一、紅外探測器的工作原理

我們今天給大家介紹的是一款被動紅外傳感器。

在室溫條件下，任何物品均有輻射。不同溫度的物體釋放的紅外的能量波長不同，溫度越高的物體，紅外輻射越強。

人體有恒定的體溫，與周圍環境溫度存在差别。當人體移動時這種差别的變化通過菲涅爾透鏡被熱釋電傳感器檢測到，經過電路處理，輸出報警信号。

以下是紅外傳感器的原理圖解:

熱釋電紅外傳感器的實物圖:

菲涅爾透鏡實物圖:

二、紅外探測器硬件原理圖設計：

原理圖設計共包括4部分，分别是電源設計、被動紅外探測設計、MCU主控設計、電池低壓檢測設計、無線發射設計。

1.電源設計:

從産品的規格書知道，本産品的供電電源是一顆DC9V電池。 單片機和系統的供電電壓是3V， 需要使用一個穩壓芯片HT7530将9V轉換成3V，具體的電路設計見下圖：

J3：電池夾，連接9V電池

J4: 波動開關， 電源開關。控制紅外傳感器的開關

C11 C12 : 穩壓前端濾波電容

C13 C15: 穩壓後端濾波電容

HT7530： 穩壓芯片，封裝SOT-89 可以提供100MA的輸出電流

2. 被動紅外探測設計

本産品我們選在的是一款熱釋電紅外傳感器的專用芯片BISS0001。

芯片的腳位圖如下:

腳位功能說明:

VDD — 工作電源正端。範圍為 3~5V。

VSS — 工作電源負端。一般接 0V。

1B — 運算放大器偏置電流設置端。經 RB 接 VSS 端，RB 取值為 1MΩ 左右。

1IN- — 第一級運算放大器的反相輸入端。

1IN — 第一級運算放大器的同相輸入端。

1OUT — 第一級運算放大器的輸出端。

2IN- — 第二級運算放大器的反相輸入端。

2OUT — 第二級運算放大器的輸出端。

VC — 觸發禁止端。當 VC <VR 時禁止觸發；當 VC>VR 允許觸發。VR ≈ 0.2VDD。

VRF — 參考電壓及複位輸入端。一般接 VDD，接“0”時可使用定時器複位。

A — 可重複觸發和不可重複觸發端。當 A = “1”時，允許重複觸發，當 A = “0”時。不可重複觸發。

VO — 控制信号輸出端，由 V5 的上跳變沿觸發使 VO 從低電平跳變到高電平時為有效觸發。在輸出延遲時間 TX 之處和無 V5 上跳變時 VO 為低電平狀态。

RR1RC1 — 輸出延遲時間 TX 的調節端。TX ≈ 49152R1C1。

RR2RC2 — 觸發封鎖時間 TI 的調節端。TI ≈ 24R2C2。

芯片的内部結構框圖:

從内部接口可以看出：BISS0001可使用的有兩路運算放大器OP1 和OP2. 輸入的芯片在合理的電路設計下，可以經過兩級放大，把微弱的信号放到到單片機可以處理的信号範圍内。

被動紅外傳感器的原理圖設計:

BISS0001 的廠商提供了針對被動紅外傳感器的參考電路。我們可以直接參考 參考電路來設計我們的原理圖：

本産品的原理圖設計如下：

觸發封鎖時間 TI 的調節端

觸發鎖定時間就是 紅外探測的間隔時間，内部有一個定時器。 間隔時間可以有外部的電路來調整。

如上圖R15 R16 C3 J2 連接BISS0001的5,6腳來實現了觸發鎖定時間的定時。J2的1腳和3腳連接，間隔時間是5秒，J2的1腳和2腳連接，定時時間是5分鐘。

鎖定時間 ≈ 24*R15*C3 或24*R6*C3

紅外熱釋電路分析

PIR1是熱釋電紅外傳感器。

電源輸入: 1腳是電源輸入，分别由C13、R30、 C17、C18、R31組成了電源電路. 因為熱釋電紅外傳感器是一個非常敏感的器件，電源的紋波要求比較搞，為了防止紅外的誤報，我們在電源輸入腳，加了多重濾波。包括R30 R31在這裡都是濾波功能。

電源GND：3腳是GND ，直接接GND

信号輸出: 2腳是紅外的信号輸出腳。C8是濾波功能，R25，R26在這裡的作用是，将電源的信号放大作用，R25 和R26的阻值固定，按照電阻分壓的原理，熱釋電紅外傳感器的2腳和BISS0001的14腳成固定比例。14腳的輸入電壓比傳感器的2腳高。

信号輸入及處理電路解析

第一級信号放大:

熱釋電紅外傳感器的信号輸入到BISS0001的14腳，即芯片内部的OP1的同相輸入端，OP1的反向輸入腳15腳由R22和C4 和16腳（OP1的輸入）相連，構成了一個負反饋電路。

這部分電路是紅外傳感器的第一級放大電路，信号由16腳輸出。

第二級信号放大:

OP1的信号輸出腳經過C14,R29,S3 ，将放大的信号輸入到OP2的反向輸入端13腳。13腳和R23和C5構成了二級放大，将信号進行耳機放大。

其中，S3是一個10K的溫敏電阻。主要的作用是讓紅外感應可以适應高低溫使用。（熱釋電紅外傳感器受溫度因素較高）

報警信号輸出

OV腳是BISS0001的信号輸出腳，經過R18和Q5，把信号輸給單片機處理。

當感應到紅外報警的時候，OV腳輸出一個高電平。

高電平保持的時間 是由R17和C2決定的。

保持時間≈ 49152R17C2

其他電路

其他電路請大家參考BISS0001查看，在這裡就給大家不再分析了

三、 MCU主控設計

紅外探測器我們選擇的是STC15W204S單片機。MCU部分的電路設計如下:

單片機供電：

單片機的6腳是電源輸入腳,C1是電源濾波作用，8腳是GND,直接接地線。

LED控制電路

R8和LED1是單片機的電源指示燈電路。 其中R8的作用是限流。 LED的負極接GND，單片機的P5.5輸出高電平,LED亮，輸出低電平，LED滅

防拆電路

防拆開關S1和R14 組成了産品的防拆功能。 其中R14是上拉作用。

防拆開關按下去防拆開關的1腳和2腳連接，單片機的P3.3是高電平，如果防拆開關松開，1腳和3腳連接，P3.3編程低電平。

即: 觸發防拆開關，P3.3由高電平編程低電平(下降沿觸發);

其他電路分析

紅外感應接收: P3.6是紅外感應報警信号輸入腳。也是下降沿觸發。

無線信号發射: P3.2是OOK無線信号發射輸出腳。

K0,K1,K2,K3: OOK 數據碼調整控制，再本産品設計中未使用。

Low_vot: 電池低壓檢測腳。

四、電池低壓設計

因産品是電池供電，所以需要設計電池低壓檢測功能。低壓檢測電路如下圖所示:

9V 是電池供電電壓 VCC是系統供電電壓3V.

産品是電池供電，需要做低功耗，所以低壓檢測電路中電阻值都選擇得比較大。

2.R1 和R9的阻值是固定的，根據電阻分壓原理，Q1基極的電壓（R1和R9之間）和 9V(實際電壓是波動的，會随着電池的使用不斷的降低)的電壓是成正比的。

3.電池低壓不斷的減低，Q1基極端的電壓也會不斷的降低。再電池電量未低壓的時候Q1基極的電壓可以是Q1導通，Q2的基極連接GND，Q2不導通，low_vot端的電平為高電平。

4.随着電池的不斷使用， 9V的電壓降至6V左右，Q1的基極的電壓不足以讓Q1導通，Q1的發射極和集電極斷開。Q2的基極通過R10的上拉，讓Q2導通，low_vot端的電平變為低電平。

5.電池低壓檢測，low_vot端由高電平變為低電平，即下降沿中斷。

五、OOK無線發射電路

無線紅外的報警信号是通過無線發送給WIFI報警主機，最終通知用戶，或管理處，有人闖入或其他功能。

以下是無線紅外的OOK無線發射設計電路。

目前在市面是可以找到很多類似的發射IC，而且價格比較低廉，關于這部分電路，涉及到另外一個領域的知識，篇幅較長，如果對這塊有興趣的同學，可以找我們華維單片機編程獲取支持和資料。

關于本款産品的硬件設計電路的分析到這裡就結束了，明天我們再來講解第三部分。

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