(jì)中要自己查資料，還要查有關(guān)方面的實(shí)例，結(jié) 合自己所學(xué)的理論知識(shí)完成了本次任務(wù)，雖然出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，但結(jié)果還是不錯(cuò)的，從中吸取 了經(jīng)驗(yàn)。讓自己的知識(shí)落到實(shí)處是最值得高興的。 不過(guò)最終的產(chǎn)品，性能不太好，需要改 進(jìn)，讓我的焊接工藝再完善些?？傊?，這次實(shí)習(xí)收獲頗多。 5、參考書目 吳建平， 傳感器原理及應(yīng)用 ，機(jī)械工業(yè)出版社，2008.10