紅外傳感自動旋轉門的設計

呂珊珊

摘 要：本設計中的紅外傳感自動旋轉門是在紅外熱釋電傳感器為核心的基礎上，加上紅外傳感控制電路、電動機控制驅動電路、樂曲發聲電路以及交流降壓整流電路組成整體控制結構。紅外傳感器是把紅外輻射轉換成電量變化的裝置，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。

關鍵詞：紅外輻射；傳感器；旋轉門

1 紅外傳感器簡介

敏感元件不需要與被測介質接觸，稱非接觸測溫方法。非接觸測溫在高溫測量方面主要應用于冶金、鑄造、熱處理，以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工業生產過程中，并在民用、醫療等低溫測量方面也得到廣泛應用。任何物體處于絕對零度以上時都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量，只是在低溫段的輻射能量較弱。由于感溫元件只接收輻射能，不必達到被測物體的實際溫度，從理論上講，它沒有上限，可以測量高溫。紅外傳感器是一種非接觸式測溫傳感器，可將紅外輻射的能量轉換成電能。

紅外輻射是一種不可見光。由于紅外輻射是位于可見光中的紅色光線以外的光線，所以又被稱為紅外線。其波長范圍大致為0.76～1000?m。工程上又把紅外線所占據的波段分為近紅外、中紅外、遠紅外和極遠紅外4部分。紅外輻射的物理本質是熱輻射。一個熾熱物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射出來的。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強，而且紅外線被物體吸收時，可以顯著地轉變為熱能。

紅外傳感器可以檢測到這些物體發射的紅外線，用于測量、成像或控制。紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間直線傳播的，它在真空中的傳播速度與光在真空中的傳播速度相同。紅外輻射在大氣中傳播時，由于大氣中的氣體分子、水蒸氣以及固體微粒、塵埃等物質的散射、吸收作用，使輻射在傳輸工程中逐漸衰減。而紅外線在通過大氣層時，有3個波段透過率高，它們是2～2.6?m、3～5?m和8～14?m，統稱為“大氣窗口”。這3個波段對紅外探測技術特別重要，因此紅外探測器一般都工作在這3個波段之內。

紅外傳感器（又稱紅外探測器）是把紅外輻射轉換成電量變化的裝置。紅外傳感器根據探測機理可分成為紅外光電探測器（基于光電效應）和紅外熱敏探測器（基于熱效應）。前者可直接把紅外光轉換成電能，如紅外光敏電阻和紅外PN結型光生伏特器件可用于遙感成像方面；而后者則是吸收紅外光后變為熱能，使材料的溫度升高，電學性能發生變化，人們利用這個現象制成了測量光輻射的器件，如紅外熱釋電傳感器。

紅外熱敏探測器是利用紅外輻射的熱效應制成的，探測器的敏感元件為熱敏元件，它吸收輻射后引起溫度升高，進而使有關物理參數發生相應變化，通過測量物理參數的變化，便可確定探測器所吸收的紅外輻射。熱敏探測器主要有熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型等4種類型。其中，熱釋電型探測器應用最廣，該探測器是根據熱釋電效應制成的（一些晶體受熱時，在晶體兩表面產生電荷的現象稱為熱釋電效應），它主要由外殼濾光片、熱釋電元件、結型場效應管FET、電阻等組成。其中濾光片設置在紅外線通過的窗口處。

紅外光電探測器可直接把紅外光轉換成電能，例如，紅外光敏電阻和紅外PN結型光生伏特器件，主要用于導彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。

2 自動旋轉門設計

本設計中的自動旋轉門控制電路包括熱釋電紅外傳感頭、紅外傳感控制電路、電動機控制驅動電路、樂曲發聲電路以及交流降壓整流電路等。

該控制電路的紅外傳感頭包括P2288-10型熱釋電紅外傳感器（PIR）和與之相配的菲涅爾光學透鏡。WT8075是采用CMOS工藝制造的低功耗紅外傳感專用集成電路，其內部集成有兩級高增益運算放大器、比較電路、系統振蕩器、延時電路、鎖定電路、控制電路和輸出級驅動電路等。當有信號時，其輸出端OUT2輸出高電平的控制信號，以驅動外接的三極管或負載。

由于熱釋電紅外傳感器在加電后到穩定工作需要約30s的加熱時間，在這段時間內，WT8075的輸出處于閉合狀態，即系統不工作。若將WT8075快速自檢測（QTEST）通過S1開關接高電平（VDD），則可使閉合時間從30s縮短為16～25s。WT8075的TB端為芯片系統振蕩器輸入端，由R5和C5決定該系統振蕩器的振蕩頻率約4000Hz，CDS端為光控端，可通過外接光敏電阻器進行光控，當CDS端為低電平時，整個電路不工作。此控制電路不需要光控，因此，將CDS端與VDD相連。TCI端為WT8075的輸出時間控制端，通過調節外接阻容網絡的RPI和C11時間常數可改變輸出脈沖寬度，時間常數越大，脈沖寬度越大。

在開機30s時，系統趨于穩定工作狀態，當有人進入紅外傳感探測視區內時，WT8075便輸出一定寬度的高電平驅動信號，該信號分為2路：一路使VT1導通，觸發晶閘管VS導通，電動機M上電運轉，帶動電動門打開；另一路經R11使VT2導通，音樂電路VT66AS22得電，將內存的“叮咚”音響信號經揚聲器播放。VT66AS22內有驅動級，可直接驅動揚聲器B發聲，6s后曲畢自停。

P2288-10為雙探測器件，其工作電壓為3～15V，窗口波長為7～15?m，使用環境溫度為-40～60℃。VT1和VT2為小功率三極管9013。根據電動機的功率，VS選用1.6A/400V的TLC223型或3A/400V的TLC226型塑封雙向晶閘管，VD選用IN4004型整流二極管，VDW選用散耗功率Pzm為1W的2CW103型（5V）穩壓二極管，R13選用RJ-2W-680kΩ型金屬膜電阻器，RPI選用WH7型合成膜電位器，其余電阻均采用RT-1/8W型碳膜電阻器，C14選用CBB-400V-0.68pF型聚丙烯電容器；B選用0.25W的YD57-2型電動式揚聲器。

參考文獻

[1]朱志偉.傳感器原理與檢測技術[M].南京大學出版社，2012.

[2]李智明.電氣控制與PLC及變頻器技術應用[M].清華大學出版社，2012.

（作者單位：永城職業學院）