1 传感器的组成

　　敏感元件可以直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号 进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。选型原则

　　通常要进行某一项测量工作，首先要考虑该使用哪一种原理的传感器，这需要综合多方面的因素后才能确定。因为，即便是测量同一种物理量，可以用多种原理的传感器来实现，到底哪一种原理的传感器更适合，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法，有线或是非接触测量;传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。[6]

　　在考虑以上问题之后就可以确定使用何种类型的传感器，然后再确定传感器的具体性能参数。

　　灵敏度的选择

　　一般在传感器的线性范围内，希望传感器的越灵敏越好。只有灵敏度很高时，与被测量产生变化对应的输出信号的强度才比较大，有利于更好的检测信号。但是需要注意传感器的灵敏度高，与被测量无关的干扰信号也比较容易混入，混合信号也会容易被放大器放大，影响测量的准确性。因此传感器本身应具有较高的抗干扰性能，尽可能减少外界的干扰信号的混入。

　　传感器的灵敏度是有方向性的。如果被测量是单向量并且对其方向性要求非常高，则需要选择对其它方向敏感度小的传感器;如果被检测的量是多方向量，则需要传感器的交叉灵敏度小一点且越小越好。

　　频率响应特性

　　被测量的频率范围被传感器的频率响应特性所决定，且必须保证在其允许频率响应范围内保持信号不失真。实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。

　　传感器的频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。

　　在动态物理量的测量中，需要根据信号 (稳态、瞬态、随机等)响应特性的特点，以免产生太大的差异。

　　线性范围

　　传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越好，则其对应的量程越大，还可以保证其一定的测量准确性。在选用传感器的时候，只要传感器的类型确定后首先要保证其量程满足精度要求。

　　但实际上，任何一个传感器都不可能保证非常绝对的线性，它的线性度也是相对而言的。当所要求测量精度不是很高时，在一定的范围内，可将非线性误差比较小的一些传感器近似看成线性的，这样可以给测量带来很大的便利。

　　稳定性

　　稳定性就是传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力。对传感器长期稳定性影响的因素除了传感器本身固定结构外，最主要还是传感器的在什么样的环境中使用。因此，想使传感器保持良好的稳定性必须需要传感器具有很强的在恶劣环境中工作的能力。

　　在选择传感器的时候，首先需要应对其使用环境状况进行调查，并根据具体的外部工作环境选择适合的传感器，或采取其他措施，减小环境对传感器的影响。

　　传感器的稳定性是有规定的指标，在超过其应有使用期后，在下一次使用之前需要重新标定其现有参数，以保证传感器的性能没有发生变化且能正常使用。 在某些不能轻易更换或重新标定传感器的场合，对选择使用的传感器的稳定性要求更高，需要长时间的工作。

　　精度

　　传感器的另一个重要的性能指标就是精度，它涉及到整个测量系统的测量精度。传感器的精度越高，其成本及造价就越高，因此，传感器的精度只要满足测量系统对测量精度要求即可，没有必要选择太高的精度。这样就能在满足测量精度的很多传感器中选择价格低廉和测量简单的传感器即可。

　　如果被测量是用来被定性分析的，就需要选用精度高的传感器，不适合选用绝对量值精度高的传感器;如果必须获得精确的测量值，就必须选用精度等高且能满足测量要求的传感器。

　　在特殊使用的场合中，也许无法找到合适的传感器，则需根据需要设计制造特殊的传感器即自制传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

　　根据以上要求，本设计的需要的传感器主要对人比较敏感且对人体没有危害，因此选择人体热释电传感器和人体接近开关传感器，压电传感器(主要防止夹人事件的发生)并对以上人体热释电传感器和人体接近开关传感器传感器工作原理及特性做以下分析。

　　人体热释电红外线传感器的工作原理及特性

　　1、人体热释电红外线传感器的工作原理及特性 普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种特定设计的红外探头仅对波长为10μm左右的红外辐射区敏感，因此除了人体以外的其他物体都不可能引发探头产生动作信号。探头内包含两个热释电元件他们互相串联或并联，而且内部的两个电极化方向是相反的，环境背景辐射对两个热释电元件的作用几乎是相同的，使其产生相互抵的消释电效应，因此探测器不输出信号。如果人进入到探测区内，人体产生的微弱红外辐射通过部分镜面进行聚焦，并被热释电元吸收，但是两片热释电元吸收到的热量是不同的，热释电大小也不同，也不能抵消，于是就可以输出检测信号。

　　为了增强传感器的灵敏性并降低外界环境中白光的干扰，通一般情况会在探头的辐射照面覆盖有特殊滤光特性的滤光透镜，即菲泥尔滤光透镜，菲泥尔滤光片根据性能要求的不同，具有不同感应距离，从而产生不同的监控区域，区域越多，控制就越严密。

　　传感器的光谱响应范围为1～10μm，中心为6μm，均是处在红外波段的范围中，它的特性是由TO-5型金属外壳的硅窗的光学所决定。

　　2、人体热释电红外线传感器的特点：

　　人体红外线传感器的功耗很小，能长期可靠工作。同时由于其不发射任何类型的辐射信号，不易被常规手段侦测到，所以在安全监控领域得到大量使用。

　　人体红外线传感器容易受各种热源、光源、射频辐射的干扰，其穿透力也较差，人体的红外辐射容易被各种物体遮挡，并且当环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度会明显下降，严重时还会造成探测失效，因此在设计及安装使用时应注意上述问题。

　　红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感， 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

　　3、检测信号处理电路:在人体进入监测范围内的时候，传感器会输出一个检测信号，这个信号经处理电路进行放大、滤波后输出一个电压用来驱动控制电路，以此来完成探测过程。可以使用专用的集成电路来完成检测信号的处理工作，比如HT7610、PT8A2620等，也可以使用LM-324等普通运算放大器来实现，这样可以降低整机成本。

　　4、控制及执行电路:依据负载类型的不同、成本高低等因素，即可以选择双向可控硅也可以用继电器等器件来作为控制及执行电路。一般情况下，当我们需要驱动一个负载时，比较常用的方法是双向可控硅法;驱动的若是非阻性的负载时，则常常用继电器作为执行器件。

　　5、电源电路 由于人体红外线传感器及后级电路的功耗很小也可以用电池供电，在产品设计中通常使用电容降压式的电源电路。

　　6、人体热释电红外线感应开关的安装要求

　　人体红外线热释电传感器的误报率与安装的位置和方式有非常大的关系，安装应满足下列条件：

　　a.感应器开关应离地面2.0-2.4米。

　　b.传感器远离易造成空气温度产生变化的物体如空调,、冰箱、火炉等。

　　c.在感应器开关探测的范围中不能有其他隔离物。

　　d.感器开关不要安装在有强气流活动的地方。

　　人体接近传感器

　　简要介绍：

　　人体接近传感器是以微波多普勒原理为基础，平面型天线作感应系统，以微处理器作控制。整机关键元器件均为进口器件，方案设计、选择器件均确保了产品可靠性。

　　人体接近传感器的特点：人体接近传感器是以10.525GHz微波频率发射、接收.

　　其探测方式具有如下优点： 1. 非接触探测。 2. 不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响,适合恶劣环境。 3. 抗射频干扰能力强。 4.探测范围5mm—5m。它主要用于自动门控制开关、安全防范系统.ATM自动取款机的录相控制系统、火车自动信号机等场所。

　　技术相关参数: 1. ABS外壳. 2. 规格：40.2*50.3*13.6(MM) 3. 配2.54-04Y*2.0-04y,60CM(1007#26#)线材. 4. 微波有效角度120度。. 5. 工作电压：DC12V。. 6. 工作电流：启动状态28mA 静态22 mA 触发最大电流：50mA 7. 有效距离：10cm---300cm(测试时是放在铁皮上) 8. 输出信号:常开常闭 9. 环境温度：-10度到+60度

　　操作方法

　　1.引线：

　　红线-----------电源 黑线-----------GND 白线-----------重触发 蓝线-----------轻触发

　　2.开机说明： 上电绿灯常亮17S延时，17S后正式进入工作状态。

　　3.灵敏度： 调指示灯下的电位器，逆时针旋转时灵敏度减弱，距离缩小，扭到底为关掉。顺时针旋转时灵敏度增加，距离增大，扭到底为桎机，灵敏度太高，微波一直处于报警状态。

　　3.3 电动机

　　好的设计不仅要有好的躯体也要有强劲的动力来驱动

　　电力学术语

　　电动机(Motor)是把电能转变为机械能的一种装置。它是利用定子绕组(也就是通电绕组)产生转动的磁场作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源的差别可分为直交流电动机和直流电动机，电力系统中的所用的电动机绝大部分属于交流电机，分为同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子和转子两部分构成，通电导线在转动磁场中受力运动方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)的方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。直流无刷电机

　　直流无刷电动机由电动机主体和驱动器构成，是一种重要的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。早在上世纪电机诞生的时候，产生的实用性电动机就是无刷形式的，也就是交流鼠笼式异步电动机，随后这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机也有许多无法解决的问题，导致这种电机技术发展缓慢。本世纪中叶产生了晶体管，因而使用晶体管换向电路取代电刷与换向器的直流无刷电机就诞生了。这种新型无刷电机被称为电子换向式直流电机，它解决了第一代无刷电机的问题。

　　无刷直流电机概述

　　无刷直流电属于永磁式同步电机的一种，却并不是真正的直流电机，简称BLDC。区别于有刷直流电机，无刷直流电机是不采用机械电刷装置的，而采用方波自控式的永磁同步电机，是用霍尔传感器取代碳刷换向器，用钕铁硼作为电机转子的永磁材料，性能上比一般的传统直流电机优势更大，是当今社会最理想的调速电机。

　　无刷直流电机工作原理

　　无刷直流电机由电动机主体和驱动器构成，是一种常用的机电一体化产品。 电动机的定子绕组普遍做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分类似。电动机的转子上使用了永磁体 ，为了识别电动机转子的极性，在电动机内安有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等元件组成，其功能是：接受电动机的启停、制动信号，以控制电动机的启停和制动;检测位置传感器的信号和正反转信号，用来实现逆变桥的各功率管通断，产生连续的转矩;接受速度的指令和速度的反馈信号，用来控制和调整电机的转速;提供应有的保护和显示等等。

　　无刷直流电机特点

　　1、全面替代直流电机的调速、全面替代变频器与变频电机的调速、全面替代异步电机和减速机调速;

　　2、具有传统的直流电机所有优点，同时又取消了碳刷和滑环的结构;

　　3、可以低速大功率运转，还可以省去减速机直接驱动大负载的压力;

　　4、体积小、重量轻、出力大;

　　5、转矩特性优异，中、低速转矩性能较好，启动的转矩比较大，启动电流比较小;

　　6、无级调速，调速范围广，过载能力强;

　　7、软启和软停、制动特性特别好，可不用原有的机械制动或电磁制动装置;

　　8、效率高，电机本身节约了励磁损耗和碳刷损耗，省去了多级减速耗，其综合节电率可达20%~60%，仅节电这一项一年就可收回购置成本;

　　9、稳定性高，可靠性好，适应能力强，维修和保养方便;

　　10、耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长;

　　11、不受无线电干扰，也不产生电火花，非常适合爆炸性场所，且有防爆型;

　　12、根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机。

　　概述：

　　ZWH80-40型永磁直流电机是一款直流无刷电机。该电机性能比较优越，并且运用环保材料，装上驱动控制器后可用于智能门、绕线机、电动门、机械手等设备。

　　二. 电机主要特点：

　　使用环保材料，效率高，噪音低，转矩大，运行平稳，电机具有寿命长，质量稳定安全可靠等优点。

　　三. 技术要求：

　　输入电压24VDC

　　额定功率40W

　　额定电流2.5A

　　转速1500r/min

　　4 智能门软件的设计

　　PLC控制程序设计梯形图

PLC外部硬接线图如下

　　直流电机正反转电气图如下

　　5 系统测试与总结

　　5.1系统测试

　　1、当有人由外到内想进入建筑物或由外到内离开建筑物首先被人体红外热释电传感器I0.2/I0.4检测到接着被人体接近开关I0.3/I0.5收到信号,再将信号输给PLC，PLC处理后将控制信号传给开门执行机构电动机KM1动作，电动机正转并且定时器开始工作定时结束，电动机将停止运行;

　　2、自动门在开门位置停止n秒后，自动进入关门程序，关门执行机构KM2收到关门信号，电动机开始反转定时器同时开始工作，当定时时间到时，电机停止转动;

　　3、在关门过程中，如果有人员从外部进入内部或由内部到外部通过压电传感器时，应马上停止关门，并自动进入开门保持程序;

　　4、在门开启后的n秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过压电传感器时，必须重新开始等待n秒后，再自动进入关门程序，用来保证人员安全通过智能门。

　　5.2设计总结

　　现在的可编程控制器逐渐成为工业领域的主流控制设备。在世界各地中占着越来越重要的地位。随着愈来愈多的计算机网络技术的新成果会应用于可编程控制器的设计和制造上。计算机网络的迅速发展，可编程控制器将会在工业和其他领域中发挥越来越大的作用。智能门工程所占的比例在整个建设投资中虽然很少，但是在建筑的日常使用和建筑的管理占着很重要的地位，是现在建筑智能化水平的重要指标。

　　基于PLC的设计，无论从硬件的选型还是软件的设计，几乎都是设计者针对本系统或需要解决的问题来亲自完成的。PLC的软件调试比硬件连接要复杂得多，需要用到的各类软件也非常多。有编程的，有连接PLC与编程软件的，还有监视系统运行的软件。熟悉掌握这些软件的过程也消耗了设计者大量的精力。PLC系统的硬件和软件是相互依存的，有的硬件错误是被发现在软件调试中。我们应该先排除比较明显的的硬件故障后，再和软件相结合进一步排除故障。由此可见硬件的调试是基础。如果硬件调试不过关，软件的设计则是无从下手。

　　通过对智能门控制装置的实验模拟运行，可看出，本系统及软件程序运行良好。但此装置仅仅通过了模拟部分。而实际情况如何还不得而知，所以今后的学习和生活还要我们加强学习与研究，还需针对具体的智能门进行系统的调试分析再做出具体的程序或硬件调整。