文档介绍：基于温度传感器的仓库通风与报警系统设计
(渭南师范学院物理与电气工程学院 2008级电气工程及其自动化1班)
摘要:系统利用DS18B20温度传感器对环境温度进行测量,经AT89S52单片机进行数据采集后由液晶显示,并通过单片机设置温度阈值控制相应电路,实现电机启动和停止,达到通风的目的。同时,由RE200B传感器感应活动物体后,通过AT89S52控制报警电路,达到报警目的。
关键词:温度传感器;DS18B20;AT89S52;RE200B;执行电路;电机;
1绪论
温度是生产过程和科学实验中一个重要的物理量,它反映了物体冷热的程度,与自然界中的各种物理和化学过程相联系。在工、农业生产和日常生活中,各个环节都与温度紧密相联,温度的准确监测及控制占据着极其重要地位。比如,发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内;许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行等。没有合适的温度环境,许多电子设备就不能正常工作,粮仓的储粮就会变质霉烂,酒类的品质就没有保障。可见,温度的测量和控制是非常重要的。随着社会科技的进步,监测仪器已应用于各个领域,智能化温度控制系统已应用到人们生活的各个方面,针对这种实际情况,设计一个温度控制系统,具有广泛的应用前景与实际意义[1]。
由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外,随着半导体技术和新型材料的发展,热释电红外探测器的防误报能力、控制范围与可靠性都有了很大程度的提高,可以满足多数环境下的使用要求,因此,在防盗、报警、安全、自动控制等方面,热释电红外传感器比其他类型的传感器应用更为广泛[2]。
系统的自动通风及报警系统,可以实时检测仓库的温度,并根据所测的数据控制排风扇、空调器等设备的运行,确保仓库通风良好,并有合适的温度环境,以及测试是否有活动物体通过门口,达到报警防盗功能。
2红外报警电路的实现
红外线是电磁波谱的一个部分,这一波段位于可见光和微波之间,根据普朗克辐射定理,凡是绝对温度大于0℃的物体都能辐射电磁能,物体的辐射强度与温度表面的辐射能力有关,辐射的光谱分布也与物体温度密切相关。在电磁波谱中,-,-1000的电磁波称为红外波段,红外波段的短波段与可见光红光相邻,长波段与微波相接。可见光辐射主要来自高温辐射源,如太阳,高温燃烧气体,灼热金属等,而任何低温,室温或加热后的物体都有红外辐射。红外监测不需要与被测物体接触,并可远距离测量,它特别适合于高速运动物体,旋转体,人体,动物体的测量。红外监测不像热电偶,温度计那样,需要与被测量体接触以达到热平衡,只要接触到目标的红外辐射即可测量,其响应时间在毫秒甚至微妙数量级。
热释电红外线传感器由探测元、滤光片和场效应管阻抗变换器等三大部分组成,如图1所示:
图1热释电红外线传感器
对不同的传感器来说,探测元的制造材料有所不同。如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成;P2288由LiTaO3 制成。将这些材料做成很薄的薄片,每一片薄片相对的两面各引出一根电极,在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的,因此形成的等效小电容能自身产生极化,在电容两端产生极性相反的正、负电荷。传感器中两个电容是极性相反串联的。
光学滤镜的主要作用是只允许波长在10左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过,而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉,以抑制外界的干扰。红外感应源通常由两个串联的热释电元件组成,这两个热释电元件的电极相反,环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用,使其产生的热释电效应相互抵消,输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元件接收,由于角度不同,两片热释电元件接收到的热量不同,热释电能量也不同,不能完全抵消,经处理电路处理后输出控制信号[5]。
热释电效应同压电效应类似,是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成,在元件两个表面做成电极,在传感器监测范围内温度有的变化时,热释电效应会在两个电极上产生电荷,即在两电极之间产生一微弱的电压。由于它的输出阻抗极高,在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷会被空气中的离子所结合而消失,即当环境温度稳定不变时,
=0,传感器无输出。在自然界,任何高于绝对温度(-273℃)时物体都将产生红外光谱,不同温度的物体,其释放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低有关。
人体或者体积较大的动物都有恒定的体温,一般在37℃,所以会发出波长10左右的红外线,当人体进入检测