东北石油大学课程设计2013年3月1日石油学院课程设计任务书课程光电检测技术题目红外感应式语音门铃电路设计专业学号主要容：应用KD5223语音专用集成电路，TX05D红外集成传感器，设计一红外感应式语音门铃电路，使其当有人接近时发出“请开门”的声音。
基本要求：1）设计红外感应式语音门铃电路设计功能框图。
2）设计红外探测电路、模拟语音电路、音频功率放大电路、电源变换电路。
3）当客人离门1米左右时发出“请开门”的声音。
4）调试安装。
5）完成课程设计总结报告。
主要参考资料：1）有卿编著. 新颖集成电路制作精选[M].人民邮电, 2005.4.2) 振官，宏威等编著.光电子电路制作实例[M]. 2006.4.3) 黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M]. 2006.10.完成期限2013.2.25~2013.3.1指导教师专业负责人2013年2月25日第1章概述1.1目的及意义门铃历史悠久，现代社会最常见的是电子门铃。
门铃的类型由有线门铃发展为无线门铃，由单纯的音乐门铃发展到对讲门铃，遥控门铃，可视门铃等。
随着经济的发展，门铃也已经不单纯作为居家提醒来客的工具了。
善于创新的人类会去思考，门铃是否可以用来提醒主宾双方，是否可以既用于迎宾又用于防盗。
感应门铃就是在这种探索中产生。
感应门铃又称迎宾器，是近年才有的常用于小型商铺，超市起迎宾防盗作用的电子产品。
感应门铃的前身是电子防盗报警器；事先人们用它来防盗的，但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成比较悦耳的声音，特别是：叮咚声，您好，欢迎光临等音效备受用户的青睐，顾客一进门就报出欢迎语音，起到了礼貌问候，从而做到提醒店员有人进店和迎宾的两重作用。
本次设计就是要根据现有红外感应门铃技术，在掌握其设计原理的基础上，利用红外探测器加上必要的芯片及元器件，制作一个简易实用廉价的感应门铃。
1.2基本容和设计方案1.2.1基本容1）了解红外感应探测技术，重点掌握热释电红外传感器的原理，掌握常用逻辑芯片及独立元器件的应用情况，熟悉常见红外感应器件的性能参数。
了解语音芯片的型号及存储容。
了解可能使用的常见芯片及独立元器件的价格；2）根据理论知识及实际需要与成本限制，分析需要使用的模块，构建完整模型，进行模块分析，设计出合理完善的技术方案，另外注意功能的拓展功能实现的难易程度，及拓展模块与原电路的兼容性；3）根据所设计的方案，完成电路仿真。
1.2.2 技术方案本方案设想用于商铺门口，当有顾客进入时，门铃自动响起“请开门”声音，提醒店主有人进入并起欢迎顾客的作用。
而在顾客离去时，门铃不发声。
并且电路应具有一定的拓展空间，以便后续实现附加功能。
在供电模块，采用5V直流电源供电。
功能实现后可考虑增加拓展模块，如当顾客出门时发出另一种提示音，或者在商铺无人时，模式改为报警门铃等。
第2章感应门的基本原理当今社会感应技术发展迅速，目前常用的感应技术有红外感应，压力感应，电感应，磁感应，光感应，热感应，微波感应，气体感应等等。
各种不同的感应技术都有各自的应用领域，而且呈现越来越广泛的趋势。
总的来说，感应技术的基本原理就是自动对特定的外界信号（包括物理、化学、生物等方面的各种信号）产生预定响应。
本文感应式门铃用到的感应技术主要是红外感应，而红外感应技术就需要用到红外传感器。
感应式门铃就是通过红外传感器探测人体红外信号，继而经过一系列电路的判断与控制，达到使扬声器发声的功能。
2.1热释电传感器红外传感器可分为两类：主动式红外传感器和被动式红外传感器。
2.1.1热释电红外传感器概述热释电红外传感器也称热释电传感器，是一种被动式调制型温度敏感器。
在电路原理图中，通常采用字母“PIR”表示。
传感器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。
传感器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。
被动红外传感器形成的警戒线一般可以达到数十米。
被动式红外传感器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）等部分组成。
其核心是红外探测器件，通过光学系统的配合作用可以探测到某个立体防空间的热辐射的变化。
红外传感器的探测波长围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在围以。
被动式红外传感器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。
其缺点是相对于主动式传感器误报率较高。
感应式门铃的应用围和设计要求决定了它应该是具有一个面的探测围，而且应该只对人体产生有效信号，这就排除了主动式红外传感器。
再根据单波束和多波束PIR 的比较，综合考虑，决定使用被动式多波束型红外传感器。
热释电红外传感器就是这种类型的传感器。
2.1.2 红外辐射与热释电效应红外辐射：红外辐射的物理本质是热辐射，它是由于物体部分子的转动及振动而产生。
这类振动是由物体受热引起的，在一般常温下，所有物体都是红外辐射的发射源，但发射的红外波长不同。
实践证明，温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长，人体表面辐射出波长约为10μm。
红外线和所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉和吸收等性质，但它的特点是热效应最大。
热释电效应：因红外线具有很强的热效应，当交互变化的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时会发生电荷的变化，从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。
热释电红外传感器就是根据这种原理制成的。
2.1.3热释电红外传感器的结构及工作原理众所周知，只要物体本身温度高于热力学温度0 K（约-273℃），则都会发射出相当于某一个温度的辐射线，人体都有恒定的体温，一般为37℃，所以会从人体表面辐射出波长约为10μm的红外线。
可利用面镜或透镜将人体所辐射出来的红外线有效地集中于热释电红外传感器上，通过热释电红外传感器将收集到的红外线能量转换为电气信号。
热释电红外传感器部由光学滤镜、场效应管、红外感应源（热释电元件）、偏置电阻、EMI电容等元器件组成。
其结构及部电路分别如图2-1和图2-2所示图2-1 热释电红外传感器结构图2-2 热释电红外传感器结构及部电路2.1.4 热释电红外传感器的类别及特性热释电红外传感器按部安装敏感元件个数多少，又可分为单元件、双元件、四元件及特殊形式等几种，最常见的为双元件型。
所谓双元件就是在一个传感器中有两个反相串联的敏感元件，其特点是：（1）当入射能量顺序地射到两个元件上时，其输出要比单元件高一倍；（2）由于两个元件逆向串联，对于同时输入的能量会相互抵消，可防止太阳或灯头等红外线引起误动作；（3）可防止因环境温度变化引起的检测误差；（4）常用的敏感元件还具有压电效应，所以双敏感元件还可以消除因振动引起的检测误差。
特殊形式有温补单元型，主要用于辐射高温计、气体分析设备、火焰检测器等。
目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、TX05D、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。
热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（部开关管D极，DRAIN）、信号输出端（部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND）。
TX05D红外集成传感器如图2-3所示。
图2-3 TX05D红外集成传感器应用连接图2.2 音乐芯片音乐芯片是一种比较简单的语音电路，它通过部的振荡电路，再外接少量分立元件，就能产生各种音乐信号。
音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支，目前广泛用于音乐卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。
根据音乐输出的特点我们将音乐电路分为以下几类：单曲、复音、音乐带闪灯、唱歌。
按封装形式有COB黑膏软封装和三极管封装形式。
基本外形如图2-4所示。
图2-4 音乐芯片音乐芯片的外部引脚根据厂家、型号、功能的不同各有不同，但主要引脚没有区别，图2-4给出的是一种基本形式。
芯片各引脚的功能分别为：（1）VDD和VSS分别是电源正端和负端，一般工作电压围是2.4～5.5V；（2）e、b、c三焊孔用来焊接外接功放三极管；（3）OSC是外接振荡电阻端，振荡电阻应接于OSC和VDD端间。
值得注意的是，有些芯片的OSC是振荡阻容端，是外接振荡电阻和振荡电容的公共端，而有些芯片则不需要外接电容电阻；（4）TRIG为触发端，高电平触发有效。
第3章系统设计方面3.1 系统功能分析本方案设想用于商铺门口，当有顾客进入时，门铃自动响起“请开门”（或者其他语音）的预置声音，既起到迎宾作用，也提示店主有顾客进入；而当顾客离开时则不提示。
这样不仅实现了感应式门铃的基本要求，而且由于可判别人体行走方向，为以后的拓展功能预留了空间（比如顾客出门时提示“光临”的预置音或者店铺关门后可调整至报警状态等）。
3.2 系统整体设计模块本设计方案可分为4个模块：红外探测模块，控制模块，发声模块，供电模块。
如图3-1所示。
其中最关键的就是红外探测模块和控制模块。
前者决定了整个设计方案的成败，而后者决定了能否实现预期效果。
图3-1 系统模块图3.3 红外探测模块红外探测模块实现的功能是将感应到的人体红外线转换为可用的驱动电信号。
本模块的红外感应部分采用热释电红外线传感器。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。
整个探测模块主要由光学系统，热释电红外传感器，信号滤波和放大信号处理构成。
如果使用独立元器件完成信号处理的各项功能会比较复杂。
这里采用一种新型模块TX05D。
3.3.1 TX05D红外集成传感器的简介TX05D外形和引线见图1所示它是一体化结构，使用非常方便全部电路焊装在1 只46 mm×32 mm×17 mm×不包括安装支架D 的塑料盒盒的侧面设有工作状态指示灯和灵敏度调节孔，红色发光二极管用来指示近红外传感器的工作状态，平时熄灭，有反射物时发光灵敏度调节孔用来调节反射检测距离，顺时针调距离增大，逆时针调距离减小TX05D 通过1 条1.5 m 的双芯屏蔽线作为输出引线，其中红色线为电源正极，白色线为输出端，屏蔽线< 铜网D 接电源负极在近红外传感器的有效检测区围，若有人和物体存在，输出端白色线上的电压为高电平，若没有反射物，则输出为低电平实际应用时，如果引出线长度不够，可根据需要加长。
图3-2 TX05D红外集成传感器模块部电路结构TX05D 工作电压为5~12 V 极限电压15 V 工作电流5~20 mA 最大30 mA 检测距离为1. 2 m0TX05D 工作原理，当TX05D 接通电源后模块部的红外发射管向前方发射38 kH 的调制红外光信号一旦有人进入( 或有物体存在)有效检测围时红外光信号就会有一部分被反射回来红外接收管接收后由部电路转换成同频率的电信号再经放大，解调，整形，比较处理后在输出端输出高电平信号。