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1、苏州大学本科生毕业设计（论文）目 录摘要1Abstract1第一章 绪论21.1 设计背景21.2 设计概述3第二章 方案设计与确定42.1 方案设计42.2 确定方案4第三章 热释电传感器概述63.1 热释电红外传感器63.2 菲涅尔透镜63.3 HN9118第四章 核心元器件简介104.1 三端稳压集成电路lm7805104.2 CX20106简介104.3 555时基电路114.4 KD9561四声模拟声电路12第五章 系统硬件电路模块设计135.1 系统总电路图135.2 电源电路135.3 主动式红外监控电路135.4 三极管反相电路155.5 被动式红外监测模块165.6 延时控制
2、电路175.7 报警发声电路18结论19参考文献20致谢212摘 要在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警的系统的设计。该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能。关键词：热释电红外传感器；报警电路；Abstract In this article, this paper introduces a design that using the pyroelectric infrared
3、 sensor to monitor and alarm.The alarm system is mainly composed of pyroelectric infrared sensor, detection circuit and alarm circuit.Pyroelectric infrared sensor is the core device in the design of alarm, it can convert the human body infrared signals to electrical signals which used for signal pro
4、cessing part.The detection circuit is mainly for weak electrical signals that the sensor outputs to be compared, and amplification, filtering, delay, so as to realize the alarm function.Keywords: The Pyroelectric Infrared Sensor;Alarm Circuit.21第1章 绪论1.1 设计背景随着社会的发展、科技的进步以及大众安全防范意识的不断增强，人们对自身所处的生活环境
5、的安全性提出了更高要求，尤其是在银行、酒店、超市以及居民生活区更易遭到歹徒侵害的地方1。例如说现在居民生活区为了防盗采取人工防范的办法明显力不从心，另外防盗网、防盗窗等家居安防产品在实际使用中不仅不美观，而且不符合防火要求，所以作为高科技的电子防盗报警系统日益受到广泛的重视和运用。为了达到防入侵、防被盗、防破坏、防火等目的，我们采用了以传感器为核心的电子技术加计算机等技术辅助的一套现代安防系统。在科技飞速发展的今天，犯罪分子的作案手段不但更加隐蔽了，而且还智能化了，因此加强现代化的安全防范技术，满足人们对安保系统越来越高的要求和期望，就显得尤为重要。2热释电红外探测技术是国家安全依赖的重要技术
6、手段，是近年来局部战争侦查使用的尖端技术之一。3-4与其他同类技术相比，具有全天候、被动式、视距远、识别伪装能力强等优点，在军事领域起着重要的作用。应用热释红外技术的红外传感器、非接触式测温、红外热成像仪、摇感控制器和远红外热分析仪等已有一定批量的产品，正处于形成产业化的前期。目前，热释电红外报警器的研究存在许多不足，例如，报警器的误报率较高，其原因主要是由于现有的热释电红外报警器系统不能有效识别入侵对象。5-7这些缺陷导致热释电红外报警器的应用领域作为其它高端监控产品的前端感应器件，或是主要局限在对安防性能要求不高的场合。本文针对现有热释电红外报警器的缺陷，对热释电红外报警器进行研究，并以不
7、同红外辐射源的热释电信号为研究对象，以模式识别和信号处理的理论和方法为手段，深入系统地研究PIR信号的特征提取方法、预处理方法与特征融合方法，并在此基础上，提出了一种新的热释电红外报警器。自上世纪 80 年代以来，部分单位部门开始安装智能报警系统，随着该项技术的不断完善，有效的保证了居民的人身和财产的安全。本文介绍的热释电红外报警系统中，其核心元部件是热释电红外传感器，由于它成本低、制作简单、安装方便、抗干扰能力强、灵敏度高、具有很好的隐蔽性，安全可靠，它是目前市场上最常用的报警器之一。随着商业和民用安防监控实际需求的不断增长、部署监控系统性价比的不断提升，以及“国家应急体系”、“平安建设”、
8、“科技强警”等重大工程项目在全热释电红外报警器的设计国不断推进，我国红外监控报警市场将持续升温，并不断创造出更多的市场需求和机会。北京奥运会、上海世博会、广州亚运会等国内大型活动的举办和世界社会安全形势的多变，对各种危险性的预防也提出了越来越高的要求，具有全天时准全天候的红外监视报警系统显得更加突出。到 2009 年，全国约有 300 万个红外监控摄像头用于城市监控与报警系统。红外安防已经开始成为安防领域的又一热门产业， 所以研究实用型红外报警器迫在眉睫！81.2 设计概述本文旨在设计一个热释电红外安防自动报警系统。用于人体探测的热释电红外传感器多采用双元的器件，接收红外线波长为 6.514m
9、，所以要求器件的灵敏度高，噪声系数低，使用温度范围广。本文以被动式热释电红外报警系统为主要研究对象，这其中的热释电红外传感器是一种能量转换器件，它将热量变化转换为电量变化。当交互变化的红外线照射到晶体表面时，由于红外线的热效应，晶体温度会迅速变化，这时电荷会发生变化，从而形成一个明显的外电场，热释电红外传感器内部的热释电晶体发生极化，随着温度的变化而变化。如果红外辐射恒定地照射在探测器探头上，热释电晶体的温度就不会改变，晶体对外呈电中性，探测器因此而没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到。本文所设计一种能以非接触方式检测出人体辐射的红外线的热释电红外传感器，将红外线转变为电压信号。热释
10、电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于检测人体信号控制开关和别的电路以及无线门磁等方面，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。鉴于热释电传感器在高温下易误报等缺点，本文设计一主动式红外传感报警器进行同向比较，尽可能减少误报的可能。第二章 方案设计与确定2.1 方案设计方案一：利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10m左右的红外线，被动红外报警器就是靠探
11、测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10m左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。方案二：利用模拟电子电路构成主动红外入侵报警器。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.80.95m之间)，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发
12、射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。2.2 确定方案方案一和方案二结合。利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器为主报警器，同时利用主动红外入侵报警器为参考报警器。被动式红外监控部分阻断发射主动式红外监控部分图1 系统结构框图第三章 热释电传感器概述3.1 热释电红外传感器热释电
13、传感器是基于热释电效应发展起来的电力电子器件，它凭借着独特优异的性能和广阔的发展前景，在民用，军事等诸多领域得到了广泛应用。近年来，随着激光红外技术的飞速发展，热释电传感器在工业应用的大舞台上已越发重要和耀眼。1.热释电效应介绍某些晶体受热时，晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化而产生的电极化现象被称为热释电效应。热释电传感器正是基于此效应，在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联接成差动平衡电路，并且利用不同物体发出的红外线的差异性，将热信号转化为电信号输出。2.热释电传感器工作原理及其性能结构与其它所有的热传感器类似，热释电传感器的工作原理大致可以用以下三个部分来阐述：(
14、1)将外界辐射转化为自身热能的吸收阶段。(2)将吸收的热能用以提升温度的升温阶段。(3)将热信号转化为电信号的测温阶段。并且，对于特定的响应元的热释电电流，若辐射的角频率为定值，那么。热释电电流的大小仅与感受的辐射功率大小成正比，同步变化于辐射功率。从结构上来看，正如前面提到，热释电传感器是利用两个特征一致的热电元反向串联接成差动平衡电路，那么它引入场效应管的目的就是为了完成相应的阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，所以需要引入N沟道结型场效应管接成共漏形式，以完成阻抗变换。3.材料介绍热释电材料可分为单晶，压电陶瓷及高分子薄膜等诸多种类，它们均能产生热释电效应固称之为热释电材料。其中，单晶
15、热释电的热释电系数高。介质损耗小，性能最好的热释电传感器至今大多选用单晶制作，如TGS，LATGS，LITA03等。在压电陶瓷热释电晶体中成本较低，响应较慢。如入侵报警用PZT陶瓷传感器工作频率为0.25Hz。最后介绍的薄膜热释电材料可以用溅射，液相外延等方法制备。有些薄膜的自发极化取向率已接近单晶水平。9-113.2 菲涅尔透镜1.红外作用距离与光学聚焦系统由于人体辐射出的红外线能量相当弱，因而，只采用热释电红外传感器组装的探测器，其探测距离一般为12m。为提高其探测灵敏度，最好在热释电传感器的前面加装一套特殊的光学系统，这就是菲涅尔透镜(Fresnel Lens)。目前，与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式，其中反射式光学系统的灵敏度最高,其探测距离可达2560m；透射式的灵敏度最低，探测距离为210m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优缺点。反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘、防水、抗击、隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。2.红外能量的变化值和菲涅尔镜热释电红外传感器对红外辐射能量的绝对值并不感兴趣，感
