一、紅外光譜
　　
　　人們(men) 肉眼看得見的光線叫可見光，可見光的波長為(wei) 380～750nm。可見光的波長從(cong) 短到長依次排序是紫光→藍光→青光→綠光→黃光→橙光→紅光。波長比紅光更長的光，叫做紅外光，或叫做紅外線（紅外）。紅外光是人們(men) 無法用肉眼看見的光線。民

　　部分光線的波長分布如下：

　　紫光（O.40～0.43μm）；藍光（0.43～0.47μm）；青光（O.47～0.50μm）；綠光（0.50～0.56μm）；黃光（0.56～0.59μm）；橙光（0.59～0.62μm）；紅光（0.62～0.76μm）；紅外（0.76～1000μm）；紅外光又可以分為(wei) ：

　　近紅外（760～3000nm）；中紅外（3000～60000rim）；遠紅外（6000～150000nm）。

　　自然界中任何有溫度的物體(ti) 都會(hui) 輻射紅外線，隻不過輻射的紅外線波長不同而已。根據實驗表明，人體(ti) 輻射的紅外線（能量）波長主要集中在約10000nm左右。根據人體(ti) 紅外線波長的這個(ge) 特性，如果用一種探測裝置，能夠探測到人體(ti) 輻射的紅外線而去除不需要的其他光波。

　　就能實現檢測人體(ti) 活動信息的目的。因此，就出現了探測人體(ti) 紅外線的傳(chuan) 感器產(chan) 品。人體(ti) 紅外線傳(chuan) 感器是根據熱釋電原理製作而成的。

　　二、熱釋電原理
　　
　　人體(ti) 紅外感應傳(chuan) 感器，是利用熱釋電效應原理製成的一種傳(chuan) 感產(chan) 品，什麽(me) 是熱釋電效應呢？就是因溫度的變化而產(chan) 生電荷的一種現象。

　　為(wei) 清楚說明熱釋電效也現像。以圖示意說明。

　　圖l是溫度變化曲線示意圖：圖2是溫度變化引起傳(chuan) 感器表麵電荷變化狀態曲線示意圖；圖3是由傳(chuan) 感器表麵電荷變化引起的電壓變化輸出曲線示意圖。

　　圖l開始的階段（T），在沒有紅外線照射下，熱釋電紅外線傳(chuan) 感器的溫度沒有變化，傳(chuan) 感器表麵的電荷處於(yu) 中和狀態，正負電子對等（A），此時，傳(chuan) 感器沒有輸出（0）。圖l第二階段（T+△T），有溫度變化時。在人體(ti) 紅外線的照射下，熱釋電紅外線傳(chuan) 感器的溫度如果上升了△T，那麽(me) 傳(chuan) 感器表麵的電荷就如圖2（B）所示的那樣發生相應的變化。如果溫度變化為(wei) △T，其對應的電荷變化就產(chan) 生△V的變化，因此，傳(chuan) 感器輸出△V。隨著時間的延長，傳(chuan) 感器表麵就會(hui) 重新吸附空氣中的離子並相互抵消由此而達到如圖2c所示的中和狀態。此時，傳(chuan) 感器又恢複到沒有輸出（O）。如圖3所示。

　　當溫度下降時，溫度又回到原來的狀態（T），其自由極化狀態如圖2D所示。由於(yu) 溫度的下降變化件（相對而言）過程與(yu) 溫度上升變化相反，所以，傳(chuan) 感器表而的電荷變化與(yu) 上升時變化過程剛好相反，是個(ge) 反過程。

　　因此，傳(chuan) 感器的輸出信號就是一△V，如圖3所示。同理，隨著時間的延長，傳(chuan) 感器的表麵又會(hui) 重新吸附空氣中的離子，而使傳(chuan) 感器的輸出信號再次為(wei) 零。

　　傳(chuan) 感器對人體(ti) 活動信息的感應全過程輸出信號如圖3所示。從(cong) 傳(chuan) 感器輸出圖中不難看出，傳(chuan) 感器對人體(ti) 活動的一個(ge) 動作所輸出的信號是一個(ge) 完整的波形。在實驗中。如果用放大器把該信號放大，再用示波器觀察就是一個(ge) 正脈衝(chong) 和一個(ge) 負脈衝(chong) 。也就是說，傳(chuan) 感器輸出感應到的一個(ge) 移動信號近似於(yu) 一個(ge) 完整的l Hz脈衝(chong) 信號。

　　三、紅外線傳(chuan) 感器
　　
　　在熱釋電型傳(chuan) 感器中，以前都是使用一元的傳(chuan) 感器，由於(yu) 一元傳(chuan) 感器受雜散光等因素的影響比較大，應用效果比較差。所以，現在普遍使用雙元傳(chuan) 感單元，這種傳(chuan) 感器有如下優(you) 點：

　　1.具有靈敏度高的特點。

　　2.兩(liang) 個(ge) 單元器件反向連接。因此，同時輸入的紅外線會(hui) 相互抵消，沒有輸出。由此增加了對外部雜散光、環境溫度變化以及外部震動影響的穩定性（見圖5）。

　　由於(yu) 熱釋電型紅外線傳(chuan) 感器的輸入阻抗極高，非常容易引入噪聲。

　　因此就需要對傳(chuan) 感器進行電磁屏蔽處理，因此采用金屬封裝，外殼接地（圖4、圖5的③腳）。這樣就可以達到屏蔽雜波噪聲的目的。

　　在自然界中，所有物體(ti) 輻射的熱能都與(yu) 自身的溫度成正比。物體(ti) 的溫度越高其輻射熱能的峰值波長就越短。溫度在36～37℃的人體(ti) 輻射出來的熱能峰值約在900～1000nm的紅外線，因此，完全可以用熱釋電型紅外線傳(chuan) 感器檢測到人體(ti) 的有或無。

　　為(wei) 了在監測人體(ti) 有或無的過程中避免太陽光和照明燈光等光線的影響，通常對熱釋電型紅外線傳(chuan) 感器表麵附加上濾光片，同時，由於(yu) 人體(ti) 的移動比較緩慢，因此還需要帶有高效率，能夠聚焦的菲涅爾透鏡等配件，才能滿足實際的使用需要。

　　四、紅外線感應模塊
　　
　　人體(ti) 紅外線感應模塊具有體(ti) 積小、使用方便、工作可靠、檢測靈敏、探測角度大、感應距離遠等一係列的獨特優(you) 異功能，已在各個(ge) 領域裏得到了廣泛應用。整個(ge) 紅外線感應模塊一般包括熱釋電型傳(chuan) 感器、菲涅爾透鏡、帶通放大器、比較器、光控電路、延時電路、輸出電路等，如圖6所示。

　　1.菲涅爾透鏡  透鏡的作用是將人體(ti) 輻射的紅外線聚焦、集中，以提高探測靈敏度。

　　2.熱釋電傳(chuan) 感器  傳(chuan) 感器的功能是將人體(ti) 輻射出來的特定波長的紅外線檢測到，並產(chan) 生微弱的信號。在不用菲涅透鏡時，探測距離隻有1～2米。使用菲涅爾透鏡後，探測距離能達到10米以上，因此，菲涅爾透鏡的作用是提高探測距離。

　　3.帶通放大器  由於(yu) 熱釋電傳(chuan) 感器輸出的電脈衝(chong) 信號幅度很小（僅(jin) 1mV左右），其頻率約在0.3～l0Hz左右（該頻率視人體(ti) 的移動速度而定），是超低頻信號。

　　因此。需要高增益低噪聲、低頻帶通放大器進行高增益放大處理後，才能送到下一級電路。放大器的增益約在70～75dB數量級。

　　4.比較器  為(wei) 了有效地抑製噪聲幹擾，提高模塊的工作可靠性，降低誤動作的概率，感應模塊內(nei) 設置了電壓比較器。電壓比較器一般采用雙限窗口比較器，它有一個(ge) 門限電壓（閾值電壓），一般設為(wei) 靜態噪聲的5倍。此值越大，抗幹擾能力越強。但靈敏度隨之下降；此值小，易受幹擾而產(chan) 生誤動作。當放大器的輸出信號到比較器，其幅度達到比較器的門限值時，比較器輸出脈衝(chong) 信號，去觸發延時單穩態電路。這種比較器的設置，可有效防止噪聲信號及電源網絡幹擾聒造成的誤動作。

　　5.光控電路  光控電路的作用是利用光敏電阻對光敏感的特性。對輸入到比較器的信號進行控製。在白天，光敏電阻受到光線的照射。阻值變得很小，如果將該很小的電阻值接在比較器的輸入端，比較器的輸入信號幅度永遠達不到閾值信號所需要的跳變值，所以，比較器就沒有輸出。相反，在晚間，光敏電阻不受光的照射。阻值變得很大，幾乎對比較器的輸入信號不起作用。

　　這樣就起到晝夜的光控作用目的。

　　6.延時電路  延時電路有兩(liang) 種：一種是可重複觸發的單穩態延時電路。隻要電壓比較器有不斷的信號輸出（其實就是在感應模塊感應範圍內(nei) ，有人不斷地走動或出現、消失），單穩延時電路被不斷地重新觸發。輸出端保持有效電平，直到最後一個(ge) 觸發脈衝(chong) 消失後，再延長一個(ge) 單穩時間。第二種延時電路是用了兩(liang) 個(ge) 單穩電路，其目的是提高延時電路的工作可靠性。其原理是：當比較器輸出脈衝(chong) 信號時，第一個(ge) 觸發器被觸發（單穩時間較短），第一個(ge) 單穩電路的輸出觸發第二個(ge) 單穩態電路。使其進入暫穩態，兩(liang) 個(ge) 單穩電路的輸出一起送下一級電路處理。

　　7.輸出電路  根據執行電路的不同。紅外線感應模塊可以輸出高電平延時脈衝(chong) ，也可以輸出低電平延時脈衝(chong) ：甚至輸出標準的脈衝(chong) 波形。這就需要對比較器電路輸出的信號進行整形處理。

　　現在市場上，人體(ti) 感應模塊的電路組成形式有多種多樣的，既有專(zhuan) 用芯片電路，也有用通用型運算放大器芯片實現的。由於(yu) 目前的專(zhuan) 用芯片性能不一定比通用的運算放大器芯片製作的感應模塊好、加之價(jia) 格也比較高。所以，筆者在今後的文中。以采用通用的LM324運算放大器，作為(wei) 實現人體(ti) 紅外線感應模塊功能的放大器芯片電路。

　　五、人體(ti) 紅外線感應模塊的電路原理
　　
　　圖7的電阻R2是探頭需要的匹配負載。一般都選用47kΩ。Al、A2組成感應模塊的帶通濾波和增益放大器。由它們(men) 完成帶通放大器的輸入信號取自R2兩(liang) 端。第一級帶通濾波器的下限截止頻率由R4、C2決(jue) 定，R6、C4決(jue) 定帶通濾波器的上限截止頻率。感應模塊放大器的電壓增益由R6、R4和Rl0、R7決(jue) 定。Al、A2都接成反相輸入反饋式放大器：它們(men) 的上限截止頻率由如下公式計算；fH=1/2×π×R6×C4，將電路中相應的元件數值帶入計算公式可以得出大約為(wei) 7Hz，下限截止頻率計算公式：fL=1/2×π×C2×R4，經計算可以得出約為(wei) 0.3Hz。

　　放大器的電壓增益可以用反饋電阻R6/R4的比值，然後取分貝對數。A1、A2的總增益約70dB。

　　電阻R3、R5、R8、R9組成偏置電路。將兩(liang) 級運算放大器偏置在1/2U（U為(wei) 電源電壓）處。運算放大器的A3、A4及周邊元件Rll～R14、VR及D1、D2組成雙限比較器電路。比較器的基準電壓由Rll～R14分壓決(jue) 定。運放A3的反相輸入端基準電壓為(wei) Vr-=0.55U（U為(wei) 電源電壓），同相輸入端電壓Vr+=0.45U。

　　當傳(chuan) 感器沒有感應到人體(ti) 紅外線時。放大器A2輸出電壓為(wei) 1/2U，這是因為(wei) A2的同相輸入端電壓取自R8、R9組成分壓電路的中心點電壓，也即l/2U。所以，靜態時A2輸出電壓介於(yu) Vr-與(yu) Vr+之間。

　　因A3同相端電壓大於(yu) 0.5U而小於(yu) 0.52U（Vr-），所以輸出低電平。同樣的道理，A4也輸出低電平。

　　當有人在傳(chuan) 感器前麵移動時，感應模塊檢測到人體(ti) 紅外線後。經放大A2輸出相對於(yu) l/2U正、負脈衝(chong) 信號。

　　此時，若A2輸出正脈衝(chong) 信號，其幅度將大於(yu) Vr-（O.52U），Vr+（0.48U），因此，A3輸出高電平，A4輸出低電平。比較器輸出高電平。同理，當A2輸山負脈衝(chong) 信號時，A4輸出高電平。A3輸出低電平。由此可見，當人體(ti) 在傳(chuan) 感器前麵移動時，比較器中的A3、A4交替輸出高電平，圖7電路圖中的二極管D1、D2是隔離二極管。作用是為(wei) 了防止A3、A4中任一個(ge) 輸出低電平時將另一個(ge) 輸出的高電平短路掉而設置的，所以起到了隔離作用。在後續的電路中，可以外接各種執行電路。

　　圖8和圖9分別是產(chan) 品的外形圖和測試連線圖，該紅外線感應模塊外形尺寸為(wei) ：20mm×20mm×15mm。電路中采用的是全貼片元件。感應模塊共有三個(ge) 端子，①腳為(wei) 輸出端；②腳為(wei) 電源端；③腳為(wei) 模塊地。檢測時請按圖9（測試圖）連接好。模塊接上電源時輸出端初始狀態為(wei) 高電平，約20秒後模塊恢複靜態，此時如有人在模塊前麵移動時，模塊能檢測到並同時輸出與(yu) 感應信號相一致的電平。