实验三 热释电红外传感器
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实验三 热释电红外传感器特性实验
一、实验目标
1.熟悉热释电红外传感器原理和信号放大电路；
2.调用EPI提供的子vi编写检测人体感应程序；
3.通过示波器观测传感器输出动态变化。
二、硬件介绍
热释电红外传感器实验板主要由一个热释电传感器和放大电路组成，后端再加入一个比较器，对传感器波形进行整形。
测量原理：
热释电传感器是利用热释电效应制作的传感器，热释电效应就是由于温度变化而产生电荷的现象，在温度不发生变化时热释电红外线传感器就不会有信号产生。
热释电红外线传感器产生的是电荷，电荷信号不便于直接利用。一般传感器内部都通过场效应管对其进行阻抗变换，输出幅度较小的电压信号。
人体具有相对恒定的体温，一般在37℃左右。人体辐射的红外线中心波长为9~10µm，而传感器的波长灵敏度在0.2~20µm范围内几乎稳定不变。当人从透镜前走过时，人体发射的10µm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。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，从而增强其能量幅度。
若将热释电红外线传感器和放大电路结合，可将信号放大1000倍甚至更高，这样就可以测出1米以外范围内人的行动。
热释电传感器电路板如图：
热释电传感器电路板
热释电红外传感器实验板主要有传感器模块，放大器模块和比较器模块组成。当手掌模拟经过传感器时，传感器输出波形会发生变化。再将波形经过放大器进行放大和比较器整形观察波形。
三、实验步骤
测量热释电传感器输出。
3.1 硬件电路连接
使用EPI-EWB204/304示波器的三个通道AIN1/2/3分别测量热释电输出/放大后/比较器输出信号（如果使用EPI-EWB302，那么AIN1和AIN2应分别测量热释电放大后和比较器输出信号），下表列出传感器板和EPI设备连接关系：
| 传感器板需要功能 | 传感器板接口 | EPI对应接口 | EPI接口功能 |
|---|---|---|---|
| 传感器输出 | 传感器输出 | AIN1 | 示波器AIN1 |
| 放大器输出 | 放大器输出 | AIN2 | 示波器AIN2 |
| 比较器输出 | 比较器输出 | AIN3 | 示波器AIN3 |
| 共地 | GND | GND | EPI与传感器板共地 |
硬件连接线路图：
注意：应调节50KΩ电位器，使得比较器正相端电平在6V左右。
3.2 人体靠近热释电传感器
用手靠近热释电传感器
3.3 观察测量
将手指（或手掌）移至距离热释电红外线传感器表面上方1cm处，沿水平方向匀速移动手指（或手掌），观察Vout的输出信号的样式及幅度变化，并截图记录至实验报告。
注意：如果比较器没有输出脉冲信号，请调节50KΩ电位器，使得比较器正相端电平在6V左右。
四、LabVIEW程序解读
程序使用 EPI
提供的接口函数通过软件编程实现传感器控制/测量。主要使用“初始化.vi”、
“AIN耦合设置.vi” 、“数据采集.vi” 、“采样率设置.vi” 、“采样量程设置.vi”。
在实验二中，为了实时响应S1的设置值和DMM的档位切换，将S1的设置和DMM档位切换放在了while循环里，程序虽然简单明了，但在whilie中对S1和DMM反复进行初始化操作是有风险的，不停的设置硬件参数容易导致程序出错。因此本程序采用事件结构，只有当旋钮或者对话框发生变化时，才执行对应的初始化程序：
在最开始运行时，先进行“初始化”事件处理，初始化设置设备为默认值；
在while循环中，事件处理结构中，“超时”中一直进行数据采集；
当前面板设置值改变时，事件处理结构处理完事件后再回到“超时”中进行数据采集。
4.1 整体框图
下面是本实例的运行界面和程序框图。实例运行效果通过上位机设置好“Timebase”和示波器输入范围后，观察示波器通道测量数据。
运行界面
每100mS在事件“超时”中执行数据采集工作
事件“初始化”中执行设备和参数的初始化工作
程序运行时，强制一个隐藏按键“初始化”值发生改变，触发“初始化”事件
“CH1和CH2的档位或耦合方式的值发生改变”事件
“采样时基的值发生改变”事件
4.2 程序流程图
后面板程序中加入事件处理结构，事件处理结构相当于中断，当触发事件处理标志后，再去处理相应的程序。
实例流程图
4.3初始化设置
程序初始化设置状态，该状态完成EPI
通信端口设置、电源开启（设置±V为±12V）、示波器通道设置（采样率，采样量程，耦合），用户也可在前面板设置各个参数可变。初始化代码如图所示：
初始化
（1）初始化.vi：该 VI 会自动查找 EPI
的通信端口，找到后其会设置该端口参数，返回一个端口设置结果； 当设备初始化.vi
返回“4/5/6”时才对设备进行设置，即在“4..6”分支中设置，若返回其他值表示初始化设备失败，不进行任何操作。
（2）正电压设置.vi：该 VI
用于设置EPI的对外输出正电源的电压为12V，电流300mA，输出使能。
（3）负电压设置.vi：该 VI
和正电压设置VI类似，用于设置EPI的对外输出负电源的电压为-12V，电流300mA，输出使能。
（4）采样率设置.vi：该VI用于设置EPI的采样率为20kHz和采样深度5000。
（5）采样量程设置.vi：该VI用于设置EPI的AIN采样量程为±20v。
（6）AIN耦合设置.vi：该VI用于设置EPI的耦合为DC耦合。
4.4 While循环
while循环程序
（1）数据采集.vi：该VI用于读取EPI采集到的四个通道的数据。
4.5 前面板控制
当需要调节示波器的档位和耦合方式、时基时，我们是通过前面板进行选择的，后面板也是通过事件结构进行处理。当检测到设置值发生改变，就进入相应的事件进行处理。该状态代码如图所示：
档位控制程序
在实现上，通过手掌移动速度，方向，观察传感器输出。
实验过程和测量方式用户可根据自身需求进行修改。