基于多普勒效應(yīng)的室內(nèi)防盜雷達探測警報器設(shè)計說明

1、 基于多普勒效應(yīng)的室防盜雷達探測報警器設(shè)計一、畢業(yè)綜合實訓(xùn)項目簡介：摘要：基于多普勒效應(yīng)室防盜雷達是應(yīng)用多普勒原理構(gòu)成的一種新穎微波傳感模塊RD627進行探測，結(jié)合熱釋電紅外傳感器構(gòu)成微波/紅外雙鑒探測頭。運用NE555集成電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路和延時電路，報警電路由LQ46-88D型大功率語音報警喇叭實現(xiàn)。當(dāng)有人在探測區(qū)活動時報警器實現(xiàn)報警，并運用74LS160芯片實現(xiàn)入侵次數(shù)計數(shù)顯示。適用于無人守值場所和倉庫的防盜，同時該電路也適用于構(gòu)成無線智能家居報警系統(tǒng)的終端模塊。關(guān)鍵字：多普勒效應(yīng) 雷達 防盜 傳感器 微波/紅外雙鑒應(yīng)用前景： 隨著我國國生產(chǎn)總值穩(wěn)定而快速的增長，人們的生活水平有了很

2、大的提高，但與此同時，社會人口的流動性大大增加了，社會結(jié)構(gòu)和社會治安都日趨復(fù)雜，入室搶竊、偷盜等諸多社會問題的頻繁發(fā)生，使人們對家庭生命財產(chǎn)的安全越來越重視，因此防盜系統(tǒng)的設(shè)計已成為電子工程技術(shù)人員研究的重要領(lǐng)域。隨著智能化的發(fā)展，應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）的終端設(shè)備應(yīng)有所要求，微波/紅外雙鑒電路探測器適用于構(gòu)成各種無線傳感網(wǎng)絡(luò)和無線智能家居系統(tǒng)的終端設(shè)備，配合無線收發(fā)模塊和GSM移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程報警。具有探測精度高、誤報警率低、造價低等特點。已成為當(dāng)今終端探測模塊的重要電路，同時也適用于農(nóng)村家用防盜系統(tǒng)和沒有PC機維修和應(yīng)用技術(shù)的人員以與家庭、工廠、學(xué)校以與城市街

3、道自動照明系統(tǒng)的設(shè)計。二、畢業(yè)綜合實訓(xùn)儀器設(shè)備與器材：儀器儀器名稱工具電烙鐵（松香）.Pretell99se軟件導(dǎo)線萬用表 錫焊絲萬能板鑷子元器件器件名稱編號數(shù)值數(shù)量型號耐壓/功率R3.R5/R2/R4/5K/10K/22K2支/各1支金屬膜電阻1/2WR6.R7100/2201支金屬膜電阻1/2WRP1.RP2/RP310K/2M2支/1支有機實心電位器RP4220K1支C2C6220u/47u3支/2支鋁電解電容16V以上C50.01u 1支獨石電容器硅整流二極管12V 1支IN4007硅開關(guān)二極管 2支IN4148穩(wěn)壓二極管12V13V 1支 1W三極管（V） 1支S9013雙向晶閘管

4、1個TLC336A1A/400V單刀單置開關(guān) 1個燈泡100W 1只IC1 1塊RD627IC2 1塊NE5532NIC31塊NE555IC41塊HN911IC574LS160IC61塊CD4081HA1個LQ46-88D三、畢業(yè)綜合實訓(xùn)項目設(shè)計：1系統(tǒng)原理：1、多普勒效應(yīng)：由于波源和接收器或觀察者的相對運動 ,使觀測到的頻率與波源的實際頻率出現(xiàn)差別.這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng).圖一中，兩個物理參考系和，相對于速度u運動，接收器放在的P點。在中用、t 分別表示波長、周期、頻率、時間。在中分別用波長、周期、頻率、時間。 在 = t = 0時，與以合。當(dāng)以速度u開始向右運動的同時， 處在中的光源發(fā)出一

5、光波，光的傳播方向與的運動方向一樣。 根據(jù)相對論原理有時空關(guān)系(1) -（1）（1）式中， 當(dāng)光的傳播方向與的運動方向相反時，相對論原理給出時空關(guān)系( 2 )-（2） （1）式和（2）式表明，相對論效應(yīng)會導(dǎo)致時空的伸縮，從而使在介質(zhì)中傳播的光波的波長會拉長或壓縮，這就是多普勒效應(yīng)的本質(zhì)。假設(shè)原有波源的波長為，波速為c，觀察者移動速度為v：當(dāng)觀察者走近波源時觀察到的波源頻率為（v+c）/，如果觀察者遠離波源，則觀察到的波源頻率為（v-c）/。如果波源是固定不動的，不動的接收者所接收的波的振動與波源發(fā)射的波的節(jié)奏一樣：發(fā)射頻率等于接收頻率。下面分幾種情況討論。、光源S靜止，觀察者相對于地面運動&#

6、160;                     Sv1cv0如上圖,當(dāng)觀察者O向著波源運動時（v00）時，在單位時間，原來處在觀察者處的波面向右移動c的距離，同時觀察者自己向左移動了v0距離。這就相當(dāng)于波通過觀察者的總距離為（c+v0），因此，在單位時間，觀察者接收到的“完整波”數(shù)目等于（c+v0）距離的完整波數(shù)目，即觀察者收到的頻率為式中為波的頻率。由于波源在媒質(zhì)中靜止，波的頻率等于

7、波源頻率，因此有這表明，當(dāng)觀察者以速度v0向著靜止波源運動時，接收到的頻率為波源頻率的(1+v0/ c)倍。當(dāng)觀察者背離波源運動（v00時，上式仍然適用，只要將v0以負值帶入即可，那時觀察者接收到的頻率要小于波源頻率。、觀察者靜止，光源相對于地面運動當(dāng)光源向觀察者運動時，光源在同一個周期T運動了v1T距離，也就是波長比原來縮短了v1T，所以通過觀察者所在位置點的波長為'v1T其中為光源相對于媒質(zhì)（或稱地面）靜止時的波長，如下圖：cTv1TSv1'所以在單位時間，觀察者接收到的頻率，即“完整波”的數(shù)目為其中1=1/T為波源頻率。可見，當(dāng)光源趨近觀察者時，觀察者接收到的頻率大于波源

8、頻率，為其c/（cv1）倍。當(dāng)光源遠離觀察者時，上式仍然成立，只要將v1以負值帶入即可，這時觀察者接收到的頻率小于波源頻率。、波源和觀察者兩者都相對媒質(zhì)運動當(dāng)波源和觀察者都相對于媒質(zhì)（或稱地面）運動時，根據(jù)上面討論可知，觀察者接收到的頻率變化受兩個因素影響：一是光源相對于媒質(zhì)運動，使波長變化為'v1T；二是觀察者相對于媒質(zhì)運動，使波在單位時間通過觀察者的長度變化為（c+v0），所以，觀察者接收到的頻率為 v0=C+V0/-V0T=(C+V0/C-V1)V1 上式中v0、v1分別為觀察者和波源相對于媒質(zhì)（或地面）的速度，并按前面的約定取正、負號。如果光源和觀察者的運動

9、是任意方向的，只要將速度在二者連線方向上的分量帶入上式即可。2、天線原理：天線是在無線電收發(fā)系統(tǒng)中，向空間輻射或從空間接收電磁波的裝置。天線有五個基本參數(shù)：方向性系數(shù)、天線效率、增益系數(shù)、輻射電阻和天線有效高度。這些參數(shù)是衡量天線質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。天線的方向性是指天線向一定方向輻射電磁波的能力。它的這種能力可采用方向圖，方向圖主瓣的寬度，方向性系數(shù)等參數(shù)進行描述。所以方向性是衡量天線優(yōu)劣的重要因素之一。天線有了方向性，就能在某種程度上相當(dāng)于提高發(fā)射機或接收機的效率，并使之具有一定的性和抗干擾性。方向性圖方向性圖是表示天線方向性的特性曲線，即天線在各個方向上所具有的發(fā)射或接收電磁波能力的圖形。

10、波瓣寬度有時也稱波束寬度。系指方向性圖的主瓣寬度。一般是指半功率波瓣寬度。方向性系數(shù)方向性系數(shù)是用來表示天線向某一個方向集中輻射電磁波程度（即方向性圖的尖銳程度）的一個參數(shù)。 為了確定定向天線的方向性系數(shù)，通常以理想的非定向天線作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。任一定向天線的方向性系數(shù)是指在接收點產(chǎn)生相等電場強度的條件下，非定向天線的總輻射功率對該定向天線的總輻射功率之比。輻射電阻發(fā)射天線的輻射功率與饋電點的有效電流平方之比，稱為天線的輻射電阻。天線最大增益系數(shù)平時也簡稱天線最大增益或天線增益。指在最大場強方向上某點產(chǎn)生相等電場強度的條件下，標(biāo)準(zhǔn)天線（無方向）的總輸入功率對定向天線總輸入功率的比值，稱該天線的最

11、大增益系數(shù)。天線效率它是指天線輻射出去的功率（即有效地轉(zhuǎn)換電磁波部分的功率）和輸入到天線的有功功率之比。是恒小于1的數(shù)值。2設(shè)計方框圖與實現(xiàn)：計 模數(shù) 顯示 塊探測模塊信號處理電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路報 警 電路探測模塊采用新型微波傳感模塊RD627和紅外探測模塊HD911組成的探測電路。 經(jīng)RD627輸出端的信號去信號處理電路完成電位的比較，輸出的電平經(jīng)過一個門電路和HD911輸出引腳實現(xiàn)與的功能。然后輸出低電平觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路工作，此電路延時后控制報警電路和計數(shù)顯示模塊工作。當(dāng)有人在兩模塊的探測區(qū)圍活動時，其輸出低電平觸發(fā)穩(wěn)態(tài)電路工作，報警電路報警，當(dāng)人離開探測圍時，兩模塊末端輸出高電平，單穩(wěn)

12、態(tài)電路處于暫態(tài)，其報警電路不工作。處于等候狀態(tài)。其電路簡單，性價比低，易于實現(xiàn)。3硬件的實現(xiàn)：1、天線的設(shè)計： 本部分采用八木天線，它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益。用它來測向、遠距離通信效果特別好。考慮到本設(shè)計的探測圍不是很大，對于天線的發(fā)射距離也不是很遠，所以采用3單元的半波偶極型式的有源振子八木天線。用一根無源振子作反向器，一根無源振子作引向器。如圖所示從無源振子中間看去它相當(dāng)于開的終端開路線。由傳輸理論可知，終端開路線長在/4/2間時輸入阻抗為感抗，那么無源振子B的全長應(yīng)大于/2在/2之間它就可以起到反射器的作用。在l/2就可以起到引向器的作用本發(fā)射模塊工作頻率為2000MHz由

13、=CT得大約為60Cm由工程計算公式計算到方向系數(shù)：D=K1*La/其中La為引向天線軸長，K1是與La/有關(guān)的系數(shù)其關(guān)系曲線見資料書經(jīng)計算K1查得的約為13 D=13*1/3=4.33引向天線架離地面較高，地面損耗就很小，因而天線效率很高（可達90）其增益G與方向系數(shù)D很接近 G=DD引向天線的方向圖的主瓣可按以下公式計算：20.5=55°*/La（1/2）=95°其圖如下所示:由圖得1、2線引入RD627的1、2腳2、探測電路：RD627微波傳感模塊 RD627多普勒效應(yīng)傳感器采用7腳直插式塑料封裝，其管腳功能如表（一）所示。它部電路功能由振蕩器、發(fā)射器、檢測器、多普勒

14、信號放大器、限幅器與穩(wěn)壓電路等部分組成。如圖（1）所示。 功能管腳1腳外接天線，收發(fā)信號端2腳3腳 與5腳接電容4腳電源正端5腳與3腳一樣6腳信號輸出端7腳電源負端圖一振蕩器產(chǎn)生的微波信號經(jīng)發(fā)射器由1、2腳送至外接天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個具有一定方向性的微波防護取區(qū)，當(dāng)有人和其他物體在該防護區(qū)移動時，反射回來的微波信號與原信號之間產(chǎn)生頻移，微弱的頻移信號通過檢測器處理后，獲得的多普勒信號再經(jīng)放大，在第6腳輸出一個可與移動目標(biāo)響應(yīng)的電信號。其電氣參數(shù)如表所示： RD627電氣參數(shù)表參數(shù)名稱最小值典型值最大值單位備注工作頻率20002200MHz輸出功率10mW溫度性能頻率變化0.40.7MHz/

15、-20+55功率變化0.0150.04Db/工作溫度-20+55工作電壓111213V功耗0.2W探測面積100M2振動實驗條件頻率振幅或加速度時間(min)15±1%0.75mm1040±1%0.35mm1070±1%2g1090±1%2g10HD911紅外探測模塊HD911紅外探測模塊部電路主要由熱釋電紅外傳感器、放大器、比較器、信號處理電路和延時輸出電路組成。電路靜態(tài)工作時，1腳輸出高電平，2腳輸出低電平。動態(tài)時，既有移動發(fā)熱物體進入探測圍時，傳感器接受到輻射能量，輸出幅度約為1mv頻率為0.37Hz的微弱信號。該信號經(jīng)放大后，由比較器比較，經(jīng)信號

16、處理電路，最后延時輸出電路輸出用做驅(qū)動信號。HD911模塊部放大器具有溫度補償功能，探測器工作時，人體輻射和周圍環(huán)境紅外輻射一起進入傳感器。當(dāng)氣溫升高時，背景紅外輻射增強，傳感器自身極化強度既傳感器輸出的熱釋電信號減小，將明顯影響對人體的探測。因此部溫度補償電路，使放大器的增益隨環(huán)境溫度的升高而升高。H911 部電路由高靈敏度紅外傳感器、放大器、信號處理電路、延時電路、高低電平輸出電路組成。其引腳和原理框圖如圖所示。1和2腳為輸出端、3和6為電源端、4和5腳為外接增益調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)其靈敏度。部電路圖：其電氣參數(shù)見表所示：參 數(shù)參 數(shù) 值存儲溫度-4060電源電壓DC5V電源紋波V+±

17、;0.02V傳感響應(yīng)度2500V/W傳感水平角度100°靜態(tài)電流80°放大器增益70DB放大器頻寬0.37HZ輸出延遲2S電源開通到正常延遲2MIN工作溫度-3050組成電路見圖所示:此電路構(gòu)成微波/紅外雙鑒探測器，調(diào)節(jié)其電位器可實現(xiàn)探測距離的調(diào)整，和輸出時間的調(diào)整，本級電路探測到的信號經(jīng)與非后在去觸發(fā)穩(wěn)態(tài)電路工作。 當(dāng)有人在探測區(qū)域活動時，RD627的6腳輸出的信號經(jīng)NE5532N比較放大后在輸出低電平，隔離二極管IN4148均導(dǎo)通，同時HD911探測到的信號經(jīng)過2腳輸出高電平，一起加到門電路去控制下級電路工作。3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路：NE555屬于CMOS工藝制造，采用雙列

18、直插式8腳封裝。管腳封裝圖如下圖所示：NE555集成模塊部含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級。其工作原理如下：555時基電路的工作過程如下：當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于?VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使 VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電

19、阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于?VDD 的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使 VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則 VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止

20、，進而VTl8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則 VTl5通過4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8的導(dǎo)通，使放電級 VT6飽和導(dǎo)通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于?VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于 ?VDD時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于?VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳

21、為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3V時，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3與VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。組成原理如下圖所示:應(yīng)用NE555集成模塊構(gòu)成的本級電路實現(xiàn)控制功能，既輸出可以延時，一般延時為5分鐘左右。電路圖如下:4、報警電路：下本電

22、路采用語音集成模塊來實現(xiàn)報警，當(dāng)有目標(biāo)靠近時候，該電路發(fā)出報警聲音，來提醒用戶，實現(xiàn)與時的處理問題，盡量減少不必要的事情發(fā)生。該模塊是HALQ46-88D型大功率語音報警喇叭。其構(gòu)成的本級電路如圖所示：5、計數(shù)顯示電路： 該電路應(yīng)用計數(shù)芯片74LS160同步十進制計數(shù)器，它有置數(shù)端、清零端等。采用雙列直插式十六腳封裝。其管腳圖如下所示：應(yīng)用清零端實現(xiàn)3進制的計數(shù)：3進制的BCD碼為0011，采用QB、QA端實現(xiàn)清零。用一個與非門可以實現(xiàn)。脈沖端接555的3腳。因為計數(shù)芯片是脈沖上升延有效。S1、S2端直接接由QD、QC端經(jīng)與非后的高電平。其功能如表所示： CrS1S2LDCP功 能0*清零1*0置數(shù)1111計數(shù)1011*保持1*01*保持說明： 本設(shè)計在一部分電路中，需要在實物電路中調(diào)試。帶來的不便敬請諒解。四、畢業(yè)實訓(xùn)綜合總結(jié)：基于多普勒效應(yīng)室防盜雷達是現(xiàn)代家居和工廠監(jiān)控重要電路終端模塊，在本設(shè)計中應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理構(gòu)成的防盜系統(tǒng)簡單，易于實現(xiàn)。可適用于多種場合。大大減少了成本。防盜報警設(shè)備主要由探測器和報警器組成。目前市場上主要的探測器是被動紅外探測器（PIP），在一些專業(yè)領(lǐng)域會采用主動式紅外探測器(AIR)。集成化是防盜報警設(shè)備也是所有安防設(shè)備的主要發(fā)展趨勢，其主要有方面：自動化技術(shù)中經(jīng)典的傳感器正在被新材料、新原理、多功能、