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1、课程设计（论文）题目：基于热释电红外线传感器的自动报警器设计 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 18摘要随着近几年我国电子技术的不断发展，许多原先的高端电子产品也逐渐步入人们的生活。现在价格低廉的热释电红外传感器得到了很大的普及。原本用于控制感应门的热释电红外传感器也进入了人们的生活安全保障中,在保护各方面安全工作中起着至关重要的作用。本次设计的热释电传感器报警器能够应用于家庭、商场、仓库的夜晚自动值守防盗保护。光敏电阻感受到的光亮越少电阻越大，依据此特性用它来作为热释电红外线传感器的开关电路。而热释电传感器在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体
2、红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出控制信号，控制大功率报警装置发出声光报警信号。本次设计利用上述的传感器，可以实现在夜晚自动进行监控报警，给夜班值守人员减轻了负担，为社会节约了资源，创造了价值。经过分析、仿真后，本次的电路设计具备了相应的报警灵敏度与报警能力，总体水平基本达到了课程设计的要求。能够运用在家庭、商场、仓库等需要夜晚自动值守防盗保护的场合，为人们的日常生活带来了方便，更为私人财产和公共财产的保护起到了一定的作用。关键字：热释电红外线传感器；光敏电阻；报警器；555定时器目录第1章 绪论1第2章 方案论证32.1 热释电传感器报警器设计要求32.2 系
3、统设计方案选择32.2.1方案一32.2.2方案二3第3章 电路设计63.1 传感器电路设计63.2 光敏电路设计83.3 555定时器电路设计93.4 报警电路设计93.5 电源电路设计11第4章 仿真与调试12第5章 课程设计总结15参考文献16附录17附录18第1章 绪论热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。早在1938年，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特
4、性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。目前国内、外使用的各类防盗、安保报警器大多采用的是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础。它们均采用的是监测接收到的经反射回来的信号有无异常来判断有无入侵者。识别效率低，容易误报警，而热释电红外传感器(简称PIR)是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。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，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测
5、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。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。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体
6、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。人体辐射的红外线中心波长为910um，而探测元件的波长灵敏度在0.220um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710um，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。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，经信号处理而报警。菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具
7、有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。被动式热释电红外探头具有本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。利用热释电传感器监测环境变化，进行信息传输进而完成报警功能的系统主要用于家居安全，探测夜间有无人员闯入，该系统方便、稳定，十分适合家庭财产的保护。这里所设计的被动式报警器采用
8、的是热释电红外线传感器，是一种被动式的红外传感器，它本身并不向环境中发射检测用的红外线，只是被动的接受，因此这种热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射出的红外线，并将其转化为电压信号。同时，它还能辨别出运动的生物与其他非生物，应用范围十分广泛。热释电传感器既可应用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关及遥测等领域。 第2章 方案论证2.1 热释电传感器报警器设计要求本设计要求利用热释电红外线传感器和光敏传感器设计制作一套防盗报警系统，使之适用于家庭、商场、仓库的夜晚自动值守防盗保护。经过分析，有如下要求：（1）可实现非法入侵报警；（2）使用光敏电阻控制，白天不报警，晚上自动开始工作；（
9、3）当有人靠近时热释电传感器报警，无人靠近时不报警。2.2 系统设计方案选择2.2.1方案一目前最为流行的防盗报警装置大多采用的是主动式探测仪，例如超声波探测仪、对射式红外线传感器和微波等技术。因此，方案一采用对射式红外线传感器，经过具备检波、放大、滤波和后期处理的信号处理电路后，输入到报警装置，报警装置的工作与否由另外的定时开关控制。可基本实现报警器设计要求。2.2.2方案二 光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你
10、小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结的方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就
11、会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。当白天的时候光敏电阻近似导通，此时的电阻被称之为亮电阻，阻值约为几千欧，流过的电流叫亮电流；夜晚无光照的时候，光敏电阻内无电流流过，暗电阻的电阻值约为兆欧级，近似断路。一般来说，暗电阻与亮电阻阻值之比约为 之间。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。凡是温度超过绝对0C（-273C）的物体都能产生热辐射（红外光谱），而温度低于1725C的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热，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
12、红外波长与温度的高低是相关的。而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。近红外：波长范围0.753m；中红外：波长范围325m；远红外：波长范围251000m；人体辐射的红外光波长350m，其中814m占46%，峰值波长在9.5m。在被动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(PIR)，它能将波长为8-12um之间的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，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感
13、应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。本次选用D205B型大窗口热释电红外线传感器，它接受的红外线波长为415m，透过率大于75%，输出的信号为5V，噪声小于70mV，故后续处理电路仅需要低通的阻容滤波电路即可。555定时器
14、成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。本次设计中因为要用于无人的夜间自动值守场合，报警电路触发后必然要给安保人员一定的反应时间，因此需要给报警电路一个报警时延，故需要用555定时器构成单稳态触发器来实现相应功能。报警电路主要由继电器及相关电路和220V声光报警器组成。继电器作为开关控制部分，通过接收来自555定时器的信号，通过继电器衔铁吸合与释放来控制220V交流电路的闭合与断开，从而控制声光报警器的工作与否。考虑到实际应用，还需要加一个手动报警开
15、关以防止突发的意外情况。三极管开关电路光控电路NE555集成电路传感器电路报警电路图2.1 整体方框图根据前面所述的各模块结构，这里需要将市电转换成适合各模块使用的相应的直流电源，电源模块势必要作为直流稳压电源为各单元提供能量。这里应用与MC78系列类似的LM109H芯片即可实现所要求的功能，为系统提供+5V的电源。方案二是方案一的改进版。本电路分为光敏电路、热释电红外线传感器电路、555单稳态触发电路和报警电路。使用热释电红外线传感器代替主动式红外线传感器，将误操作率降到最低，既能有效防盗，又能降低工作人员的负担。本次设计的报警器还加入了光敏电阻控制电路，较之定时开关更加方便、稳定，使用寿命也更加长，可以实现夜晚自动进入工作状态，无需人工操作，更加自动化。加入555定时器能将报警信号延时，给值守的工作人员一定的反应时间。由于传感器输出信号足够大故不需要放大，仅需要滤除工频干扰和
