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1、引言 红外光控防盗报警器的设计与制作1 引言1.1 选题背景随着时代的进步，电子电路科学技术的飞速发展，人们的生活水平有了很大的提高，各种高档家电和贵重物品为许多家庭拥有，然而一些不法分子也是越来越多。但是大部分人的防盗意识还是不够强造成偷盗的现象屡见不鲜，带给人们群众极大的困扰，因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。红外光控报警器成功研发有利的遏制了这种情况的再次发生。红外光控报警器是一种由报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来被报警器接受。如果探头检测到红外线是静止的也就是不断的发出红外线又不断地被反弹的，那么报警其就不会报警。当有会动的物体触犯了红外线时候，探头就会
2、检测到异常，就会报警。从而达到预防和防盗的功能。1.2 目的和意义红外光控防盗报警器在社会中应用广泛，对于预防盗贼、实时监控具有重要意义，极大的减轻了人的工作负担，保障了社会的安定和谐。各国对红外线技术的研究促使红外线技术应用到很多高新科技领域，红外线技术结合单片机技术制作的红外防盗报警具有很广阔的研究前景，单片机使得报警功能越来越智能化、人性化，可以实现人们的各种防盗报警要求。本设计就是要实现用38kHz的方波对红外线进行调制发射出去，由接收电路进行红外线的接收，接收电路输出低电平，当有障碍物遮挡住这束红外线时，接收电路产生高电平送人单片机，由单片机内部程序作用产生声光报警驱动信号，并由数码
3、管显示报警次数。由此，红外防盗报警器的功能便得以实现，完成了入侵自动报警的功能，也即是本课题的研究目的。1.3 技术要求和设计范围就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。第 9 页 (共 23 页)方案设计1.4 发展现状 就国
4、内现状而言，报警器的普及使用还是相对比较少，而且主要应用在工业测量与控制上，中国最大的报警器公司一年也只达到产值55000只。而在美国等国外，很多报警器厂商的年产值都达到了几十万只乃至几百万只。在应用领域上，其在报警器的应用也是非常广泛的，电力、化工、石油化工、汽车、民用等领域都用的很多。就发展趋势来看，现在国内外已经成功研发出震动报警器：如电动车，汽车碰到振动就会发出报警声。红外电子狗：当有人进入监控范围内就会发出报警声。微波雷达探测报警器：当有人进入监控范围内即发出报警。从研究的主攻方向来说，有新型量子点红外探测器的研发、幕帘探测红外线报警器、热释点红外报警器。智能化住宅保安系统具有较高的
5、自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。2 方案设计2.1 设计任务及要求 (1) 该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2) 本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、
6、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3) 系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。(4) 红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2.
7、2 基础知识介绍通过了解此基础知识，会对防盗报警器设计的原件选择有一个明确的思路，通过比较运用最佳原件，也对防盗报警器的设计有个整体思路。2.2.1 常见的几种红外传感器介绍(1) 红外探测器： 红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变1。(2) 红外测温产品： HEITRONICS 拥有 多年
8、非接触红外测温经验，50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。HEITRONICS 系列产品已广泛应用于冶金，玻璃,造纸, 纺织, 橡胶, 木材, 制陶,塑料 涂层, 沥青 建筑, 电子, 食品,石化，水泥等工业制造、科学研究和实验领域。 HEITRONICS红外测温仪部分产品： KT19系列-50C - 3000C 智能型红外测温仪，智能测温系统：19种光谱范围、实时数字处理、5
9、ms响应时间、光学瞄准、带激光瞄准 、LCD显示、可编程、RS232串行接口。KT15D系列-50C - 3000C 通用型红外测温仪通用测温专家：19种光谱范围、实时数字处理、响应时间50ms、可编程、RS232串行接口、紧凑型结构。KTX系列0C - 2000C 集成型红外测温仪：响应时间50ms、全金属外壳、抗 电磁干扰、HD版适合在180C恶劣环境下工作 。LS12系列-50C - 3000C 线性扫描式测温仪：19种光谱范围、实时数字处理、 可编程、RS232串行接口、独立使用远端软件遥控 。KT18S50C - 2500C 光谱式红外测温仪：响应时间10ms、距离目标系数为 400
10、:1、光学瞄准、硅探测器。(3) 压电传感器 压电传感器(Piezoelectric sensor)是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的。压电传感器的应用:可分为单向力,双向力和三向力传感器.压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向2。由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力 位移 振动加速度等。(4) 磁电传感器磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应
11、式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器3。磁敏管的应用:不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性;而且体积小 功耗低,因而具有广泛的应用前景。(5) 光电传感器 光电传感器是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单,性能可靠,精度高,反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器。(6) 人体热释电红外传感器 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。(7) 无线红外传感器 无线红外传感器又名无线红外探测器无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传
12、感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿，微电流省耗，无误报，无漏报，探测距离远，工作稳定，性能可靠，外形精巧，美观大方。机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。 是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面(S)稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。 工作原理：红外广角型探头的防范区域是以其透镜始
13、点，向前散发120度，长12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。幕帘型探头工作原理：红外幕帘型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发120度，长12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。 2.2.2 热释电红外传感器的原理热释电红外传感器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路4。如图1所示为热释电红外传感器的内部电路框图。图1 热释电红外传感器的内部电路框图 热释
14、感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图2示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。 图2 热释电红外传感器原理图2.2.3 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰5。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的
15、红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器6。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。2.2.4 555定时器的原理555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路，由于这种特殊的地位，故555定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成，由于比较器电路是一个模拟器，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件7。555 定时器的功能主要由两个比较器决定，如图3所示。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC 若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1
