紅外現(xiàn)場報警器

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息科學(xué)與工程學(xué)院家用紅外現(xiàn)場報警器設(shè)計論文 作者： 張晉升（070220307） 劉 武（070220219） 李俊英（070220303）目錄1.綜述 1.1引言3 1.2 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀31.3 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景及意義42.方案論證2.1設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù) 4設(shè)計要求 42.2方案一：主動式 42.3方案二：被動式 52.4比較結(jié)果 53熱釋電紅外傳感器3.1熱釋電紅外傳感器原理5 普通型紅外人體感應(yīng)模塊 6紅外熱釋電處理芯片BISS000 73.2熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)的工作參數(shù)93.3熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)的安裝要求

2、94設(shè)計 4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 94.2各單元電路的設(shè)計整體電路圖10第一級放大104.2.3運算放大器部分10比較電路11控制模塊11報警電路12遙控電路135. 測試方案與測試結(jié)果146. 參考文獻141綜述1.1 引言隨著人們生活水平的不斷提高和電子技術(shù)的發(fā)展，“安全防范”電子保安系統(tǒng)防盜報警系統(tǒng)及閉路監(jiān)控系統(tǒng)越來越廣泛地應(yīng)用于教育、銀行、交通、電力、酒店、超市等公共場合，維護社會公共安全為目的，防入侵、防被盜、防破壞、防火、防暴和安全檢查等，而為了達到防入侵、防被盜、防破壞等目的我們采用了以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)的安全防范技術(shù)的器材設(shè)備，并將其構(gòu)成一個系統(tǒng)。由此應(yīng)運而生的

3、安全防范技術(shù)正逐步發(fā)展成為一項專門的公安技術(shù)學(xué)科，尤其是在現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天，犯罪更趨智能化，手段更隱蔽，加強現(xiàn)代化的安全防范技術(shù)，滿足人們對保安系統(tǒng)日益提高的要求和期望，就顯得更為重要。防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)通常

4、由報警探測器（又稱防盜報警器）、傳輸通道和報警控制器三部分構(gòu)成。其中報警探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵行為及各種異常情況，報警探測器一般是由傳感器和信號處理組成的，用來探測入侵者入侵行為的，由包括電子和機械兩種處理部件組成的裝置，是防盜報警系統(tǒng)的關(guān)鍵，而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途、達到不同探測目的的報警探測裝置。報警探測器按工作原理主要可分為紅外報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外/微波報警探測器、玻璃破碎報警探測器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器、磁控開關(guān)報警探測器、開關(guān)報警探測器、視頻運動檢測報警器、

5、聲音探測器等許多種類。傳輸通道是報警探測器電子信號對外傳輸?shù)耐ǖ?。目前傳輸?shù)姆绞接腥N，即有線，無線，借用線三種不同的通信方式。  報警控制器是能將報警探測器發(fā)出來的報警信息變成聲光報警信號，并加以顯示和記錄、存儲的裝置。常用的有臺式、柜式、箱式和壁掛式幾種。但產(chǎn)生報警聲音，顯示報警部位，存儲記錄報警信息是必須具備的基本功能。1.2 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內(nèi)市場上的防盜報警系統(tǒng)大部分是國外品牌，如：早期的美國安定保、C&K、日本艾禮富、以色列EL等，近幾年進入中國市場的加拿大楓葉、德國博世、美國GE等，這些廠商無論是在資金和技術(shù)上，都具備很強的優(yōu)勢，對國

6、內(nèi)廠商的發(fā)展形成巨大的競爭壓力；國內(nèi)防盜報警產(chǎn)品廠商發(fā)展時間比較短，真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國內(nèi)有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴大。但是與國外廠商相比還有很大差距。 現(xiàn)階段，大部分工程商安裝防盜報警產(chǎn)品時傾向于國外品牌，其中，安裝的國外產(chǎn)品主要來自美國、日本和韓國，這三個國家的產(chǎn)品占據(jù)我國報警市場的近80%的市場份額。這主要是因為，在產(chǎn)品供給市場上，絕大部分國外品牌來自美國和日韓，防盜報警產(chǎn)品在這些國家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，再加上進入我國是時間較早，所以在我國市場上占有相當大的份額?，F(xiàn)階段國內(nèi)使用的各類防盜、保安報警器基

7、本都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射和接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所涉及的被動式報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電傳感器。這種熱釋電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。隨著國家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設(shè)備。利用單片機控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場合。1.3 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景及意義隨著時代的不斷進步，人們對自己所處的環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是

8、在家居安全方面不得不時刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng)，有效的保證了居民的人身和財產(chǎn)的安全。但是由于大部分報警系統(tǒng)采用的是有線信道，這給系統(tǒng)安裝、維護和抗干擾都帶來了不利的一面。而采用無線信道的報警系統(tǒng)，可以做到安裝和維護變得更為方便，隱蔽性更好，不易被發(fā)現(xiàn)而被破壞，且抗干擾能力更強。由于紅外線是不可見光，所以有很好的隱蔽性。因此紅外無線用在防盜報警系統(tǒng)中將使報警系統(tǒng)更隱蔽，更可靠，更安全。2.方案論證2.1設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)(1)紅外現(xiàn)場防盜報警器由紅外探測電路及報警電路組成，是一種實用的自衛(wèi)性威懾報警工具。在防范的區(qū)域裝上報警器后，一旦有盜賊進入紅外探測電路的防防范

9、區(qū)域，報警器立即周期性發(fā)出刺耳的警報聲，起威懾及警示作用。設(shè)計要求1.基本要求(1)工作電壓：DC6V，即4節(jié)7號干電池；工作電流：靜態(tài)<0.072mA；報警電流：10mA；使用環(huán)境：相對溫度-2038度；相對濕度<80%；輸出音警電流頻功率 >85db。(2) 報警器裝上4節(jié)7號干電池，將它掛在離地面約2米處（室內(nèi)），使透鏡對準監(jiān)視場所，打開開關(guān)，延時一分鐘后，立即進入工作狀態(tài)。這時如有人進入，紅色指示燈亮，并周期性發(fā)出刺耳的警報聲10秒，間歇6秒。2.發(fā)揮部分可使用手動遙控器打開、關(guān)閉報警裝置2.2方案一：主動式主動紅外入侵探測器是由發(fā)射機和接收機組成，發(fā)射機是由電源、發(fā)

10、光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器等部分組成。主動紅外探測器是一種紅外線光束遮擋型報警器，發(fā)射機中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過調(diào)制的紅外光束（此光束的波長約在0.80.95微米之間），經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機接收，由接收機中的紅外光電傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成信號，經(jīng)過電路處理后傳給報警控制器。由發(fā)射機發(fā)射出的紅外線經(jīng)過防范區(qū)到達接收機，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機收到的是一個穩(wěn)定的光信號，當有人入侵該警戒線時，紅外光束被遮擋，接收機收到的紅外信號發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當處理，控制器發(fā)出的報警信號。目

11、前此類探測器有二光束、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，能達到被動紅外的十倍以上探測距離。2.3方案二：被動式被動式紅外探測無線報警系統(tǒng)，總體設(shè)計思路是由探測發(fā)射電路和接收報警電路兩部分組成。探測發(fā)射電路通過熱釋電紅外探測器探測人體的紅外輻射信號，并經(jīng)過放大、編碼和發(fā)射等環(huán)節(jié)，將人體的移動信號轉(zhuǎn)為電信號應(yīng)用無線電技術(shù)發(fā)射出去；而接收報警電路則是通過對電信解調(diào)、譯碼和聲光報警等環(huán)節(jié)，將電信號轉(zhuǎn)為聲音、光源信號，從而達到無線報警的目的。人體有恒定的體溫，一般在37，所以會發(fā)出特定波長為10m左右的紅外線。被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10m左右的紅

12、外線而進行工作的。人體發(fā)射的10m左右的紅外線，通過菲涅爾濾光片增強后，聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源泉通常采用熱釋電元件。其中熱釋電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)變成電壓信號,同時他還能鑒別出生物和其他非生物.熱釋電紅外傳感器可用于防盜報警裝置,與其他防盜器材相比,具有以下特點:不需要紅外線和電磁波的發(fā)射源 靈敏度高,控制范圍大隱蔽性好,可流動安裝 2.4比較結(jié)果：經(jīng)過比較，要實現(xiàn)相同的功能，被動式比主動式有更高的性價比，更易于設(shè)計和實現(xiàn)。因此選擇被動式紅外報警。3熱釋電紅外傳感器3.1熱釋電紅外傳感器原理 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷

13、、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提

14、高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。普通型紅外人體感應(yīng)模塊采用普通型紅外人體感應(yīng)模塊：模塊采用低功耗穩(wěn)壓器件7133A-1，可以保證在很寬的輸入電壓下穩(wěn)定提供3.

15、3V的工作電壓，確保模塊能正常工作。模塊有三個輸出腳，由紅、黃、黑三色線插座引出，紅線和黑線分別接DC624V電源的“+”、“”，標有“OUT”的黃線是輸出腳，有人輸出約3V高電平，無人輸出0V低電平。上右圖中左上角藍色箭頭指示有一個檢測方式設(shè)置區(qū)，產(chǎn)品默認設(shè)置和H連接，為可重復(fù)觸發(fā)方式（見上圖左上角焊點，如果改成和L連接，則為不可重復(fù)觸發(fā)方式），即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)；如果和L連接為不可重

16、復(fù)觸發(fā)模式，這種模式下感應(yīng)輸出高電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從高電平變?yōu)榈碗娖?。模塊電平輸出時間約510秒左右。感應(yīng)范圍示意圖：3.1.2紅外熱釋電處理芯片BISS0001    BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 特 點*CMOS工藝*數(shù)?；旌?具有獨立的高輸入阻抗運算

17、放大器*內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾*內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器*采用16腳DIP封裝管腳圖 管腳說明引腳名稱I/O功能說明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當A為“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當接“0”時可使定時器

18、復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當Vc<VR時禁止觸發(fā)；當Vc>VR時允許觸發(fā)(VR0.2VDD)10IB-運算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD-工作電源正端122OUTO第二級運算放大器的輸出端132IN-I第二級運算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運算放大器的反相輸入端161OUTO第一級運算放大器的輸出端3.2熱釋電紅外傳感器的工作參數(shù);*工作溫度：-2050度*人體移動速度：<=0.1m/s*工作電壓：DC624V2*電平輸出：有人3V高電平，無人0V低電平*感應(yīng)角度：水平最大140度，垂直最大60度*靜態(tài)電流：小于50A*感應(yīng)距

19、離：0.57米*觸發(fā)時間：約510秒*觸發(fā)方式：重復(fù)/不重復(fù)*外形尺寸：33mm×28mm×20mm3.3 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)的安裝要求*報警器離地面2.02.2m*報警器應(yīng)遠離空調(diào)、冰箱等空氣、溫度變化比較敏感的地方*報警器在檢測范圍內(nèi)不應(yīng)該有隔離、家具、大型盆景等隔離物*報警器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流動會引起誤報，不要安裝在有強氣流活動的地方4設(shè)計：4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖:紅外熱釋電傳感器采集信號，將入侵信號經(jīng)放大和比較電路后，送入控制模塊，控制模塊采用單片機控制?？刂颇K有兩個輸出一個輸出。一個信號控制報警，一個信號控制步進電機，是步進電機輸出信號，使得紅

20、外熱釋電傳感器360度旋轉(zhuǎn)，進一步擴大檢測范圍。同時增加一個遙控模塊，可使用手動遙控器打開、關(guān)閉報警裝置。紅外熱釋電處理放大環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)控制模塊報警模塊遙控模塊電 源電壓跟隨4.2各單元電路的設(shè)計整體電路圖：第一級放大紅外線探測傳感器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Q1等組成第一級放大電路進行信號放大后通過C2輸入到運算放大器U1 運算放大器部分由第一級放大電路放大的信號，經(jīng)C2輸入到運算放大器U1中進行高增益、低噪聲放大，此時由U1的1腳輸出的信號已足夠強，能夠?qū)π盘栠M行放大。比較電路在本單元電路中，U1B作為電壓比較器，它的第腳由R10、VD

21、1提供基準電壓，當U1B腳輸出的信號電壓到達U1B的腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，查看U1B的腳是高電平還是低電平。此腳輸出的信號送入到單片機進行控制處理。4.2.5控制模塊本系統(tǒng)采用AT89S52型號單片機，通過程序控制P3.7腳的電平來使蜂鳴報警器發(fā)出聲音和關(guān)閉。程序中改變單片機P3.7引腳輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)，改變P3.7輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小，通過延時程序控制蜂鳴報警器的報警時間。單片機內(nèi)部控制源程序如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BHLJMP TL0INTORG 0030HMAIN: MOV TH0,#3

22、CHMOV TL0,#0B0HMOV TMOD,#01HSETB ET0SETB TR0SETB EAMOV R7,#00HMOV P0,#00HCLR P1.0MOV R6,#5 MOV P3,#0FFHLOOP4:CJNE R7,#20,$ MOV R7,#00 DJNZ R6,LOOP4LOOP1:MOV C,P1.0JNC LOOP1LOOP2:CLR P3.7 MOV R7,#00 MOV R5,#00 MOV A,#01H MOV P0,ALOOP6:CJNE R5,#20,$ MOV R5,#00H RL A MOV P0,A CJNE A,#10H,LOOP5 MOV A,#0

23、1H MOV P0,ALOOP5:CLR P3.7 LCALL DELAY CJNE R7,#200,LOOP6 SETB P3.7 MOV P0,#00H MOV R7,#00 CJNE R7,#120,$ AJMP LOOP2 DELAY:MOV R3,#228 DE1: DJNZ R3,DE1 RETTL0INT: MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HINC R7INC R5LOOP3: RETIEND4.2.6蜂鳴報警電路蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動它，單片機IO引腳輸出的電流較小，單片機輸出的TTL電平基本上驅(qū)動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。S51增強型單片機通過一個三極管C8550來放大驅(qū)動蜂鳴器，原理圖見下圖：   如圖所示，蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級B經(jīng)過限流電阻R1后由單片機的P3.7引腳控制，當P3.