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作者:王坤池(2003-07-04);推薦:徐業良(2003-07-07)

焦電型人體紅外線感測器簡介

本文針對利用PIR325人體紅外線感測器為電路開關作介紹。人體或其他動物都會散發一種紅外線,而焦電型的紅外線感測器能感測到這類紅外線的變化,當人體經過感測器時,感測器會產生一個微小的信號變化,經過OP放大器放大後,再配合HA17555計時晶片的使用,可控制繼電器導通或停止,進而達到以紅外線感測作為開關之目的。

1.     紅外線感測器

PIR325人體紅外線感測器主要由是利用溫度變化產生電荷現象,故又名「焦電型」人體紅外線感測器。此人體紅外線感測器是以TGG(三甘氨酸硫酸鹽或)PZT(汰酸系壓電材料)等強介質所作成的光感測器,電源電壓為3~15VDC,使用溫度範圍在-10~+50,源極的輸出信號極小,僅有數mV到數十mV,能接受所有熱體所輻射出來的紅外線(包括人體)。

PIR325人體紅外線感測器接腳圖及內部方塊圖如圖1所示,其中Pin1(Drain)為輸出端,Pin2(Source)為電壓輸入,最大可至15VPin3(Ground)接電源負極。

1. PRI325人體紅外線感測器接腳圗及內部方塊圗

PIR325人體紅外線感測器包含兩個感測元件,如圖2左,兩個感測元件均無受到遮擋時輸出保持平衡,即無明顯電壓變化;當其中一感測器被遮擋時(如圖2中),產生單一電壓訊號輸出,此時可發現輸出電壓訊號值變大;當第二個感測元件都被遮擋時(如圖2右),此時電壓輸出訊號將下降,並在隨後自行回復平衡時的電壓。

2. 輸出變化測試圖

實際使用PIR325人體紅外線感測器做測試,由示波器可以得到輸出端電壓變化如圖3所示。當人體或熱源體經過PIR325人體紅外線感測器時,先激發第一個感測元件產生高電位,若隨後激發第二個感測元件便產生低電位,最後兩感測元件再同時回到正常電位。

3. 實際測試輸出電位圖

整個紅外線感測器尚包含HA17555計時晶片、JRC2904晶片、78L05晶片、繼電器、1N4148開關二極管、以及多組電容、電阻、電感。其中HA17555晶片的主要功能是做為方波產生器、振盪器或是計時器,是數位電路中常使用的元件。在此紅外線感測電路中,HA17555晶片作為計時器使用,並由一可變電阻調整時間由1~15秒。作動方式為紅外線感測器輸出電壓變化後,觸發HA17555並控制繼電器開始動作,讓COMON兩端導通,同時HA17555開始倒數計時時間,當倒數時間到了,而紅外線感測器沒有再感測到紅外線變化時,HA17555會使繼電器截止,讓COMON兩端停止導通。

2.     利用PIR325人體紅外線感測器作為電路開關

結合以上各元件及電路,即可達到利用PIR325人體紅外線感測器來作為電路開關的目標。整體電路如圖4所示。由於我們直接加的電壓源衰減的很快,沒有辦法達到穩壓的效果,因此利用78L05做一個穩壓器,將輸入的電壓固定在+5V以改善電路。PIR325人體紅外線感測器所產生的電壓訊號較弱,經由22904晶片做二階放大後,觸發LED亮燈以方便使用者觀察,同時觸發HA17555計時晶片,並藉由計時的方式控制末端繼電器切換,達到電路開關的目的。

4. 利用PIR325人體紅外線感測器來作為電路開關整體電路

使用此紅外線套件時,可調整電路中的VR1來改變PIR325人體紅外線感測器的感測距離,距離範圍約5cm~250cm;調整VR2來改變HA17555計時晶片的倒數時間長短,倒數時間範圍約1~15秒。測試中,當我們調整VR1來改變感測距離時,PIR325人體紅外線感測器所測得的範圍將隨著變化,如圖5所示。此時人體穿越感測範圍的時間將影響感測器所得到的結果,穿越速度太慢或HA17555計時晶片的倒數時間過長時,可能致使PIR325人體紅外線感測器在物體穿越時得到二次有效感測,因而觸發繼電器開關二次,失去紅外線感測的準確性。故使用上當感測距離變大時,倒數時間將需要越久。而此套件在多次測試後,距離在5cm~100cm可以得到較準確的感測結果,在100cm~250cm距離時,較易產生多次感測的現象,準確性較差。

5. 感測範圍示意圖

此紅外線感測套件電路及元件都相當簡易,惟使用前之測試及調教需花費較多時間方可得到較準確的感測值。套件中PIR325人體紅外線感測器屬於外露式的裝置方式,易受其它雜訊影響而出錯,使用安裝時需特別注意套件本身的可靠性及強健性。