應(yīng)物 091熱釋電紅外報警電路設(shè)計

1、 東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計課 程 光電檢測技術(shù) 題 目 熱釋電紅外報警電路設(shè)計 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 應(yīng)用物理09-1班 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 03 指導(dǎo)教師 2013年3月1日第1章 概述目前，隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活水平得到了很大的改善，電話、手機(jī)、空調(diào)等高科技產(chǎn)品的使用越來越成為家庭生活的主旋律。但是，除了環(huán)境因素外，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也給人們的生活、財產(chǎn)帶來不安定因素，利用社會進(jìn)步創(chuàng)造出來的技術(shù)產(chǎn)品達(dá)到個人犯罪目的的事情時有發(fā)生。這就為監(jiān)控設(shè)備在居家安全、政府文件保密等領(lǐng)域的研究提供了必要的前提，當(dāng)然，純粹用于自然環(huán)境所帶來的一些必要的監(jiān)控處理

2、方面的設(shè)計也是很廣泛的。如何進(jìn)行安全監(jiān)控成了一個熱點。紅外科學(xué)技術(shù)是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳輸、轉(zhuǎn)換探測及應(yīng)用的一種高新技術(shù)。軍事應(yīng)用是推動紅外技術(shù)發(fā)展的主要動力。在歷次戰(zhàn)爭中, 紅外技術(shù)曾顯示出巨大的威力, 它已成為現(xiàn)代軍事裝備的重要組成部分。紅外成像、紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導(dǎo)、紅外預(yù)警、紅外對抗等, 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭和未來戰(zhàn)爭中都是必不可少的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略手段。另一方面, 由于紅外技術(shù)的獨特功能, 近年來, 軍用紅外技術(shù)已逐步實現(xiàn)了向民用部門的轉(zhuǎn)化。紅外成像、紅外測溫、紅外測濕、紅外檢測、紅外報警、紅外偵查、紅外夜視、等已是各行各業(yè)爭相選用的先進(jìn)技術(shù),紅外技術(shù)在民用部門中發(fā)揮著日益重要的作用。隨著

3、社會的進(jìn)步，人們對家居生活安全性的要求也越來越高，各種防盜探測器應(yīng)運而生。由于紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因而在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，隨著半導(dǎo)體技術(shù)和新型材料的發(fā)展，熱釋電紅外探測器的防誤報能力、控制范圍與可靠性都有了很大程度的提高，可以滿足多數(shù)環(huán)境下的使用要求，因此，在防盜、報警、安全、自動控制等方面，熱釋電紅外傳感器比其他類型的傳感器應(yīng)用更為廣泛。1.1 設(shè)計背景隨著時代的不斷進(jìn)步，人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時刻留意那些不速之客。這里所設(shè)計的被動式紅外報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電

4、紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點：(1)不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；(2)靈敏度高、控制范圍大；(3)隱蔽性好，可流動安裝。1.2 設(shè)計意義掌握紅外探測防盜器的原理及設(shè)計制作與仿真調(diào)試，熟悉實用電路設(shè)計的一般過程。訓(xùn)練及提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進(jìn)行電路設(shè)計的原理仿真能力。加強對一些無人場所的防盜報警，以及對一些危險地帶生命跡象的探測。第2章 熱釋電紅外報警器工作

5、原理2.1 方案設(shè)計方案一：利用模擬電子電路構(gòu)成被動紅外線感應(yīng)報警器。系統(tǒng)主要有紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時、音響報警延時和12V電源電路組成。被動紅外線感應(yīng)報警器的紅外感應(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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。方案二：利用模擬電子電路構(gòu)成主動紅外入侵報警器。主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成。接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外報警器是當(dāng)有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號發(fā)生變化，提取這一變化，

6、經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報警信號。目前此類報警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點就是防范距離遠(yuǎn)。2.2選定方案方案二的主動式紅外線報警器的硬件電路相比于方案一較為復(fù)雜。在設(shè)計過程中要以電路原理為主題，因此在電路元件和模塊的選擇上盡量采用通用、基礎(chǔ)的元器件，避免采用大規(guī)模的集成電路來設(shè)計電路。綜上所述選擇方案一：由模擬電子電路構(gòu)成人體紅外線感應(yīng)報警器電路。主要由電路由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、開機(jī)延時、音響報警延時和12V電源電路組成。組成框圖如下：紅外線傳感器信號放大延時電路音響報警電壓比較開機(jī)延時電源電路 圖2.1 人體紅外線感應(yīng)

7、報警器組成框圖第3章 熱釋電紅外報警器電路設(shè)計3.1 熱釋電紅外報警器各單元模塊設(shè)計3.1.1 信號放大電路由于熱釋電紅外傳感器的輸出信號十分微弱，因此設(shè)計性能優(yōu)異的前置放大電路就顯的尤為重要。本系統(tǒng)設(shè)計的前置放大電路如圖所示。 圖3.1 前置放大電路電路的核心為兩片運算放大器，采用級聯(lián)方式提高放大倍數(shù)?？紤]到火焰的閃爍信號頻率為低頻信號，傳感器的輸出信號也以該頻率變化，因此將放大器接成低通形式，截止頻率為45 Hz，兩級電壓放大倍數(shù)分別為Au1=120，Au2=4，總的放大倍數(shù)為Au：Au1xAu2=480= 54db。3.1.2 電壓比較電路LM324 另外兩個運放組成電壓比較檢測窗口，由

8、R3,R5 和R7,R8 將高、低通放大器的(3)腳和(5)腳均 設(shè)置為 12 Vcc，即 3 V。當(dāng)紅外傳感器檢測到人體的活動 ，其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大，傳送到 LM324 的10,13 腳時，用示波器可以檢測到峰值約為 5 V 的正弦波，那么無論是信號的正半周還是負(fù)半周，兩個比較器中必有一個輸出為低電平 ，使 IC2 的(2)腳由高電平跳成低電平以便控制延時電路工作。靜態(tài)時，LM324 的(8)、(14) 均為低電平 ，開關(guān)管截止 ，IC2 的(2)腳仍為高電平，延時電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測到人的活動，在輸入信號的正半周時，13 腳的電平高于12 腳所加的 2.6V 比較電壓，下

9、比較器由14 腳輸出低電平，VD2 截止；此時10 腳電平高于(9腳，上比較器輸出高電平，VD1 導(dǎo)通，其高電平使得開關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2 的(2)腳拉成低電平，致使延時電路工作。在信號負(fù)半周時，上、下比較器輸出電平剛好相反，即(8)腳輸出低電平，（14）腳輸出高電平，VD2 導(dǎo)通。可見，只 要傳感器檢測到人體活動，無論是信號的正半周還是負(fù)半周，兩個比較器中必有一個輸出為高電平，通 過開關(guān)三極管從而控制延時電路工作。 圖3.2 電壓比較電路3.1.3 延時電路R14 和C6 組成報警延時電路，其時間約為 60s。人體離開傳感器的探測范圍后，其輻射的紅外線信號消失，IC2B 的7 腳又恢復(fù)高電

10、平輸出，此時VD2 截止。由于C6 兩端的電壓不能突變，故通過R14 向C6 緩慢充電，當(dāng)C6 兩端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時，IC3 的 1 腳才變?yōu)榈碗娖?，時間約為60s，即持續(xù)報警 60s。由VT3、R20、C8 組成開機(jī)延時電 路，時間也約為60s，它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。3.1.4 電源電路圖3.3 電源電路3.2 整體電路工作原理紅外線探測傳感器IC1 探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由IC1 的腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管VT1 等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器IC2 中進(jìn)行

11、高增益、低噪聲放大，此時由IC2腳輸出的信號已足夠強。IC3 作電壓比較器，它的第腳由R10、VD1 提供基準(zhǔn)電壓，當(dāng)IC2腳輸出的信號電壓到達(dá)IC3 的腳時，兩個輸入端的電壓進(jìn)行比較，此時IC3的腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?。IC4 為報警延時電路，R14 和C6 組成延時電路，其時間約為1 分鐘。當(dāng)IC3 的腳變?yōu)榈碗娖綍r，C6 通過VD2 放電，此時IC4 的腳變?yōu)榈碗娖剑cIC4 的腳基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)它低于其基準(zhǔn)電壓時，IC4 的腳變?yōu)楦唠娖?，VT2 導(dǎo)通，訊響器BL 通電發(fā)出報警聲。人體的紅外線信號消失后，IC3 的腳又恢復(fù)高電平輸出，此時VD2 截止。由于C6兩端的電壓不能突變

12、，故通過R14 向C6 緩慢充電，當(dāng)C6 兩端的電壓高于其基準(zhǔn)電壓時，IC4 的腳才變?yōu)榈碗娖剑瑫r間約為1 分鐘，即持續(xù)1 分鐘報警。由VT3、R20、C8 組成開機(jī)延時電路，時間也約為1 分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。該裝置采用912V 直流電源供電，由T 降壓，全橋U 整流，C10 濾波，檢測電路采用IC5 78L06 供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉(zhuǎn)換。IC1 采用進(jìn)口器件Q74，波長為910um。IC2 采用運放LM358，具有高增益、低功耗。IC3、IC4 為雙電壓比較器LM393，低功耗、低失

13、調(diào)電壓。其中C2、C5 一定要用漏電極小的鉭電容，否則調(diào)試會受到影響。R12 是調(diào)整靈敏度的關(guān)鍵元件，應(yīng)選用線性高精度密封型。制作時，在IC1 傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因為人體的活動頻率范圍為0.110Hz，需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。安裝無誤，接上電源進(jìn)行調(diào)試，讓一個人在探測器前方710m 處走動，調(diào)整電路中的R12，使訊響器報警即可。其它部分只要元器件質(zhì)量良好且焊接無誤，幾乎不用調(diào)試即可正常工作。本機(jī)靜態(tài)工作電流約10mA，接通電源約1 分鐘后進(jìn)入守候狀態(tài)，只要有人進(jìn)入監(jiān)視區(qū)便會報警，人離開后約1 分鐘停止報警。如果將訊響器改為繼電器驅(qū)動其它裝置即作為其它控制用。圖3.4 總

14、體電路第4章 安裝與調(diào)試4.1 元件清單圖4.1 元件清單4.2軟件的程序?qū)崿F(xiàn)4.2.1主程序工作流程圖 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所示：開始布防按鍵按下倒計時結(jié)束六十秒倒計時開始檢測到有無信號蜂鳴器報警，發(fā)光二級管閃爍緊急按鍵按下YYN蜂鳴器報警10秒結(jié)束 圖4.1 主程序工作流程圖4.2.2中斷程序工作流程圖來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到1

15、0秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖所示：圖4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖4.3硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題第一步為目測，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中大部分電路安裝在印制電路板上因此，對每一塊加工好的印制電路板要進(jìn)行仔細(xì)的檢查。檢查它的印制線是否有斷線、是否有毛剌、是否與其它線或焊盤有否脫落、過孔是否有未金屬化現(xiàn)象等。第二步為萬用表測試，先用萬用表復(fù)核目測中認(rèn)為可疑的連線或接點，查看它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步為加電檢查。當(dāng)給印制板加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值（注意CP

16、U插座上不應(yīng)該有大于5V的電壓，否則聯(lián)機(jī)時將損壞仿真器），接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯(lián)機(jī)檢查。在對硬件印制電路板調(diào)試過程中，還遇到了不少問題，第一次印制的板并把所有的元件都焊上去后，都準(zhǔn)備調(diào)試了，才發(fā)現(xiàn)正負(fù)電源的插針離得太近了，不容易接電源，而且和另一插針（也挨太近了，布置PCB板時，也沒太注意熱釋電穿感器的占地面積，調(diào)試中才發(fā)現(xiàn)這樣子根本就無法進(jìn)行下去，由于自己布板時的疏忽，所以第一塊板作廢了，有了第一次的經(jīng)驗，再次布PCB板時，特意把這兩個離遠(yuǎn)點。本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經(jīng)過“三思而后行”，來不得半點的

17、馬虎，否則浪費了時間和精力4.4軟件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題將寫好的程序燒錄到單片機(jī)AT89S52芯片中，下載時，才發(fā)現(xiàn)自己當(dāng)時設(shè)計原理圖時，沒有設(shè)計串口下載，所以只能借同學(xué)的開發(fā)板進(jìn)行下載程序，相當(dāng)麻煩，因為不是第一次下載就能成功的，經(jīng)過無數(shù)次的程序修改下載調(diào)試，可以實現(xiàn)功能的時候，才發(fā)現(xiàn)單片機(jī)芯片的管腳差不多都被我弄斷了，本來是打算在芯片底下加一個插槽的，在后面的調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)加了保護(hù)層的芯片的管腳和電路板上的插槽接觸不是很好，明明是一樣的程序，加插槽和不加插槽調(diào)試出來的效果很不相同，所以就把它給去掉了。在調(diào)試中還應(yīng)注意以下幾點問題： 直流工作電壓必須符合我們要求的數(shù)值（+5VDC），過高

18、和過低都會影響模塊性能，而且要求電源必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波。 調(diào)試時人體盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)區(qū)域，有時雖然人體不在模塊的正前方，但是人體離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到造成一直有輸出，還有調(diào)試時人體不要觸摸電路部分也會影響模塊工作，比較科學(xué)的辦法是將輸出端接萬用表，把模塊用報紙蓋住，人離開這個房間，等2分鐘后看看模塊是否還是一直有輸出。 人體感應(yīng)模塊只能工作在室內(nèi)并且工作環(huán)境應(yīng)該避免陽光、強烈燈光直接照射，如果工作環(huán)境有強大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強烈氣流干擾，關(guān)閉門窗或阻止對流。感應(yīng)區(qū)盡量避免正對著發(fā)熱電器和物體以及容易被風(fēng)吹動的雜物和衣物。第5章 結(jié)論本設(shè)計研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的無線智能

19、防盜報警器。該防盜報警器通是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機(jī)，作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。通過這次課程設(shè)計，我能夠把理論知識

20、同實踐結(jié)合起來，收獲很多，在設(shè)計過程中遇到很多問題，通過上網(wǎng)查資料和同學(xué)討論，最終得到解決。設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)自己的理論知識掌握的還不是很牢固，沒有理論作支持，實踐是很難進(jìn)行的。這次課程設(shè)計從選題、找資料、確定設(shè)計方案、設(shè)計過程都是我們自己獨立完成的。在設(shè)計的過程中遇到了許多的問題，但自己通過仔細(xì)的分析，不斷的改進(jìn)，實現(xiàn)了設(shè)計成功。這次課程設(shè)計使我懂得了要想設(shè)計一個成功的電路，不但要認(rèn)真細(xì)心，而且要有耐心，全面的去考慮問題。在整個電路的設(shè)計過程中，對整個設(shè)計要有系統(tǒng)的把握，還要對一些細(xì)節(jié)考慮周全。只有這樣才能設(shè)計好電路。在設(shè)計中總感覺知識的重要性及運用知識的能力?？傮w來說，這次課程設(shè)計使我收獲頗豐。不但鞏固了學(xué)過的知識，而且學(xué)到了許多其他的知識。理論結(jié)合實際，加強了對理論的理解，增強了解決問題的能力，同時也拓寬了我們的思維。希望學(xué)校多開展這樣的設(shè)計，豐富我們的學(xué)習(xí)生活。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬