红外传感自动旋转门的设计

吕珊珊

摘 要：本设计中的红外传感自动旋转门是在红外热释电传感器为核心的基础上，加上红外传感控制电路、电动机控制驱动电路、乐曲发声电路以及交流降压整流电路组成整体控制结构。红外传感器是把红外辐射转换成电量变化的装置，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。

关键词：红外辐射；传感器；旋转门

1 红外传感器简介

敏感元件不需要与被测介质接触，称非接触测温方法。非接触测温在高温测量方面主要应用于冶金、铸造、热处理，以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中，并在民用、医疗等低温测量方面也得到广泛应用。任何物体处于绝对零度以上时都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，只是在低温段的辐射能量较弱。由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。红外传感器是一种非接触式测温传感器，可将红外辐射的能量转换成电能。

红外辐射是一种不可见光。由于红外辐射是位于可见光中的红色光线以外的光线，所以又被称为红外线。其波长范围大致为0.76～1000?m。工程上又把红外线所占据的波段分为近红外、中红外、远红外和极远红外4部分。红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强，而且红外线被物体吸收时，可以显著地转变为热能。

红外传感器可以检测到这些物体发射的红外线，用于测量、成像或控制。红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，它在真空中的传播速度与光在真空中的传播速度相同。红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸气以及固体微粒、尘埃等物质的散射、吸收作用，使辐射在传输工程中逐渐衰减。而红外线在通过大气层时，有3个波段透过率高，它们是2～2.6?m、3～5?m和8～14?m，统称为“大气窗口”。这3个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这3个波段之内。

红外传感器（又称红外探测器）是把红外辐射转换成电量变化的装置。红外传感器根据探测机理可分成为红外光电探测器（基于光电效应）和红外热敏探测器（基于热效应）。前者可直接把红外光转换成电能，如红外光敏电阻和红外PN结型光生伏特器件可用于遥感成像方面；而后者则是吸收红外光后变为热能，使材料的温度升高，电学性能发生变化，人们利用这个现象制成了测量光辐射的器件，如红外热释电传感器。

红外热敏探测器是利用红外辐射的热效应制成的，探测器的敏感元件为热敏元件，它吸收辐射后引起温度升高，进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。热敏探测器主要有热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型等4种类型。其中，热释电型探测器应用最广，该探测器是根据热释电效应制成的（一些晶体受热时，在晶体两表面产生电荷的现象称为热释电效应），它主要由外壳滤光片、热释电元件、结型场效应管FET、电阻等组成。其中滤光片设置在红外线通过的窗口处。

红外光电探测器可直接把红外光转换成电能，例如，红外光敏电阻和红外PN结型光生伏特器件，主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。

2 自动旋轉门设计

本设计中的自动旋转门控制电路包括热释电红外传感头、红外传感控制电路、电动机控制驱动电路、乐曲发声电路以及交流降压整流电路等。

该控制电路的红外传感头包括P2288-10型热释电红外传感器（PIR）和与之相配的菲涅尔光学透镜。WT8075是采用CMOS工艺制造的低功耗红外传感专用集成电路，其内部集成有两级高增益运算放大器、比较电路、系统振荡器、延时电路、锁定电路、控制电路和输出级驱动电路等。当有信号时，其输出端OUT2输出高电平的控制信号，以驱动外接的三极管或负载。

由于热释电红外传感器在加电后到稳定工作需要约30s的加热时间，在这段时间内，WT8075的输出处于闭合状态，即系统不工作。若将WT8075快速自检测（QTEST）通过S1开关接高电平（VDD），则可使闭合时间从30s缩短为16～25s。WT8075的TB端为芯片系统振荡器输入端，由R5和C5决定该系统振荡器的振荡频率约4000Hz，CDS端为光控端，可通过外接光敏电阻器进行光控，当CDS端为低电平时，整个电路不工作。此控制电路不需要光控，因此，将CDS端与VDD相连。TCI端为WT8075的输出时间控制端，通过调节外接阻容网络的RPI和C11时间常数可改变输出脉冲宽度，时间常数越大，脉冲宽度越大。

在开机30s时，系统趋于稳定工作状态，当有人进入红外传感探测视区内时，WT8075便输出一定宽度的高电平驱动信号，该信号分为2路：一路使VT1导通，触发晶闸管VS导通，电动机M上电运转，带动电动门打开；另一路经R11使VT2导通，音乐电路VT66AS22得电，将内存的“叮咚”音响信号经扬声器播放。VT66AS22内有驱动级，可直接驱动扬声器B发声，6s后曲毕自停。

P2288-10为双探测器件，其工作电压为3～15V，窗口波长为7～15?m，使用环境温度为-40～60℃。VT1和VT2为小功率三极管9013。根据电动机的功率，VS选用1.6A/400V的TLC223型或3A/400V的TLC226型塑封双向晶闸管，VD选用IN4004型整流二极管，VDW选用散耗功率Pzm为1W的2CW103型（5V）稳压二极管，R13选用RJ-2W-680kΩ型金属膜电阻器，RPI选用WH7型合成膜电位器，其余电阻均采用RT-1/8W型碳膜电阻器，C14选用CBB-400V-0.68pF型聚丙烯电容器；B选用0.25W的YD57-2型电动式扬声器。

参考文献

[1]朱志伟.传感器原理与检测技术[M].南京大学出版社，2012.

[2]李智明.电气控制与PLC及变频器技术应用[M].清华大学出版社，2012.

（作者单位：永城职业学院）