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1、路灯节电控制器设计与实现摘 要本设计旨在利用模电和传感器的知识，设计一种简单实用的电路，实现对高功率负载的开关控制，达到节约电能的目的。此电路利用热释红外传感器对一定角度及空间距离内的人体进行传感检测，利用光敏电阻对外界光强弱进行检测感应，通过专用热释红外处理芯片将感应信号进行比较放大，再通过延时定时时间控制负载运行延时时间，及封锁定时时间控制触发次数，再将放大后的电信号用单向可控硅与二极管桥堆的组合电路控制负载电路。换言之，将人体红外信号转换成电信号从而控制负载的通断。关 键 词 热释红外传感；光敏电阻；电容降压；可控硅；热释红外处理集成芯片 The Design and Realizati
2、on of Energy-saved Street lamp Controller Abstract In order to saving-energy.A simple and practical circuit is desigued which likes a switch to control the high power load.The whole process is: Firstly,The body is detected through the pyrolectric infrared sensors in certain place.Secondly,strong or
3、weak light is detected throght the photosensitive.Thirdly;the sensor signal is compared and enlarged via the special pyroelectric infrared chip and the delay time of the load running is controled by the delay-time.Finally,the load circut is controlled by the combination circuit of the SCR and the di
4、ode bridge reator which is controlled by the enlarged signal.In other words, Human infrared signals will be converted into electrical signals to control the loads On-off.Key wordsPyroelectric infrared sensor；Photosensitive resistance；Capacitance buck；SCR；Pyroelectric infrared processing integrated c
5、hip引 言目前许多路灯节电控制器主要通过声控、光控或声光双控来实现路灯的节电控制，信号控制主要采用555定时器控制，负载控制主要采用继电器，这种传统设计思想的弊端已经在实践生活中凸显出来，比如声控的不人性化和被动感，光控的非灵活性，555定时控制器的不稳定性及参数难以设定，继电器的使用寿命过短将导致电路可靠性降低等因素，制约了路灯节电控制器的发展空间和使用前景。红外自动灯控制器是一种非常适合推广的节能产品，它利用非常成熟的热释电红外人体检测技术，能准确探测人体，当有人进入感应范围时，开关自动判断环境光线强度是否低于设定值，然后自动接通负载（如灯光、排风扇、自动门等），只要人体不离开感应范围，
6、开关就能持续接通，只有当人离开后，开关延时一段时间后自动关闭负载。可以实现人来灯亮在中国，人离灯熄。1.选题的目的、意义及相关研究动态1.1选题的目的及意义由于长期以来电力行业缺乏竞争，从而导致了电力的不均衡发展，它所带来的直接后果就是长期性的电力短缺。近年来我国用电连连告急，好多地方已经出台了限制用电的措施，来自国家电力调度中心的信息显示，全国除西北、东北、山东电网的电力供应略有盈余外，华东、华北、华中、川渝、广东等地电网都出现不同程度的供应紧张。而最近，国家电网公司发布的电力市场预测报告说，明年全国电力紧缺的局面不仅不会得到改善，反而会更加严重，其中浙江、江苏、上海和长沙将是缺电的重点地区
7、。 据日本能源研究所的一项研究报告指出，中国目前的电力缺口是9.93%，到2010年将剧增至15%。而且每年政府都在节电改造上投入巨资，以求有效地解决中国在电力资源上潜在的隐患。同时，随着全球经济一体化进程的日益加剧，中国的企业也不断地感受到国际竞争的压力，如何加强成本控制也成为企业不得不面对的问题。在各种解决策略中，节能相对与新能源开发等其它策略而言投资少、见效快，已成为中国在节能方面的主导性策略。电能是一种最基本、最主要的能源形式，它普遍存在于工业、商业、家庭及人类生产生活的全部领域，要节能首先在于节电。在全球经济持续低迷、传统产业经济增长放缓、网络经济泡沫不断破灭之际，节电行业专业市场已
8、经成为新的经济增长点中的最大亮点，在运用小资本攻克大市场几乎已不可能的今天，节电行业专业市场中的奇迹不断，更被称为“杠杆投资理论新思潮”。纵观中国节电市场，无论是工业、商业市场，还是家庭市场，对于节电的潜在需求都是惊人的，据美国专业能源机构的研究预测，中国将在三年内取代美国，一跃成为世界节电市场中的最大买家。此设计的出发点是利用数字电路、模拟电路以及传感器的知识设计一种使用方便，应用范围广泛的智能开关，通过对各种负载的开断控制。在不影响人的正常活动的前提下实现对用电器的控制达到对电能的控制，以缓解社会日益紧张的电能需求，更进一步使电能得到有效利用，防止“电饥荒”。1.2业界的研究动态目前对节电
9、控制主要有三种研究方向：电具、电器本身的节能。此节能主要通过改善电器本身的驱动方式及发光原理，如日光灯、节能灯、LED灯等。通过对整个市电电网电压的无断点控制调节，来实现对整个电网内的用电设备的节电控制。它采用了微电子控制技术，通过在线检测系统对用电负荷的跟踪，同步调节控制回路，独特的波形调整技术和柔性的调节方法，使负载始终工作在最佳动力输出点上，为负载提供合理的能量，抑制不必要的电力消耗或减少浪费因素，以达到减少电力消耗的目的。利用传感器原理设计负载控制电路。此法较前面两种方案有人性化、易控制、安装调试简便、成本低，使用领域宽等优点。所以拥有广大市场前景和发展空间。且灯具本身的改善已趋于极限
10、，发展空间不大。而用电负荷跟踪器实现节能，价格昂贵，不易普及，实用也不太方便，体积大缺乏灵活性。2.研究方案的论证确定及设计2.1 设计任务的确认 设计一种简单实用的电路，实现对高功率负载的开关控制，达到节约电能的目的。当外界光线较弱，或者夜间时候，此电路利用热释红外传感器对一定角度及空间距离内的人体进行传感检测，利用光敏电阻对外界光强弱进行检测感应，实现对白天和晚上工作方式的调节。白天不工作，也不受过往人员影响。晚上自动开启，通过专用热释红外处理芯片将感应信号进行比较放大，再通过延时定时时间控制负载运行延时时间，次延时时间可以通过可变电阻进行调节，大约为1分钟。封锁定时时间控制触发次数，再将
11、放大后的电信号用单向可控硅与二极管桥堆的组合电路控制负载电路。换言之，将人体红外信号转换成电信号从而控制负载的通断。2.2 传统节电控制电路的实现及缺陷如图2.1所示，此设计通过发射，接收，译码，延时。555和R1、R2、C1等组成无稳态多谐震荡器，震荡频率F=1.44/(R1+2R2)*C1,约为40KHz。它的输出驱动TLN104红外发射二极管1，产生红外脉冲调制波。红外接收头采用与TLN104配套的接收头，将红外光装换为电信号，经过CA741放大后，加至有锁相环的音频译码器，调节RP1，使锁相环的中心频率F0=1/1.1RP1*C6与发射的红外调制频率相一致。当有信号来时。LM567的8
12、脚呈低电平，VT1截止，固态继电器（SP110）因无控制信号触发，交流输出处处于断开状态，当有人经过将红外光线遮挡时，LM567无信号输入，8脚因R7的高电平偏置而呈高电平。VT1导通，IC4因控制端有一跳变脉冲（大于2V到6V）的信号，使SP110的交流电压接通。使得负载电路导通。虽然可实现对人体的检测和对负载的控制。但此设计存在几个不可忽视的弱点：.需要一个5V的变压器为控制电路供电，体积无形中增大。使整个设计也变得笨重，质量增大。.无抗干扰红外检测功能，容易导致误判和重复触发。.CA741的为单级运放，最大放大增益为90DB，容易引起误差，影响LM567的频率调节控制。.发射与接收距离短
13、，实用性不强，适用场合受到一定限制，不能普及使用。.负载控制部分采用继电器，寿命不长，易老化，影响电路稳定性。图2. 传统节电开关电路图基于以上缺陷，应寻求对策，寻找能克服以上问题的新方案。2.3 整体设计思路的阐述和论证如图2.2所示，此电路针对以上缺陷，一一进行研究和突破，主要用新型探测元件和探测方式进行探测，再用专用芯片进行多级放大，延时，控制，加之配合光敏电阻的控制信号，使此电路出现多种可调的工作模式，包括白天，晚上等。控制部分的供电也采用整流桥整流后再用稳压管初部稳压以及78L05精确稳压, 提供5V稳定电压。负载控制端采用单向可控硅进行隔离，配合二极管桥堆的组合，使控制端有信号则使
14、负载导通，无信号时负载关闭。在此，二极管桥堆的作用很突出，在供电部分它起整流作用。再负载耦合控制部分，由于它是串联在220V交流线两端，它与单向可控硅组合，使电流只能在可控硅导通时才能使负载工作。 稳压供电信号放大大感光强度采集红外信号采集热释红外探头BISS001芯片控制光敏电阻可控硅交流220V 负载整流桥图2.2 整体设计原理框图2.3.1 信号采集与传送 如图2.3所示,此电路由热释红外传感器RE200B对人体红外辐射进行信号采集。此方法技术成熟, 易于实现, 能准确探测人体。范围可以调整控制。一般可调整5到8米内的扇形区域为感应区域, 加之与菲涅耳镜片的组合, 更能有效搜集人体发出的
15、红外辐射且可控制感应角度。约为140度圆锥角。图2.3 整体设计原理图2.3.2 信号放大,比较,状态控制,延时定时及封锁定时如图2.3所示,运算放大器4将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由电容C5耦合给运算放大器进行第二级放大。再经由芯片内部电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟。间定时器，输出信号Vo经晶体管Q1放大驱动可控硅去接通负载。此部分采用高功能集成电路芯片BISS0001，此芯片是专门对热释红外进行放大，分析，比较，控制的专用芯片。其强大的双相鉴幅处理模块。可抑制最大为1V的抖动误差。2.3.3 感光强度的控制与调节如图2.
16、3所示,由光敏电阻CDS以及可变电阻VR2和上拉电阻R7构成对感光强度的控制与调节。可实现白天与晚上的感光以及其中任何一种光强度的工作状态。而这一切只需调整可变电阻VR2即可。简单方便。光敏电阻CDS受光照影响，电阻值随入射光的强弱而改变电阻器的阻值：入射光强，电阻减小；入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增。因此，当VR2值一定时，若环境较明亮，CDS的电阻值会降低，使PIN9的输入保持为低电平，从而
17、封锁触发信号Vs。低电平封住了与门U2，禁止触发信号Vs向下级传递，若环境较暗时，CDS的阻值没有明显变化，PIN9的电压不会被拉低，封锁触发信号也不会被封锁。封锁触发信号Vs不会被阻止向芯片传递感应信号。光敏电阻也就实现了对感应信号的传递进行了最初的控制。2.3.4 芯片的供电如图2.3所示,采用整流桥整流（由D1到D4构成）与C1和R1并联组合电路相连初步降压以及接于LM78L05输入端和地端的稳压管DZ1初步稳压再通过LM78L05稳压信片精确稳压，为芯片BISS0001提供5V工作电压，由于没有采用变压器稳压，而是采用稳压管稳压，使得此设计更轻巧便利。D2和D4接零线，D3和D1接火线
18、，当出现交流电的正半波时， D2导通，D4截止，电流经过LM78L05进行稳压，再由D3流出，形成回路。2.3.5 负载的控制 如图2.3所示,利用单向可控硅以及二极管的组合电路2，达到无间断的控制负载的开启和关闭。当Q1导通时，可控硅也被驱动导通，交流电的正半波部分可以通过D2流经可控硅，再流经D4形成回路。负半波部分可以通过D4流经可控硅，再流经D1，形成回路；若Q1截止，可控硅亦截止，交流电因为无法通过可控硅而不能形成回路，亦不能导通，负载也就处于关闭状态。负载的交流无论如何也不能形成回路，此时即相当于开关断开。3.工作原理的阐述和解释如图3.1所示，BISS0001芯片是由运算放大器3
19、、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。它起到了承前启后的关键作用，是整个电路的主题部分。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。图3.1 BISS
20、0001内部结构图3.1 不可重复触发工作模式 如图3.2所示，当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图3.2 不可重复触发方式时序图3.2 可重复触发工作模式如图3.3所示，可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内
21、一直保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。图3.3 可重复触发方式时序图3.3 各部分单元模块的详细功能3.3.1 信号采集与传送的具体实现方式 图3.4 信号采集传感方式图如图3.4所示，此探头采用D、S、G三脚式传感器，D端是电源正端，直接与正5V相连，S端是信号输出端，直接与芯片PIN14（第一级运算放大器的同相输入端）相连，G是电源负端，直接与地相
22、连。此红外探头可以抑制1V的抖动干扰，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。3.3.2 热源感应和聚集的原理及应用 菲涅尔镜片5是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当将产生误动作和漏动作，配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。镜片（0.5mm厚）表面刻录了一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大，焦距远；圆环线刻录的深感应距离远，焦距近。红外光线越是靠进同心环则光线
23、越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区，同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大；镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小，区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错，减少区段之间的盲区。区与区之间，段与段之间，区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约，垂直和水平感应角度有限，镜片面积也有限。镜片从外观分类为：长形、方形、圆形，从功能分类为：单区多段、双区多段、多区多段。该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。 3
24、.3.3 红外探测器的原理 热释红外探头RE200B 8采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。3.3.4 感光强度的具体实现与可调图3.5 感光强度可调电路如图3.5所示，CDS为光敏电阻，用来检测环境光照强度。当作为照明控制，若环境较明亮，CDS的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，通过芯片的与门控制，从而封锁触发信号Vs。当外界光强度较弱时候，光敏电阻阻值变化不大，从而不会拉底9脚的电平。这样，通过光敏电阻的控制，出现了对信号的初级控制。3.3.5 延时时间及定时的具体实现和可调如图3.6所示，通过调节PI
25、N4与C9之间的滑动电阻VR1，实现延时时间Tx（即从最后一次触发到灯暗的间）的调节。通过改变PIN5与PIN6之间的电阻R6的阻值，可改变封锁时间（即相临两次触发感应的时间)定时器Ti的调节。请参考图3.1。图3.6 调时电路3.3.6 从第一级放大到第二级放大藕合的实现如图3.7所示，此处R9，R10均选470欧，C5为第一级放大器与第二级放大器之间的耦合电容。C5电容值为10u。适当调节R9与C4的数值，可以调整放大器的放大倍数。请参考图3.1。图3.7 放大耦合电路3.3.7 芯片供电部分以及可控硅与负载耦合的实现图3.8 芯片供电电路 R1和C1的组合电路起到降压的作用，D5和D6起
26、到保护作用，防止稳压芯片被220V电压击穿。DZ1的初步稳压和78L05的精确稳压，C2和C3为滤波电容，为控制电路提供5V电源。使用简便，科学，合理。体积小简易，容易实现。图3.9 可控硅与负载耦合电路 利用单向可控硅以及二极管的组合电路，达到无间断的控制负载的开启和关闭。当Q1导通时,可控硅也导通，若正半波经过零线A点，则电流由D1流至D4形成回路，负载工作；若负半波流经零线时，则电流由D4流经可控硅再由D2形成回路，负载亦工作；若Q1截止，则可控硅截止，负载的交流无论如何也不能形成回路，此时即相当于开光断开。简言之，可控硅起到220V高压和控制部分的隔离，利用小信号对大电流进行控制。R3
27、和C11组合电路与R1和C1作用相似，起到初步隔离LM78LO5与220V大电压，起到保护作用。4. 硬件的制作与调试与试验4.1 硬件PCB的绘制制作流程如下：选购元件，列出元件清单，对选购的元件进行初步测试，挑出损坏元件，确保元件的可靠性。对元件的参数及特征进行了解。如各元件各个管脚的作用以及接法。各个管脚的可承受电压电流。绘制原理图以及PCB图，利用protel99se绘图工具将原理图进行编辑，封装，导入PCB，按照元件特性及整体使用规范进行布局。如：将两个可调电阻放于PCB板的边缘，以便使用者调节，将负载输入输出端放于PCB板的另一端，因为考虑到此电路的负载是高电压大电流负载，通电使用
28、后很可能有触电危险，如此安装便有利于与电路控制部分分离，能尽量避免触电危险；将光敏电阻和热释红外探测器放置在PCB版的中央，且反向安装，能方便光、热双控，此两探测元件独立安装于PCB板的另一面，有利于配合菲涅尔透镜的聚光聚热。钻孔、对照原理图安装焊接硬件。根据不同元件的引脚大小，用不同钻孔针进行钻孔，如二极管D1到D6以及可控硅采用1cm钻针，电阻、电容、三极管、DIP16芯片，稳压二极管等采用0.6cm钻针进行钻孔。插件时对照PCB及原理图仔细查看，注重电极性。焊接时，烙铁温度应控制在350摄氏度左右，与管脚接触时间大约在3S以内。以免高温将元件烫坏，特别是光敏电阻。并且注意焊锡的溶化程度，
29、以及与烙铁的紧密接触，以免出现空焊不良。管脚参数测试。测试电源供电部分即芯片的高电平端电压约为5V，若不为5V将导致芯片不正常工作，应立即关断电源，检查原因。测试芯片2脚最大输出电流（当输入电压为5V时）为10毫安。4.2 硬件调试与实验CDS为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，CDS的电阻值会降低，使PIN9的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。PIN8是工作方式选择端，当PIN8与正5V端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当PIN8与地端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R9可以调节放大器增益的大小，可以根据实际需要选用，开始选用10K，感觉测试时
30、候不够灵敏，放大倍数不够大，后来使用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R6和C10的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R5和C9的大小调整，R6和R5可以用470欧姆，C9和C10可以选0.1U。此设计采用BISS0001芯片作为主控芯片，PCB上有两个电位器，VR1为亮灯延时时间调节，可以在45240秒之间调节，顺时针旋转亮灯时间延长，逆时针旋转亮灯时间缩短。VR2为环境光线亮度调节，顺时针旋转可以增大光控亮度，逆时针旋转到底可以实现白天也亮灯的效果（注意：选择大小合适的“一”字的螺丝刀调节，力度要轻以免损坏电位器)。此设计采用质量可靠的NEC的2P4M可控硅，允许
31、2A的工作电流，瞬间浪涌电流20A，并且确保在接通负载的瞬间无大的冲击电流，可以大大延长灯具寿命。4.2.1 基本功能测试 先调节好适当的VR1值和VR2值，将感应开关接入电路后初始化约5S后进入待机状态。灯炮悬于1M以外的空中，将红外节能灯控制器45度倾斜选于2M的墙壁，当有人从探头的感应区域经过时，200W的白炙灯泡自动点亮。当人一直处于探测范围内，灯泡一直亮，当人体离开感应区域，大约1分钟后灯泡自动熄灭，直到再次有热源和人体靠近感应区，灯泡再次被控制器点亮。4.2.2 探测范围测试距离测试以人体正常走动步幅（约0.350.8米）测试其最远距离。水平（扇面）角度测试。人体从左到右从非探测区
32、走向探测区，灯亮点为 A点，再从右到左从非探测区走向探测区灯亮点为B点。测量A、B点即为其水平扇面探测角度。垂直（纵面）角度测试。 人体在探测器下面从左到右从非探测区走向探测区灯亮点为A点，在探测器上方用手移动，从左到右从非探测区移向探测区，灯亮点为B点。A、B两点即为垂直探测角度。4.2.3 探测速度测试慢速测试人体在探测距离的70%位置点，以每秒30CM步幅走动，应有报警指示。若没有指示说明探测灵敏度过低，有漏报的隐患。中速测试人体以每秒5075CM步幅走动，应有报警指示。若没有指示，说明其有故障或灵敏度过低。快速测试人体以每秒3米跑速经过探测范围，应出现灯亮，若没有说明有故障或灵敏度过低
33、。超慢速测试人体以每秒小于30CM（约20CM）速度走动，不应有灯亮。若有说明探测灵敏度过高，容易引起误感应。可适当调低探测灵敏度。超快速测试 用人手在探测器前面2030CM处以0.5秒速度晃过去，不应有灯亮。若有说明探测器灵敏度过高或内部时间程序电路设计不当，容易引起误感应，需调整降低探测灵敏度后再重复试验。4.2.4 抗干扰能力试验将探测器对着一个无干扰源的空间，最好在楼上窗口边（只要阳光不会直接照射到探测器，探测范围内无飘动的物体，无人经过的空间即可）。进行24小时以上试验，不应出现灯亮。若出现灯亮说明该探测器抗红外光谱变化、气流变化等干扰能力差。将一盏台灯60W直接对着探测器距离60C
34、M，频繁开/关台灯，不应出现灯亮。若出现说明该探测器抗强光干扰能力差。 将同一台风扇置“强风”档、“摇头”档距探测器1.5米距离，来回摇头吹风，不应出现灯亮，若出现说明抗气流干扰能力差。将接通电话的手机靠近探测器距离50CM应不出现灯亮。50CM外出现灯亮说明抗电波干扰能力差。 模拟一只猫大小的黑色物体，在探测范围内快速或慢速移动应不出现灯亮。出现灯亮说明防宠物能力差。5. 成本评估、批量生产及市场需求前景调研按目前能源开发利用的效率和经济增长速度与增长模式（高投入和高消耗），实现到2020年GDP翻两番、能源只翻一番的政府发展目标可能性不大。国内生产总值继续高速增长，城市化和相关基础设施建设
35、持续快速，高能源需求增长的状况可能延续到2020年。如果动态地来看待能源问题，无论是已知的还是猜测的能源来源，以及期望的技术进步，都不足以消除人们对中国能否有供给充裕、价格合理的能源和环境来支持向中等收入国家过渡的担忧。因此，中国的国情决定必须节能。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。元件总成本在10元以内，比较容易接受和推广使用。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明
36、和报警系统。6. 使用说明及注意事项6.1 技术参数工作电压： AC180V250V负载特性： 电子节能灯、电子日光灯、LED灯、白炽灯、排风扇、自动门等负载功率： 200W 接线方式： 两线制，直接替代传统的开关待机电流： 低于40微安感应范围： 140度圆锥角，58米以内 延时时间： 60秒感 光 度：根据不同的环境光线,来调节工作状态（也可以调成白天也能感应）外观尺寸：75cm*65cm*25cm 6.2 扩展功能应用 此红外自动灯可以在小偷悄无声息地进入时突然点亮，给小偷一个警告，但是还是有些欠缺，就是没有声音警告，我们还可以安装一种可以直接使用220V交流电源的蜂鸣器，只要把这种蜂鸣
37、器并联到灯泡的两端，就能在点亮灯的同时发出“嘀、嘀、嘀”的警告声音，可以令不法之徒心慌意乱，打消犯罪企图。如果觉得报警声音太响，还可以用透明胶布把蜂鸣器整个包裹起来降低音量，同时还有防潮的功能，这个系统最大的好处就是不需要设防、解防，一到晚上自动开始工作，既可以在夜间提供照明，又对小偷有足够的威慑力，是一种非常有效、廉价的防盗方案。6.3 注意事项上述特性指标是在源极电阻R7=47K条件下测定的，用户使用传感器时，可根据自己的需要调整R7的大小。使用传感时，管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm以上。探测范围内不要放置会发热的物体，如：暖气、热水器、电视机、电脑、冰箱等电器，除非这些电器都关
38、了。暖气、热水器、电脑、冰箱在自动程序控制状态会时开时关，会引起误感应。探测范围内避免强光照射干扰，如：阳光照射、汽车灯光照射、射灯照射及照明等光源。这些光源含有丰富的红外光谱会引起误感应。探测范围内避开被风吹而引起飘动的物体，如：窗帘、衣物、花草等。布防前，关上窗户和门避免空气对流引起物体瓢动而造成误感应。因为飘动的物体切割了红外线致使探测器误判断。探测范围内避免动物干扰，可调高下深测区，使0.5米以下动物活动不在探测区内。家庭养有宠物可将多区域探测器更换为水平式探测器。最简单的方法是用不透明的胶布粘贴在镜片下端。探测范围与人活动方向呈穿越形式（见A箭头人体活动方向图示4.1），不要正对着人
39、体活动方向（见B箭头人体活动方向图示4.1）。图4.1 人体活动方向图探测范围要有余量，要考虑到夏天，当环境温度升高与人体表面温度一致时（3032），探测距离会缩短1/3以上.因此，务必引起注意。保持在10天内检测一次，保障能正常工作。注意清洁菲温尔镜片，其正反同心圆表面有污点及霉斑点均会影响探测距离和效果。7. 结 论7.1 优 点 体积小，质量轻，稳定性好，感应距离大，灵敏度高，易安装和维护，成本底，使用寿命长，待机功耗小，白天夜间两种工作模式可调，延时时间可调，自动通断，比传统节电开关更具人性化。7.2 缺 点由于控制部分用整流桥整流，将使整个硬件带上高电压，工作时需将整个硬件用绝缘体包
40、裹，以免触电。不能靠近有除人体以外的强热源，否则将出现误判，将失去对人体的探测识别功能，此设计对一切热源都敏感，包括人体红外辐射，因此不具备人体与非人体的识别功能，固有待完善。7.3 设计过程中遇到的问题以及解决措施对于热释红外探测头的选择，由于市场上此类产品很多，种类繁杂，规格也各不一样，应此对此热释红外探测器的选择非常关键。此电路选择RE200B热释红外传感器，此传感器对人体红外辐射进行信号采集。此方法技术成熟，易于实现,能准确探测人体，范围可以调整控制。与光敏电阻9串联的可变电阻的阻值范围的选择。以及延时时间调节端可变电阻大小的选择，都成为必须重视的问题。要实现45秒到240秒延时时间的
41、可调。必须选择合适的可变电阻。通过整流桥堆进行半波整流，再用稳压管初步稳压，最后用LM78L05进行精确稳压，才能实现降压的同时不增大整体设计的体积。可控硅13与负载的耦合成为此设计的关键，根据二极管的单向导通性能，选择二极管桥堆进行整流，配合可控硅的单向导通性，实现对负载的控制。控制输出信号经电阻R4耦合到可控硅时，由于考虑到可控硅的驱动电流较大，因此在电阻R4末端加了三极管9014进行放大，以满足可控硅的驱动电流。参考文献1 吴援明,唐军.模拟电路分析与设计M. 北京:科学出版社 2006年8第一版:630,3350,80120.2 陈永甫.常用半导体器件及模拟电路M北京:人民邮电出版社
42、2006第一版:533.3 秦世才,钱其敖.集成运算放大器实用电路M天津:天津科学技术出版社 1981年11月第一版:5065.4 陈清山,陈利.世界最新集成运算放大器特性、引脚及互换全集M长沙：湖南科学技术出版社 2005第一版:7789.5 肖景和,赵健.红外线、热释电与超声波遥控电路M北京:人民邮电出版社 2003第一版:118140.6 谈和平.红外辐射特性与传输的数值计算M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社 2006年10月第一版:80100.7 纪红.红外技术基础与应用M北京:科学出版社 1979年4月第一版:150168.8 何勇,王先泽.光电传感器及应用M北京:化学工业出版社 200
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44、ical achievements J Beijing: Metallurgical Industry Publishing House January 1984 the first edition:458813 林渭勋.可控硅中频电源M北京:机械工业出版社 1983年5月第一版:77100. 附录APCB图 附录B实物图正面C1实物图反面C2附录C 管脚参数测试符号参数测试条件参数范围单位Vm电源电压.VVi/Vo输入输出电压SS0.3Vdd0.3VIout最大输出电流V=5.0V10mATodr工作温度-2070Tstg储存温度-40+125附录D管脚图附录E BISS0001芯片管脚参数
45、表引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端附录FLM78L05管脚图图A7 LM78L05管脚图