利用LHI778热释电红外传感器集成电路设计的自动洗手器系统
摘要：利用LHI778热释电红外传感器，通过NE555型时基集成电路设计自动洗手器系统用于医院洗手间。
关键词：LHI778热释电红外传感器，NE555型时基集成电路;
注：555时基集成电路是数字集成电路，是由21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻组成的定时器，有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。
它具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。
在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于三极管电路。
1.简介
热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出20米范围内人的行动。
2.原理
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
工作原理与特性
被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。
2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。
5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。
优缺点：
优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。
价格低廉。
缺点: 容易受各种热源、光源干扰; 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收; 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
3. LHI778热释电红外传感器
商品型号：LHI778/3439
生产厂家：德国Perkinelmer
实物图电路图
详细介绍
热释电红外传感器在热辐射能量发生改变时，会产生电荷变化。
这个效应被用来探测红外辐射的变化。
这些热释电传感器应用于人体移动探测器，被动红外防盗报警器，以及自动灯开关。
基于同样的原理，热释电传感器通过红外吸收方法，应用于气体探测。
1）特点：
·低噪声，高响应度
·优异的共模平衡-双单元类型
·TO-39，TO-5封装
·各种滤波器窗口供宽带或者窄带应用
·单通道或者双通道器件
·双元或者四元器件应用于防盗产品
·单元器件带热补偿
2）典型应用：
·被动红外防盗报警：Lhi968，对强烈的白光以及电磁辐射具有优异的抗干扰性能。
·人体移动探测：
·天花板安装人体探测
·气体分析
·非接触红外测量
3）具体参数
4.产品分类介绍
1）双元探测器：双元探测器包含两个单元，它们对共同的FET输出是反极性连接的。
型号：Lhi954、Lhi968、Lhi778、Lhi958、Lhi874、Lhi878
2）四元探测器：四元探测器包含四个单元，两个输出，这两个独立的通道使信号的处理避免错误报警
型号：Lhi1448、Lhi1548、Lhi1148
3）天花板安装类型：这类探测器具备独特的结构适合天花板安装设计，它们包含两个或者四个不同的单元，同一个FET输出通道。
型号：Lhi906、Lhi1128
4）单元探测器：这类带FET输出的探测器，具有不同的尺寸，自带热补偿，专门的窄带红外滤波窗口
型号：Lhi807、Lhi807TC、PYS4198、PYS4198TC、PYS3151TC
5）双通道探测器：这些特殊的设计包含两个单元探测器，TO-5封装。
每个单元探测器具备独立的滤波器合输出通道，各种窄带滤波器可以选择。
型号：Lhi814G1/G20、Lhi814G2/G20
5.具体应用
自动洗手器电路图,(热释电红外控制技术,自感应放水功能)采用热释电红外控制技术，能在人体靠近水龙头时，水龙头自动打开放水；当人离开水龙头或超过定时时间未离开时，水龙头均会自动将水关闭。
该装置广泛应用于家庭或医院、公共卫生间等公共场所。
电路中，电源电路由电容器cl、C2、电阻器Rl、稳压二极管vs和整流二极管VD1组成；红外检测控制电路由电阻器R2—R7、电容器C3一C5、二极管VD2、晶体管vi、V2、热释电红外传感器集成电路ici和时基集成电路IC2组成；控制执行电路由光祸合器VLC和电磁阀YV组成。
交流220V电压经cl降压、vs稳压、VDI整流及C2滤波后，为红外检测控制电路提供6V直流电压。
平时，vi和V2处于截止状态，IC2和VLC不工作，其内部的光控晶闸管处于截止状态，YV处于断电状态。
当人体接近icl时，ici的输出端（OUT)将输出高电平，使vi和V2饱和导通，IC2通电工作，其3脚输出高电平，使VLC内部的发光二极管点亮，光控晶闸管导通，YV通电开始放水。
与此同时，C4通过R5缓慢放电，使IC2的2脚和6脚电压不断上升。
当定时时间结束(IC2的6脚电压升至4V以上）时，IC2内电
路翻转，3脚输出低电平，使VLC内电路截止，YV断电停止工作。
若在定时时间未结束时，而人体离开Ici一定距离时，则icl的输出端变为低电平，使vt和V2截止，ici和YV断电停止工作。
改变R5的阻值或C4的容量，可改变定时时间的长短。
元器件选择RI一R7选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。
cl选用耐压值为400V以上的CBB电容器；C2一C4均选用耐压值为16V的铝电解电容器。
VDI选用I N4007型硅整流二极管；VD2选用1 N4148型硅开关二极管。
vs选用lw、6.2V的硅稳压二极管，例如1 N4735等型号。
vi选用S9013或3 DG6型硅NPN晶体管；V2选用S8550或3DG8550型硅PNP晶体管。
ici选用SD02或P2288、LN-206、LHI778等型号的热释电红外传感器集成电路；IC2选用NE555型时基集成电路。
VLC选用MOC3041型光藕合器。
YV选用XJD-1型220V电磁水阀。