热释电红外控制电路模块

热释电红外探测器前置放大电路设计

陆鹏1，龚荣洲1，王春海2

1华中科技大学电子科学与技术系，武汉（430074） 2诸城一中，山东诸城（262200） 摘 要：针对热释电型红外探测器响应信号微弱﹑工作频率低﹑高阻抗的特点，本文提出了一种具有电路自举效应的热释电型红外探测器前置放大电路。仿真和测试结果表明，文中所设计的电路具有信噪比高、增益高、低频性能好的优点，可以有效放大热释电型红外探测器的微弱信号。 关键词：热释电探测器；自举电路；前置放大电路

1 引言

随着信息技术的发展，红外探测技术已被广泛应用于军事﹑民用﹑科研等众多领域[1]。

其中，基于热释电效应的非制冷红外探测器具有具有空间噪声低、响应快、功耗低和工作温

区宽的特点，是当前非制冷红外探测技术研究和应用的热点和重点。热释电型红外探测器以

热释电材料为敏感单元，利用其热释电效应将红外信号转化成微弱电信号，再经过前置放大

电路将微弱电信号放大读出﹑处理，实现热成像。热释电效应是指：在具有自发极化的热释

电材料中，当材料温度发生变化或吸收热量后，因材料自发极化强度发生变化而在材料表面

释放出电荷的现象[2,3]。通过对热释电电荷的检测，可以获得有关热辐射强度的信息。由于

只对变化的温度响应，所以热释电探测器的响应信号为交流信号，需要专门的辐射调制手段。

但是交流的信号处理电路可采用交流耦合方式，从而大大降低低频噪声影响，并且消除了信

号的直流漂移问题，使得热释电探测器的信号处理电路显得简洁许多。

用于热释电探测器的主要材料为铁电体。常用的铁电材料为锆钛酸铅、钛酸锶钡、钽钪

酸铅等氧化物,具有高阻抗(可以高达1012Ω)、低损耗特点[4,5]。热释电探测器为容性器件，响

应信号十分微弱。故相关的信号前置放大电路为整个红外成像系统的关键部件。针对热释电

探测器的这种情况，本文提出了一种新型高信噪比、高增益、抗干扰能力强的前置放大电路

设计方案。

2 前置放大电路的设计与分析

２０１１年第４期　（总第１４０期）　大众科技　ＤＡＺＨＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．４。２０１１　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．１４０】　基于单线接入红外感应电路的设计　张万里何志毅　（桂林电子科技大学信息与科技学院，广西桂林５４１００４）　【摘要】文章介绍了基于热释红外传感器的工作原理的单路控制开关电路，给出了一种被动型热释电红外感应器的结构　原理及其应用电路。该系统电路以ＢＩＳＳ０００１芯片为核心，通过热释电红外传感器探测信号，由信号输入调整、采集、放大、滤　波、数据处理、延迟设计、可控硅控制电路等功能模块组成。　【关键词】热释电；红外传感器；信号处理；开关电路　【中图分类号】ＴＮ２１９　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００８—１１５１（２０１１）０４—００７０—０２　（一）引言　目前的照明控制应用最多的还是几年前出现的声光控延　时灯具和开关。这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，　人走灯灭，目前已成为照明开关的主流产品。这种产品在某　种程度上说确实实现了节能的目的，但同时也给人们的生存　环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，这种声　光控灯具和开关自动控制的实现需要（超过６Ｏ分贝）声音的　配合，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。　随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这种声光控　灯具和开关已慢慢不能满足人们的需要，这就要求更加节能　和环保的自动照明控制产品的出现。人体红外传感照明开关　控制电路是基于红外线技术的自动控制电路，当有人进入感　应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接　通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时　自动关闭负载。它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自　动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的　配合，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终实现它的　自动控制功能。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，　更显示出人性化关怀，同时因为它是感应人体热量控制开关，　所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。　（二）设计思路及要求　Ｉ．利用ＢＩＳＳＯ００１作为信号处理芯片。　２．利用热释电红外传感器探测移动人体。　３．通过对一定环境的监测，能在相应的条件下对移动的　人体进行监测。　４．检测到人体移动时继电器能及时闭合，使ＬＥＤ驱动器　打开，ＬＥＤ开始发光。无人体移动时，继电器断开，ＬＥＤ驱动　器断路。　５．能通过市电直接给系统供电而不需要干电池。　６．探测距离２～３米。　７．探测角度：水平７Ｏ。，垂直７Ｏ。。　（三）系统方案设计　本系统采用ＢＩＳＳ０００１芯片作为数据处理及控制核心，将　整个电路分为芯片供电电源（包括降压取电线路、单线取电　线路与稳压电路）、开关控制线路、热释电传感器、信号处理、　负载（ＬＥＤ驱动器）电路等功能模块。图１给出该系统的总体　框图。其工作原理就是：在测量范围内无人活动时，整个系　统电路除ＢＩＳＳＯ００１芯片及热释电传感器外都停止工作，芯片　供电电源是通过电容降压电路取得。当有人活动时，热释电　传感器接收到信号经ＢＩＳＳＯ００１芯片处理放大送到开关控制电　路，电容降压电路断开，芯片电源靠变换器产生电路取得，　延时一段时间后，在进行热释电传感器检测。　图１　系统总体框图　（四）硬件电路的实现　硬件电路是通过热释电红外传感器探测人体的活动，通　过ＢＩＳＳ０００１处理信号，然后通过三极管控制继电器工作，最　后达到控制ＬＥＤ灯的目的。其具体电路如图２所示。　【收稿日期】２０１１—０１—１７　【作者简介】张万里（１９８３一），男，河南淮阳人，桂林电子科技大学信息与科技学院硕士研究生，从事大功率ＬＥＤ驱动　技术及效率特性的研究。　一

热释电红外传感器模块原理与使用

热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。

热释电原理 ：

热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象,并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时,热释晶体温度不变,晶体对外呈电中性,探测器没有电信号输出,因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时,晶体温度迅速变化,这时才发生电荷的变化,从而形成一个明显的外电场,这种现象称为热释电效应。 人体温36～37度，会发出10um左右的红外线，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。

热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔透镜则可达10m，甚至更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。透镜的水平方向上分成三部分，每一部分在竖直方向上又分成若干不同的区域，所以菲涅尔透镜实际是一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。

应用研究　ｌ数字技术　

基于热释电及红外遥控的语音播报机的设计　

金子超　（湖州师范学院信息与工程学院浙江湖州３１３０００）　

摘要：系统主要由以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机为核・心的控制模块、热释电感应模块、语音录放模块和遥控模块为主要部分组成，实现语音的自动　播报和语音的选择播报系统通过热释电感应模块来判断是否有人经过，一旦有人经过系统进行自动播报，同时用户可根据实际情况进行手工　选择确定播报内容　系统可应用于商场的欢迎语音播报及产品介绍的语音播报，并且可以通过遥控器对语音播报进行自动播报和手工选择确定　播报语音等功能　关键词：播报机热感应红外遥控语音录放　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ００７．９４１６（２０Ｉ１）ｌ０—００９８—０２　

１、引言　

用于语音播报的播报机在市场中已经屡见不鲜，而这些产品给　

人们带来的方便也是显而易见的ＩＩ　ｌ。比如在银行的ＡＴＭ机上，检测　到有客户操作ＡＴＭ机就立即发出“欢迎您的光临，请不要向任何人　

泄漏你的银行卡密码，谨防诈骗”等的提示语音。但是，目前市场上　

使用的语音播报机还是存在着许多缺点，不能满足用户更高的需　

求。ｔ・般不能有选择的播报，这就使得播报内容显得比较枯燥单一。　

再者每次顾客接近都足重复同样的话语，显得不够灵活。　恰恰相反，基于热释电及红外遥控的语音自动播报机就很妤的　

克服ｒ以上的缺点。系统以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机为核心的控制模块，热　

释电感应模块，语音录放模块和遥控模块为主要部分组成，实现语　

音的自动播报和语音的选择播报。主要应用于商场用户的欢迎语音　

播报及产品介绍的语音播报，并且可以通过遥控器对语音播报进行　

自动播报和手工选择确定播报语音等功能。系统通过热释电感应模　

块来判断是否有人经过，一旦有人经过系统进行自动播报，同时用　户可根据实际情况进行手工选择确定播报内容，如对同一‘场所不同　

产品的选择性播报介绍。其功能通过遥控器有选择的播报，减少厂