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1、目 录1 设计的目的和意义12总体方案设计22.1方案比较22.2 方案论证32.3 方案选择33 单元模块设计及工作原理分析43.1 微波多普勒探测模块43.2 HB100输出信号处理模块73.3热释电红外探测模块83.4HN911L的输出信号处理模块133.5双鉴探测器模块134系统调试185系统功能和指标参数195.1报警系统的功能及工作过程195.2 系统指标参数196设计总结206.1 小结206.2系统前景展望及完善改进207参考文献：21附录：防盗报警系统设计原理图221 设计的目的和意义随着信息技术及传感器技术的普及和发展，尤其是跨入新世纪后，保密探测技术得到了迅猛的发展，微波
2、多普勒/红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产过程控制、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、环境监测、红外加热、安全防范、家用电器控制及日常生活各个方面都得到了广泛的应用。本论文主要谈了红外技术和微波多普勒效应在防盗报警系统中的应用。 如今市场上成熟的防盗报警产品有被动式的、主动式的和多技术复合式的。但前两者都有致命的缺点就是误报率很高，而多技术复合式的防盗报警器误报率很低，也是未来发展的主要方向。即使如此，我依旧设计的是被动式防盗报警器，因为我以目前的水准很难对已成熟的产品有所突破而设计出一流的产品。个人认为利用红外技术和微波多普勒效应设计防盗报警
3、器的意义在于设计的过程，在设计的过程中我们才会把这几年在学校里学到的融合，同时也让自己明白我们的学习道路还很遥远。报警器适用于仓库、住宅等地防盗报警。在没有人在的情况下它可自动完成报警任务，防止盗窃的发生。自动报警器的设计在一定情况下解决了无人看护仓库、住宅等地物品的保护，使厂家的资产和个人的财产免受损失。本报警器可用于医院住院病人的有线呼叫，设置不间断电源，当电网停电时，备有直流稳压电源在同一地点可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，即可及时通过扬声器发出报警声响。本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性能较高的利用红外双鉴传感器的防盗报警器。该报警器具有误报率较低、安装和配置容易等特点。
4、该防盗报警器适用于仓库、住宅、机关办公楼等地的防盗报警。在没有人在的情况下它可自动完成报警任务，防止盗窃的发生。自动报警器的设计在一定情况下解决了无人看护仓库、住宅等地物品的保护，使厂家的资产和个人的财产免受损失。达到了本设计的根本目的。2总体方案设计2.1方案比较方案一：本方案采用红外探测和微波多普勒探测的双鉴探测方法，这种探测方法将两种探测技术结合起来，以“相与“的关系来触发报警装置，即只有两种探测器同时或相继在短暂时间内都探测到入侵目标时，才发出报警信号。本系统包括两个探测模块、两个信号处理模块、一个信号判断模块和一指示报警模块。系统组成框图如图2.1所示。热释电红外探测器微波多普勒探测
5、器信号处理模块信号处理模块双鉴探测器报警模块图2.1 入侵双鉴报警系统总体框图方案二：本方案采用主动式红外激光探测方法，由激光发射机发射红外激光束到红外接收机，信号处理器根据红外接收机接收到的信号判断是否发出报警信号。本系统包括红外激光束发射模块、红外接收模块和报警电路模块。系统原理框图如下图2.2所示。光学系统红外激光器驱动电路光学系统红外传感器放大器报警装置信号处理电路图2.2红外激光入侵探测报警系统框图2.2 方案论证方案一：被动式红外线探测器不停的对监测范围进行扫描，并将微红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，送到双鉴器；同时微波探测器也时刻对监视范围进行探测，并将信号装换、放大
6、、处理送到双鉴器。双鉴器对接收到的两路监测信号进行处理，判断，只有当两路探测器同时或相继在短暂时间内都探测到入侵目标时，双鉴器才发出报警指令，由报警装置发出报警信号。方案二： 由驱动电源、红外激光器，光学系统组成的激光发射模块发出数道红外激光，此束到接收装置，若激光束被阻断，接收装置中的红外传感器产生报警触发信号信号经放大后送到报警装置，触发报警。2.3 方案选择方案二采用单技术探测器仅利用了一种探测技术。这种探测器虽然结构简单、价格低廉，但由于受到各种因素的影响，在某些情况下的误报、漏报率会相当高。方案一采用两路独立的探测技术，只有同时感应到入侵者的红外热辐射以及检测到回波的多普勒频率或微波
7、场的扰动时才触发报警。正是由于这双重探测、复合和鉴别，所以可避免单探测技术报警因某种故障或收环境干扰而导致的漏报或误报。因此选择方案一。3 单元模块设计及工作原理分析3.1 微波多普勒探测模块功能：向监护范围发出微波，同时接受反射回来的信号，判断是否有物体的侵入，如果有发出信号送信号处理模块。电路设计：图3.1微波多普勒探测模块原理图微波多普勒效应：多普勒效应是指，当发射信号源与接受者之间存在相对径向运动时，接受到的回波信号的频率或相位将发生变化。这可以从固定目标（静物）和移动目标信号的时域特性和频域特性方面进行分析。为了分析方便，设微波信号源发出的探测信号为单音连续波，其瞬时值为： （3.1
8、）式中： ，为探测信号的频率；为探测信号的初始相位。该探测信号在传播过程中遇到障碍物（包括目标）时会发生反射，微波接收机收到的目标回波信号的瞬时值为： （3.2）式中：为回波信号瞬时高频相位；为回波信号相对于探测信号的时延。 的值为： （3.3）式中：为目标到微波探测器的距离；为电磁波的传播速度，其值为 。对于固定物体（静物），其回波信号的频率与原发出的探测信号的频率 相同，则固定物体反射回波的瞬时值为： （3.4）式中： 为固定物体到微波探测器的距离。对于移动目标，由于运动体对探测器作相对运动，故移动目标相对于探测器的距离是随时间变化的，即 （3.5）式中： 为移动目标被发现时相对于探测器的
9、距离； 为活动目标相对于探测器的径向速度；“号与运动方向有关。活动目标回波信号的瞬时值为 （3.6）式中： 为活动目标回波信号的幅值。 定义： （3.7）即将活动目标与探测器之间的相对运动引起的收、发频率的差额，称为多普勒频率（频移）。这种因相对运动而导致的活动目标回波信号不同与发送的探测信号频率的效应，称为多普勒效应。微波多普勒探测器的结构图图3.2微波多普勒探测器 HB100结构图器件介绍：微波多普勒探测器 HB100微波多普勒传感器是新加坡Agilis公司的产品，其产品销往全球多个国家和地区，销量占据多普勒微波传感器领域全球60%的市场。多普勒微波传感器应用Doppler雷达定理传送低功
10、率微波信号并接收物体反射回来的能量。若微波运动传感器检测到物体的运动，其反射的微波频率将产生偏移，这种偏移的微波与发射的微波相混合，从而在输出端产生一低频电压。内置的多普勒效应收发机模块利用DRO（介质谐振振荡器）和微带接插天线技术实现了低电流消耗、高温稳定性、高可靠性和扁平外形。传感器模块的体积为46.5408.7mm，重8克。这种传感器模块适用于无接触运动和探测应用，如自动门激活、侵入报警、汽车警报器、自动点火控制、及交通道路监控。无接触：无需接触物体操作。无磨损，无裂痕。低环境敏感性：不受热度、周围环境噪音、湿度、气流、灰尘影响，适合恶劣的环境。无障碍：可以“透视”非金属材料，如木头、塑
11、料、玻璃、砖等。可以隐藏或完全封装来防止破坏。安全：能量辐射大大低于OSHA准则，人们不易发觉。长测程：监测运动的范围超过15m。鉴于传感器信号处理技术、目标范围和反射率，测程可以更长。表3.1 芯片HB100参数列表参数注释最小值典型值最大值单位中心频率110.52010.52510.530GHz辐射功率（EIRP）1121520dBm杂波抑制1-7.3dBm建立时间36uSec接收信号强度2200uVp-p噪声输出353dB天线方向图-方位803dB天线方向图-俯仰40电源电压4.755.005025VDC电源电流3040mA脉冲重复频率42KHz脉冲宽度410uSec操作温度-1555重
12、量8gm注释1：HB100辐射功率符合FCC-P art15.245标准注释2：接受信号强度（RSS）在93dB的双向传输衰减条件下测得。注释3：噪声电压测量条件：屏蔽箱中10Hz100Hz输出带宽。注释4：脉冲操作模式。模块连接：三极管节+5V电源；电阻R3接双鉴器模块的14脚；电阻R1接微波信号处理模块中VT3的集电极。3.2 HB100输出信号处理模块 功能：把HB100输出的反应物体移动的低频信号选通输出，并对信号采样保持， 保证信号的连续和完整。由N1及其它部件组成的低通放大电路把HB100的输出放大，在N1的1脚输出。并送到双鉴器模块DZ9862的4脚。可调电阻RP用于调整一级放大
13、器的增益，调整R213的大小可以调整探测距离。 电路设计：图3.3 HB100输出信号处理模块原理图VT3只在HB100起作用期间导通，把HB100输出的反应物体移动的低频信号选通输出， C1为采样保持电路， 保证信号的连续和完整。由LM358组成的低通放大电路把HB100的输出放大，在HB100的1脚输出。可调电阻RP 用于调整一级放大器的增益，调整RP的大小可以调整探测距离。模块连接：VT3的集电极接微波探测器输出端；电阻R13接双鉴器模块DZ9862的14脚。3.3热释电红外探测模块 功能：接收监测范围内物体的红外辐射，并将接收到的信号转化为电信号，输送到下一级信号处理模块。 电路设计：
14、图3.4热释电红外探测模块原理图热释电红外效应：在自然界，任何高于绝对温度(-273)的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是相关的。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅(PZT )等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出：在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器。能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60db70db，就可以检测10m20m处人的活动。热释电人体红外线传感器的基本结构和原理热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。敏感单元：
