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
红外光控防盗报警器的设计与制作
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。
1.4 发展现状
就国内现状⽽⾔，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、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。
⽅案设计
(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。
2.2 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-50°C - 3000°C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 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-50°C - 3000°C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0°C - 2000°C集成型红外测温仪：响应时间50ms、全⾦
红外光控防盗报警器的设计与制作
属外壳、抗电磁⼲扰、HD版适合在180°C恶劣环境下⼯作。LS12系列-50°C - 3000°C 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。KT18S50°C - 2500°C 光谱式红外测温仪：响应时间10ms、距离⽬标系数为400:1、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
⽅案设计
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R
2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。
红外光控防盗报警器的设计与制作
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。
⽅案设计
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，使输出端OUT=1。如果阈值输⼊端TH 的电压⼤于2VCC/3，同时TR端的电压⼤于VCC /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平[8]。
它的各个引脚功能如下：
汽车电子防盗1脚：外接电源负端VSS或接地，⼀般情况下接地。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 1
8V。⼀般⽤5V。
3脚：输出端Vo
2脚：低触发端
6脚：TH⾼触发端
4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不⼯作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不⽤时应接⾼电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个⽐较器的基准电压，当该端不⽤时，应将该端串⼊⼀只0.01µF 电容接地，以防引⼊⼲扰。
7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，⽤做定时器时电容的放电。
图3 555定时器原理图
发布评论