TheDesignOfInfraredsensor論文設(shè)計(jì)

1、 論文外文題目： the design of infrared sensor 論文主題詞： 紅外傳感器 傳感器設(shè)計(jì) 外文主題詞：infrared sensor sensor design 論文答辯日期： 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有 數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研 究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人 和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 本人簽名： 王 新 凱 日期： 2012 年 1 月 摘摘 要要 傳感

2、器設(shè)計(jì)了一種被動(dòng)式紅外報(bào)警電路,分析了該電路的功能和工作原理。熱釋電該報(bào)警 器能探測(cè)人體發(fā)出的紅外線，由紅外線傳感器、信號(hào)大電路、電壓比較器、延時(shí)電路和 音響報(bào)警電路等組成。當(dāng)人進(jìn)入報(bào)警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報(bào)警聲，適用于家庭、 辦公室、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等比較重要場(chǎng)合防盜報(bào)警。概述了紅外輻射的知識(shí)、熱釋電紅外 傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。利用熱釋電紅外紅外傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn),在防盜、警戒等 裝置中應(yīng)用較廣。目前國(guó)內(nèi)使用的各類防盜、保安報(bào)警器基本都是以超聲波、主動(dòng)式紅 外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國(guó) 的傳感元件熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接

3、觸形式檢測(cè)出人體 輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。 熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng) 域。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場(chǎng)上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)： 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。 靈敏度高、控制范圍大。 隱蔽性好，可流 動(dòng)安裝。關(guān)鍵詞：熱釋電效應(yīng) 紅外傳感器 菲涅爾透鏡 abstract design of sensor is a passive infrared alarm circuit, analyzes the function of the circuit and worki

4、ng principle. pyroelectric the alarm can detect the human body infrared emitted by the infrared sensor, signal, by a large circuit, a voltage comparator, a delay circuit and the audio alarm circuit. when people enter the alarm monitoring region, which can send out alarm sound, suitable for home, off

5、ice, warehouse, laboratory and other important occasions anti-theft alarm. overview of the infrared radiation of the knowledge, the pyroelectric infrared sensor structure and working principle. using pyroelectric infrared sensor has many advantages, in the anti-theft warning device, widely used in.

6、at present the domestic use of the various types of anti-theft security alarm, are fundamental to the ultrasonic wave, infrared transmitting / receiving and microwave technology based on. and here the passive infrared alarm system by the united states - the sensing element pyroelectric infrared sens

7、or. the pyroelectric infrared sensor to non-contact form of detect the infrared radiation of human body, and transforming it into voltage signal, at the same time, it can identify the movement of biological and other abiotic. pyroelectric infrared sensor not only can be used for anti- theft alarm de

8、vice, but also can be used for automatic control, proximity switches, remote sensing and other fields. use it to produce the burglar alarm and is currently on the market a lot of burglar alarm equipment, has the following characteristics: not need to use infrared or electromagnetic wave emission sou

9、rce. the high sensitivity, large control range. * good concealment, flowable installation. key words: pyroelectric infrared sensor fresnel lens 目目 錄錄 引言引言.7 1.1.緒論緒論.7 1.1 防盜器報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展.7 1.3 設(shè)計(jì)要求.8 1.4 設(shè)計(jì)方案.8 2.2.紅外線報(bào)紅外線報(bào)警警器簡(jiǎn)介器簡(jiǎn)介.9 2.1 紅外線報(bào)警器分類.9 2.2 紅外線傳感器.10 2.3 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介.11 2.4 菲涅爾透鏡.12 2.5 熱

10、釋電紅外線傳感器的工作特點(diǎn).13 2.6 熱釋電紅外線傳感器電路圖.14 2.7 at89s51 單片機(jī)簡(jiǎn)單概述.15 3. .硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).16 3.1 熱釋電紅外線傳感器.17 3.2 信號(hào)放大電路.18 3.3 電壓比較器.19 3.4 延時(shí)電路.19 3.5 音響報(bào)警電路.20 3.6 12v 電源電路 .20 3.7 調(diào)整電路.21 3.8 時(shí)鐘電路.22 3.9 復(fù)位電路.22 3.10 數(shù)碼管顯示報(bào)警器電路.23 3.11 聲音報(bào)警器電路.23 4.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).24 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ).28 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn). . .29 致謝致謝：.30 附錄附錄：.31 引言引言 隨著社

11、會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大提高， 對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷加強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求， 。本設(shè)計(jì)就是為滿 足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的防盜系統(tǒng)。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警 系統(tǒng)，但這幾種比較常見的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可 見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛應(yīng)用。這 種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)， 同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè) 等領(lǐng)域。 1.緒論緒論 1.1 防盜器報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

12、防盜器報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 從上世紀(jì)初，報(bào)警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍有雛形。在北美，報(bào)警呼救箱放置在街頭巷 尾，在呼救時(shí)發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時(shí)，這種呼救箱直接連接到附 近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通訊技術(shù)的發(fā)展，提 供遠(yuǎn)程通信的電報(bào)公司加入到這個(gè)行業(yè)，從而使得報(bào)警信息可以達(dá)到更遠(yuǎn)的地方；不過； 這種電報(bào)方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話理所當(dāng)然的成為報(bào)警通信的主要手段。 1.2 防盜器報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì)防盜器報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì) 隨著社會(huì)的發(fā)展和人員流動(dòng)性的增大，社會(huì)治安狀況更加復(fù)雜，因此作為社會(huì)的基 本單元家庭的安全防范問題就顯得尤為重要。

13、傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防 衛(wèi)在實(shí)際應(yīng)用中暴露出一些明顯問題，如：影響樓房美觀市容整潔；影響火災(zāi)救援通道； 給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時(shí)間久了會(huì)有高空墜物的危險(xiǎn)等。 所以作為新一代的智能安全防盜報(bào)警系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并且日益受到廣泛的重視和 應(yīng)用。另外，為進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)的智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí) 標(biāo)準(zhǔn)，小區(qū)的安全防范系統(tǒng)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目中。 1.3 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 1.熟悉電路的工作原理； 2. 掌握該電路中元器件的識(shí)別方法； 3. 掌握電路的調(diào)試方法； 4. 熟悉電路簡(jiǎn)單的故障分析方法法； 5實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：熱釋電傳感器調(diào)理電路；報(bào)警

14、音響電路；報(bào)警顯示電路； 軟件控制； 6系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：器件選擇；地址分配和硬件連接； 1.4 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案方案 本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子 模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、led 控制電 路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、 本地報(bào)警等功能。 就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng) 用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/ 輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用

15、 系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。 從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、 單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 3 總體設(shè)計(jì)框 圖所示 at89 s51 復(fù)位電路 傳感器 報(bào)警執(zhí)行 電路 led 發(fā)光 顯示 調(diào)整 電路 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極 管 圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) at89s51 整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn) 上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路送出 ttl 電平至 at89s51 單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)

16、時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控 制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲 10s 一段時(shí)間后自動(dòng)解除，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位。 2.紅外線報(bào)警器簡(jiǎn)介紅外線報(bào)警器簡(jiǎn)介 2.1 紅外線報(bào)警器分類紅外線報(bào)警器分類 包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件，轉(zhuǎn)換電路和報(bào)警電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射 式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件 應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn) 換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷 化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成 紅

17、外線報(bào)警器分為主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式紅外線報(bào)警器，是報(bào)警器主動(dòng)發(fā)出紅外 線，紅外線碰到障礙物，就會(huì)反彈回來，被報(bào)警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測(cè)到，紅外 線是靜止不動(dòng)的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報(bào)警器就不會(huì)報(bào)警。當(dāng)有 會(huì)動(dòng)的物體觸犯了這根看不見的紅線的時(shí)候，探頭就會(huì)檢測(cè)到有異常，就會(huì)報(bào)警。 被動(dòng)式報(bào)警器少了一項(xiàng)功能，就是發(fā)射紅外線。物理學(xué)上告訴我們，當(dāng)物體的溫度 高于 0k 的時(shí)候，就會(huì)發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理， 被動(dòng)式報(bào)警器和主動(dòng)式是一樣的。 2.2 紅外線傳感器紅外線傳感器 利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器就是紅外線傳感器。紅外線又稱紅外光，

18、 它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度 （高于絕對(duì)零度） ，都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而 不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。 紅外線傳感器常用于無接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、 空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面 溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見熱像儀） ；利用 人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外 線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī) 的過熱情況等。 具有紅外傳感器的望遠(yuǎn)鏡可用于

19、軍事行動(dòng)，林地戰(zhàn)探測(cè)密林中的敵人，城市戰(zhàn)中探 測(cè)墻后面的敵人，以上均利用了紅外線傳感器測(cè)量人體表面溫度從而得知敵人所在地。 被動(dòng)式紅外傳感器被動(dòng)式紅外傳感器 被動(dòng)式紅外探測(cè)器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由 探測(cè)器直接探測(cè)來自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。被動(dòng)式紅外探測(cè)器是 利用熱釋電效應(yīng)進(jìn)行探測(cè)的。被動(dòng)式紅外探測(cè)器又稱為熱釋電紅外探測(cè)器，其主要工作 原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果某些強(qiáng)介電質(zhì)材料（如釺酸鋇、釺醋酸鉛等） 的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生變化，即表面上就會(huì)產(chǎn) 生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化

20、將以電壓或電流的形式輸 出。 被動(dòng)式紅外傳感器的核心部件是紅外探測(cè)器件（紅外傳感器） ，通過光學(xué)系統(tǒng)的配合 作用，它可以探測(cè)到位某一個(gè)立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動(dòng) 的人體等目標(biāo)時(shí)，由于所有背景物體（如墻、家具等）在室溫下紅外輻射的能量比較小， 而且基本上是穩(wěn)定的，所有不能觸發(fā)報(bào)警。當(dāng)有人體在探測(cè)區(qū)域內(nèi)走動(dòng)時(shí)，就會(huì)造成紅 外熱輻射能量的變化。紅外傳感器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能 量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，送往?bào)警控制器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 、被動(dòng)式紅外探測(cè)器屬于空間控制型探測(cè)器。其本身不向外界輻射任何能量，其功耗 小，普通的電池就可以維持長(zhǎng)

21、時(shí)間的工作。 、由于紅外線的穿透性能較差，在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)不應(yīng)有障礙物，否則會(huì)造成探測(cè)“盲區(qū)” 。 、為了防止誤報(bào)警，不應(yīng)將被動(dòng)式紅外探測(cè)器探頭對(duì)準(zhǔn)任何溫度會(huì)快速改變的物體， 特別是發(fā)熱體。 、在選擇安裝位置時(shí)，應(yīng)使探測(cè)器具有最大的警戒范圍，使可能的入侵者都能處于警 戒范圍，使可能的入侵者都能處于紅外警戒的光束范圍之內(nèi)。并使入侵者的活動(dòng)有利于 橫向穿越光束帶區(qū)，可以提高探測(cè)的靈敏度。 、產(chǎn)品類型有壁掛式和吸頂式被動(dòng)紅外探測(cè)器。 、由于被動(dòng)式紅外探測(cè)器是以被動(dòng)方式工作，所以同一室內(nèi)安裝數(shù)個(gè)，也不會(huì)產(chǎn)生干 擾。 2.3 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介 熱釋電紅外線傳感器及濾光片 熱釋電紅

22、外線傳感器及濾光片(也稱被動(dòng)式傳感器)是接收物體輻射的紅外線 并把它轉(zhuǎn)為電信號(hào)的一種原件，通常是由兩個(gè)極性相反的傳感元件串聯(lián)連接，并與 一個(gè)高阻和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管組裝在一起電路原理見框下圖。它可以根據(jù)應(yīng)用的需要， 設(shè)計(jì)成兩個(gè)傳感元件都用于接收紅外線輻射或僅一個(gè)傳感元件用也接收紅外輻射（另一 個(gè)被遮擋） 。熱釋電傳感器對(duì)交變的紅外輻射產(chǎn)生響應(yīng)，對(duì)于先后入射到兩個(gè)傳感元件上 的輻射信號(hào)將產(chǎn)生正或負(fù)的信號(hào)輸出，當(dāng)輻射信號(hào)同時(shí)入射到兩個(gè)傳感元件上，由于兩 個(gè)傳感元件極性相反連接，所以信號(hào)就會(huì)相互抵消，沒有輸出。 因此用雙原傳感元件制成的熱釋電傳感器對(duì)環(huán)境溫度的變化，背景輻射和受振動(dòng)產(chǎn) 生的隨機(jī)噪聲都具

23、有良好的補(bǔ)償作用，使傳感器在實(shí)際使用中能穩(wěn)定可靠。 紅外線在空氣中透射會(huì)被大氣中的水蒸氣和有些氣體分子所吸收，透射率較高的區(qū) 域稱大氣窗口見。為了提高物體輻射的紅外線在大氣中的對(duì)比度，傳感器的光譜帶也要 與大氣窗口吻合，通常在熱釋電傳感器前加一快 814um 的光學(xué)干涉濾光片。濾光片能 有效的讓帶寬內(nèi)的紅外輻射通過而抑制帶寬外的成分，特別是能抑制近紅外的輻射對(duì)熱 釋電傳感器的干擾。 2.4 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡 紅外輻射雖然是不可見的，但它的聚焦與一般的光學(xué)成像一樣，滿足下試： 1/v+1/u=1/f 由于紅外輻射的波長(zhǎng)較長(zhǎng)且波段較寬，所以一般的玻璃光學(xué)透視（除了近無法使其透過 和聚焦。有很多

24、材料能用于紅外的透視和聚焦，但比較實(shí)用的是采用一種由低到密度聚 乙烯（也稱高壓聚乙烯）材料做成的成為菲涅爾透鏡來對(duì)紅外輻射進(jìn)行聚焦。菲涅爾透 鏡保留了透鏡的緣由曲率半徑，使其具有聚焦的功能，又減少了透復(fù) l 的體積和重量且 有可塑性，不一損壞。根據(jù)應(yīng)用的需要可以制成不同的焦距，不同視場(chǎng)的菲涅爾透鏡 例 如對(duì)遠(yuǎn)距離的紅外輻射進(jìn)行聚焦的單試場(chǎng)小角度的透鏡，和用于近距離的大角度進(jìn)行聚 焦的多視透鏡 熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡實(shí)用才能發(fā)揮最大的作用。 不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足 2m，配上菲涅爾透鏡側(cè)可 10m，甚至 更遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的

25、前面。菲涅爾透鏡實(shí)際是 一個(gè)透鏡組，當(dāng)光線通過透鏡單元后，在其反面則形成明暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。每個(gè) 透鏡單元只有一個(gè)很小的視場(chǎng)角，視場(chǎng)角內(nèi)位可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個(gè)單元 透鏡的視場(chǎng)既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)人體在這一監(jiān)視范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 順次地進(jìn)入某一單元的透視的視場(chǎng)，又走出這一視場(chǎng)，熱釋電傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體一會(huì) 兒看到，一會(huì)兒又看不到，再過一會(huì)兒又看得到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻 射不斷的改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)。 ，輸出信號(hào)的頻率大約 0.1-10hz，這一頻率范圍由菲涅爾透鏡人體運(yùn)動(dòng)速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特 性決定。根據(jù)這一

26、特性，可以探測(cè)物體移動(dòng)，產(chǎn)生探測(cè)信號(hào)。 人體熱釋電紅外傳感器和應(yīng)用介紹被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：一般 人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10um 左右的紅外線，被動(dòng)式 紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的 10um 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10um 左 右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電 元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電 荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10um 左右的紅外輻 射必須非常敏感。

27、 2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片， 使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極 化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效 應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。 4)一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是 兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。 5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離） ，從而產(chǎn)生不同的監(jiān) 控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)

28、域中，被動(dòng)式熱釋電紅外 探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡 迎。 2.5 熱釋電紅外線傳感器的工作特點(diǎn)熱釋電紅外線傳感器的工作特點(diǎn) 熱釋電紅外線傳感器通過接受人體輻射的特定波長(zhǎng)的紅外線，可將其轉(zhuǎn)化為與人體 運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向有關(guān)的低頻信號(hào)。當(dāng)熱釋電紅外線傳感器受到紅外輻射源的照射 時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這 部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由 熱釋電電荷經(jīng)電路變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料的溫度變化，從而探測(cè)出紅外 輻射能量的變化。紅外探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)可以

29、將來自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探 測(cè)器上，這樣紅外探測(cè)器就可以探測(cè)到某一個(gè)立體探測(cè)空間內(nèi)熱輻射的變化。 當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體（如墻壁、家具等）在室溫 下紅外輻射的能量很小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不會(huì)觸發(fā)報(bào)警器。但有人體突然進(jìn) 入探測(cè)區(qū)時(shí)，會(huì)造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測(cè)器將收到的活動(dòng)人體與背景物 體之間的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫 度變化的快慢，經(jīng)過后級(jí)比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，送往報(bào)警器，發(fā)出 報(bào)警信號(hào)。紅外探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)為 8-14um，人體的紅外輻射波長(zhǎng)正好處于這個(gè)范圍之 內(nèi)，因此能較好的探測(cè)

30、到人體的活動(dòng)。被動(dòng)式紅外探測(cè)器屬于空間控制型探測(cè)器，其警 戒范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。 2.6 熱釋電紅外線傳感器電路圖熱釋電紅外線傳感器電路圖 熱釋電紅外線傳感器是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢 測(cè)人體發(fā)出的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能 裝置。他能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸 出。將該電信號(hào)放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。 熱釋電紅外線傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 圖 2 熱釋電紅外線傳感器應(yīng)用圖 3 圖 3 2.72.7 at89s51at89s51 單片機(jī)

31、簡(jiǎn)單概述單片機(jī)簡(jiǎn)單概述 at89s51 單片機(jī)是美國(guó) atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 cmos 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（eprom）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器(ram)，器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) mcs-51 指 令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（cpu）和 flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。 圖 4 at89s51 功能方塊圖 圖 2 為 at89s51 片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái) 微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 cpu、存儲(chǔ)器、可編程 i

32、/o 口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。 振蕩器和時(shí) 序 osc 程序存儲(chǔ) 器 4 kb rom 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 b ram/sfr 定時(shí)器/計(jì)數(shù) 器 2 16 at89s51 cpu 64 kb 總線 擴(kuò)展控制器 可編程 i/o可編程全 雙工串行 口 內(nèi)中斷 3.硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 被動(dòng)式紅外報(bào)警器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)濾波和放大、信號(hào)處 理和報(bào)警電路等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖中，菲涅爾透鏡可以將人體輻射 的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測(cè)元上，同時(shí)也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)， 以適應(yīng)熱釋電探測(cè)元要求信號(hào)不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器

33、是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核 心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用；信號(hào)處理主要 是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基 礎(chǔ)。 圖所示的是將待測(cè)目標(biāo)、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結(jié)合使用時(shí)的工作原理 示意圖。 紅外線報(bào)警器由 菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器、信號(hào)放大器、電壓比較器、延時(shí)電路、 音響報(bào)警器，電源電路，時(shí)鐘電路，復(fù)位電路，報(bào)警電路 at89c51，led、發(fā)光二極管、 蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。等組成。 3.1 熱釋電紅外線傳感器熱釋電紅外線傳感器 這種專門設(shè)計(jì)的探頭只對(duì)波長(zhǎng)為 10m 左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的

34、其 他物體不會(huì)引發(fā)探頭動(dòng)作。探頭內(nèi)包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩 個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生 釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通 過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也 不同，不能抵消，于是輸出檢測(cè)信號(hào)。 熱釋電紅外傳感器原理熱釋電紅外傳感器原理 圖 5 熱釋電紅外傳感器原理圖 本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如 圖 5 所示, 在 vcc 電源端利用 c1 和 r2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件

35、穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過 fet 放大后，經(jīng)過 c2，r1 的穩(wěn)壓 后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過 npn 的轉(zhuǎn)化，輸出 out 為低電平。 3.2 信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路 圖 6 信號(hào)放大電路如圖 6，vt1 和運(yùn)算放大器 lm358 等組成放大電路，由 ic1 的 2 腳輸出 微弱的電信號(hào)，經(jīng)三極管 vt1 等組成第一級(jí)放大電路來放大，再通過 c2 輸入到運(yùn)算放大 器 ica 中高增益、低噪聲放大，此時(shí)由 ic2a1 腳輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)，然后輸入到電壓 rs y2 y1 r1 r2 c2 c1 r3 r4 q2 npn q1 fet vccvcc 3v12v out

36、比較電路。 3.3 電壓比較器電壓比較器 圖 7 電壓比較器如圖 7，ic2b 和 vd2 等做電壓比較器，ib2b 的第 5 腳由 r10vd1 提供基 準(zhǔn)電壓，當(dāng) ic2a1 腳輸出的信號(hào)電壓到達(dá) ic2b 的 6 腳時(shí)，兩個(gè)輸入端的電壓進(jìn)行比較， 此時(shí) ic2b 的 7 腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖健?3.4 延時(shí)電路延時(shí)電路 圖 8 如圖 7，由 vt3r20c8 組成開機(jī)延時(shí)電路，時(shí)間也約為一分鐘，它的設(shè)置主要是防 止使用者開機(jī)后立即報(bào)警，好讓使用者有足夠時(shí)間離開監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)可防止停電后又 來電時(shí)產(chǎn)生誤報(bào)。該裝置采用 912v 直流電源供電，由 t 降壓，全橋 u 整流，c10 濾波

37、， 檢測(cè)電路采用 ic378l06 供電。本裝置交直流兩用，自動(dòng)無間斷轉(zhuǎn)換。 3.5 音響報(bào)警電路音響報(bào)警電路 圖 9 如圖 9，ic4a im393 為報(bào)警延時(shí)電路，r14 和 c6 組成延時(shí)電路，其時(shí)間約為一分鐘。 當(dāng) ic2b 的 7 腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，c6 通過 vd2 放電，此時(shí) ic4 的 2 腳變?yōu)榈碗娖?，它與 ic4 的 3 腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)它低于基準(zhǔn)電壓時(shí)，ic4 的 1 腳變?yōu)楦唠娖?，vt2 導(dǎo)通，訊 響器 bl 通電發(fā)出報(bào)警聲。人體的紅外線消失后，ic2b 的 7 腳又恢復(fù)高電平輸出，此時(shí) vd2 截止。由于 c6 兩端的電壓不能突變，故通過 r14 向 c6 緩慢充

38、電，當(dāng) c6 兩端的電壓 高于其基準(zhǔn)電壓時(shí)，ic4 的 1 腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r(shí)間約為一分鐘，即持續(xù)一分鐘報(bào)警。 3.6 12v 電源電路電源電路 圖 10 如圖 10，由功率為 12v5w 的變壓器，電橋等組成，報(bào)警電路提供 12v 的電壓源。 3.7 調(diào)整電路的設(shè)計(jì)調(diào)整電路的設(shè)計(jì) 如圖 11 所示為最基本的調(diào)整電路，圖中 1 為輸出，接單片機(jī)的 p0.7,p0.6 輸入輸 出口。 圖 11 調(diào)整電路電路圖 3 3.8.8 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)

39、器件，xtal2 應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所以一個(gè) 機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12mhz，一個(gè)振 蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。如圖 12 所示為時(shí)鐘電路。 圖 12 時(shí)鐘電路圖 3 3.9.9 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在 reset 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率 為 12mhz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。該復(fù)位電路連接單片機(jī)的 rese

40、t 引腳， 如圖 13 示為復(fù)位電路。 圖 13 復(fù)位電路圖 3 3.10.10 數(shù)碼管顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 由 2 個(gè)數(shù)碼管接上電阻后連上單片的 p0,p2 輸入輸出口的引腳，外接 vcc，當(dāng)單片 機(jī)的相應(yīng)引腳被置低電平后，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，起到報(bào)警作用。注：當(dāng) p0 口輸 出 0f9h 時(shí)，數(shù)碼管 ds1 顯示數(shù)字 1，當(dāng) p2 口輸出 025h 時(shí)，數(shù)碼管 ds2 顯示數(shù)字 2。 圖 14 所示為數(shù)碼管報(bào)警電路。 圖 14 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖 3 3.11.11 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 如下圖所示，用一個(gè) speaker 和三極管、電阻接到單片機(jī)

41、的 p2.0 引腳上，構(gòu)成聲 音報(bào)警電路，低電平觸發(fā)，如圖 15 示為聲音報(bào)警電路。 圖 15 聲音報(bào)警電路圖 4. 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 軟件程序的實(shí)現(xiàn) 按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖 16 所示； 圖 16 主程序工作流程圖 c 語(yǔ)言程序編寫如下所示： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define led8 p1 #define shumaguan1 p0 #define shumaguan2 p2 sbit beep = p20; /蜂鳴器對(duì)應(yīng)的是 p2.0 口 sbi

42、t sensor = p07;/將 p0.7 口設(shè)置成傳感器入口 sbit sensor1= p06; uchar flag1;/定義全局變量，作為信號(hào)檢測(cè)標(biāo)位 uchar flag; void delay(uint t) while(t-); void test_voltage(void) if(sensor =0) delay(10000);/延時(shí) 50 毫秒信號(hào)確定 if(sensor = 0) flag1 = 1;/檢測(cè)到信號(hào) else flag1 = 0; else flag1=0; void action(void) if(flag1 =1) shumaguan1 = 0xf9;/

43、數(shù)碼管顯示【1】 beep = 0;/檢測(cè)到信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲 led8 = 0x00;/8 個(gè) led 燈閃爍 delay(10000); beep = 1; led8 = 0xff; delay(10000); else shumaguan1 = 0xc0;/數(shù)碼管顯示【0】 void test_voltage1(void) if(sensor1 =0) delay(10000);/延時(shí) 50 毫秒信號(hào)確定 if(sensor1 = 0) flag = 1;/檢測(cè)到信號(hào) else flag= 0; else flag= 0; void action1(void) if(flag

44、=1) shumaguan2= 0x25;/數(shù)碼管顯示【2】 beep =0;/檢測(cè)到信號(hào)后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲 led8 = 0x00;/8 個(gè) led 燈閃爍 delay(10000); beep =1; led8 = 0xff; delay(10000); else shumaguan2 = 0x03;/數(shù)碼管顯示【0】 void main(void) while(1) test_voltage(); action(); test_voltage1(); action1(); 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且防 盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被 盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和 pc 機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管 理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、led 控制電 路等部分組成。處理器采用 51 系列單片 at89c51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制