熱釋電紅外報警電路設計東油課程設計_圖文

1、東北石油大學課程設計 2013年3月1日第1章熱釋電紅外報警器概述紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器,是報警器主動發(fā)出紅外線,紅外線碰到障礙物,就會反彈回來,被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到,紅外線是靜止不動的,也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的,那么報警器就不會報警。當有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候,探頭就會檢測到有異常,就會報警。被動式報警器少了一項功能,就是發(fā)射紅外線。物理學上告訴我們,當物體的溫度高于0K的時候,就會發(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,被動式報警器和主動式是一樣的。紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強

2、,當感應到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。隨著時代的不斷進步,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?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng),因而大大提高了小區(qū)的安全程度,有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光,有很強的隱蔽性和保密性,因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。此外,在電子防盜、人體探測等領域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外線防盜報警器作為當前使用得比較普遍的報警器之一,它以其靈敏度高、價格實惠,受到了廣大用戶的歡迎。但是使用每一種紅外線傳

3、感器都有其不足之處,如抗干擾能力弱、誤報漏報現(xiàn)象嚴重等,可靠性不夠高。為了能夠提高紅外報警裝置的工作可靠性,本設計基于熱釋電紅外檢測方式設計一個室內(nèi)紅外防盜報警器,要求實現(xiàn)的功能有:(1開機后延時1分鐘開啟報警系統(tǒng);(2具有足夠的響應靈敏度,可以識別外界持續(xù)噪聲干擾;(3當監(jiān)控過程中有人進入紅外探頭的掃描范圍時,警示燈亮起,發(fā)聲電路發(fā)出報警聲;(4當人又離開室內(nèi),一段時間后自動停止報警;(5當主人需要進入房間時可以使用配備的遙控器使防盜器進入開機延時狀態(tài),可以在這段時間內(nèi)進入房間關閉防盜報警器電源。1.1熱釋電紅外報警器的使用價值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

4、轉變?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、遙測等領域。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熱釋電紅外報警器的發(fā)展趨勢防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術,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,并輔助提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位,顯示可能采取的對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發(fā)生突發(fā)事件,就能通過聲光報警信號在安保控制中心準確顯示出事

5、地點,使于迅速采取應急措施。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)等一起構成了入侵防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)通常由探測器(又稱防盜報警器、傳輸通道和報警控制器三部分構成。報警探測器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電子和機械部件組成的裝置,是防盜報警系統(tǒng)的核心,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,可以構成不同種類、不同用途、達到不同探測目的的報警探測裝置。(1報警探測器按工作原理主要可分為紅外線報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外線/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

6、開關報警探測器、開關報警探測器、視頻運動檢測報警器、聲音探測器等許多種類。(2報警探測器按工作方式可分為主動式報警探測器和被動式報警探測器。(3報警探測器按探測范圍的不同又可分為點控報警探測器、線控報警探測器、面控報警探測器和空間防范報警探測器。除了以上區(qū)分以外,還有其他方式的劃分。在實際應用中,根據(jù)使用情況不同,合理選擇不同防范類型的報警探測器,才能滿足不同的安全防范要求。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。在各種各樣的智能建筑和普通建筑物中,需要安全防范的場所很多。這些場所根據(jù)實際情況也有各種各樣的安全防范目的和要求。因此,就需要各種各樣的報警探測器,以滿足

7、不同的安全防范要求。根據(jù)實際現(xiàn)場環(huán)境和用戶的安全防范要求,合理的選擇和安裝各種報警探測器,才能較好的達到安全防范的目的。當選擇和安裝報警探測器不合適時,有可能出現(xiàn)安全防范的漏洞,達不到安全防范的嚴密性,給入侵者造成可乘之機,從而給安全防范工作帶來不應有的損失。報警探測器要求具有防拆動、防破壞功能。當報警探測器受到破壞、人為將其傳輸線短路或斷路,以及非法試圖打開其防護罩時,均應能產(chǎn)生報警信號輸出;另外報警探測器還應具有一定的抗干擾措施,以防止各種誤報現(xiàn)象的發(fā)生,例如:防寵物和小動物騷擾、抗因環(huán)境條件變化而產(chǎn)生的誤報干擾等。報警探測器的靈敏度和可靠性是相互影響的。合理選擇報警探測器的探測靈敏度和采

8、用不同的抗外界干擾的措施,可以提高報警探測器性能。采用不同的抗干擾措施,決定了報警探測器在不同環(huán)境下的使用性能。了解各種報警探測器的性能和特點,根據(jù)不同使用環(huán)境,合理配置不同的報警探測器,是防盜報警系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。數(shù)字化、無線化、集成化是防盜報警系統(tǒng)的技術發(fā)展趨勢。第2章熱釋電紅外報警器工作原理設計2.1系統(tǒng)總體體方案設計紅外報警系統(tǒng)的信息采集單元必須能夠靈敏的感應到其檢測范圍內(nèi)的紅外線強度信息的變化,將紅外線強度信息的變化轉換成電壓值的變化,信號處理單元將電壓信號放大并傳輸?shù)娇刂茊卧?控制單元被觸發(fā),驅動發(fā)聲電路以及繼電器,從而達到報警目的;再在控制單元添加遙控接收電路,以便于用戶在進入報警

9、系統(tǒng)的檢測范圍內(nèi)前關閉報警聲音電路。通過以上分析,可畫出系統(tǒng)總體方案框圖,如圖2.1所示。 圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.2各單元模塊的方案設計由于本系統(tǒng)的設計目的是以環(huán)境中紅外線強度變化這一信息參數(shù)來實現(xiàn)的,所以紅外線檢測以及其信號處理單元就成為了本系統(tǒng)的核心。整個系統(tǒng)的靈敏度、穩(wěn)定性等參數(shù)都直接受到此單元的影響,所以采用何種紅外檢測裝置是一個關鍵問題。方案一:采用主動式紅外檢測探頭。該探頭本身包含有一個紅外線發(fā)射裝置和一個接收裝置,在探頭正常工作時,其中的發(fā)射裝置向外發(fā)射出紅外光線,當其監(jiān)測范圍內(nèi)沒有障礙物的時候,探頭接收端接收不到發(fā)送端發(fā)射出的紅外光線,紅外接收管截止;當有障礙物進入探頭的監(jiān)測

10、范圍時,探頭中發(fā)射裝置發(fā)射出來的紅外光被障礙物反射回去,使接收管能夠接收到反射回來的紅外光線,接收管導通。方案二:采用熱釋電紅外探頭來檢測。因為正常情況時人體會發(fā)出波長在10微米左右的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射出來的紅外線而進行工作的。當人體進入熱釋電紅外探頭的監(jiān)測區(qū)域時,因人體溫度與環(huán)境溫度有明顯差別,當傳感器檢測到環(huán)境有溫度變化時就會輸出一定電壓值;若無人或動物進入檢測區(qū),或者在探頭監(jiān)測區(qū)域內(nèi)保持靜止,則環(huán)境溫度沒有變化,傳感器就不會有輸出,所以這種傳感器適合用于檢測運動的人或者動物。紅外檢測單元是整個設計系統(tǒng)的核心,它的性能決定了整個系統(tǒng)的靈敏度和穩(wěn)定度。“方案一”所提到的

11、使用主動式紅外探頭,自身發(fā)出紅外光線,靠檢測是否有障礙物反射回紅外光線來判斷是否該輸出觸發(fā)信號。雖然這種傳感器探測可靠性比較高,但是其發(fā)出的光束較窄,因此一般的主動式探測器的探測方式是點到點,而不是一個空間范圍。如果要對一個空間進行布防,就需要有多個主動式探測器,造價較高。而“方案二”中提到的熱釋電紅外傳感器則可以在比較寬的范圍內(nèi)進行監(jiān)控,當使用涅菲爾光學透鏡輔助聚焦時,熱釋電紅外傳感器的感應距離可達8m,檢測角度可達89º,靈敏度較高,受外界干擾較小。所以本單元選用“方案二”。當傳感器信號被處理完畢后需要用檢測單元的輸出信號去觸發(fā)后級的報警裝置,如警示燈、報警聲電路等,需要一些電子

12、電路來將紅外信息處理單元和后級報警裝置有機的聯(lián)系在一起,才能實現(xiàn)自動報警。方案一:使用可控硅作為開關,當紅外信息處理單元輸出高電平時,可控硅被觸發(fā)導通從而使后級報警電路導通報警。方案二:使用繼電器作為開關,利用紅外信息處理單元的輸出信號控制繼電器,利用繼電器內(nèi)的各組開關的通斷來控制后級報警裝置。使用可控硅雖然可以控制大電流,但根據(jù)可控硅的性能,其導通與關斷不易控制,而且本系統(tǒng)中并沒使用大電流器件,所以不采用可控硅作為觸發(fā)開關器件。而繼電器類型多樣,可集成多組開關,可以用紅外檢測電路輸出的高電平經(jīng)三極管放大后驅動。所以本單元選擇“方案二”。因檢測單元電路選用了熱釋電紅外傳感器來檢測,雖然熱釋電紅

13、外傳感器能靈敏地檢測到環(huán)境中的溫度變化,即人或動物身體的運動,但如果人或動物身體在傳感器的監(jiān)控范圍中緩慢運動或者靜止不動時,環(huán)境中沒產(chǎn)生相對溫度變化,此時傳感器就無法檢測到。也就是說只在有熱釋電紅外傳感器與人或動物體間有相對運動的時候熱釋電紅外傳感器才能檢測到。為了使本系統(tǒng)能夠檢測到靜止于傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)的動物體,本設計增加了一個電機驅動單元,用于帶動熱釋電紅外傳感器進行周期性動態(tài)掃描。本單元采用555時基電路構成低頻無穩(wěn)態(tài)振蕩器,用于產(chǎn)生占空比可調(diào)的低頻方波,經(jīng)過反相處理,用原信號與反相后的信號控制電橋,周期性改變通過直流電機的電流,驅動電機來回轉動。當用戶需要進入本裝置的監(jiān)控區(qū)域時,為了不

14、觸發(fā)報警裝置報警,可以使用遙控器關閉報警發(fā)聲電路。方案一:使用無線電遙控,設計一對發(fā)射頻率和接收頻率相同的無線電發(fā)射電路和接收電路,發(fā)射電路可以隨身攜帶。當接收電路接收到發(fā)射端發(fā)送過來的的無線電信號時,輸出控制信號,用于屏蔽報警電路。方案二:使用紅外線遙控,將集成紅外接收管安裝于本報警裝置中,當其接收到發(fā)射管發(fā)送過來的紅外光信號時,改變其輸出電平,利用此特性去控制報警電路。采用無線電遙控可以實現(xiàn)遠距離控制,信號覆蓋面廣,但要設計頻率匹配的發(fā)射端與接收端才可起作用,設計和調(diào)試難度大、體積較大、成本較高。而“方案二”所提到的紅外遙控方式是大多數(shù)家用電器采用的遙控方式,紅外遙控系統(tǒng)簡單實用,造價較低

15、,遙控有效距離可達10m,基本滿足本系統(tǒng)的功能要求。所以選擇“方案二”。方案一:采用阻容降壓,再經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波電路處理,由此從市電中獲取本報警系統(tǒng)的工作電壓,這樣可以省略相對大體積的變壓器。方案二:采用變壓器獲取電壓,再經(jīng)過穩(wěn)壓濾波處理,獲取本裝置的工作電壓。采用阻容降壓可以通過一個電阻、一個電容從市電上獲取我們用電器所需要的電壓,雖然是經(jīng)濟實惠,但是不能輸出較大的電流,而且降壓電路沒有和市電隔離,使用也不安全。本系統(tǒng)中包含有電機等需要相對大電流的元件,所以“方案一”不適用于本系統(tǒng)。所以本單元選用變壓器降壓,經(jīng)整流穩(wěn)壓、濾波電路處理后向系統(tǒng)供電。選擇好各個模塊的設計方案,可畫出具體的系統(tǒng)

16、設計框圖,如圖2.2所示。 圖2.2 系統(tǒng)具體框圖第3章熱釋電紅外報警器電路設計3.1熱釋電紅外報警器各單元模塊設計本系統(tǒng)采用RE200B熱釋電紅外傳感器,用于采集紅外線信號。以集成電路CS9803GP為核心,輔以少量的外圍元件構成信息處理單元,當探頭檢測到環(huán)境中有紅外信息變化時,芯片的第11腳由低電平變?yōu)楦唠娖?輸出保持高電平的時間可通過與第8腳所連的電位器調(diào)節(jié)。第9腳可接光敏電阻,用于在光線強的時候屏蔽芯片第11腳的信號輸出。具體電路如圖3.1所示。 圖3.1 紅外檢測單元電路使用集電極電流較大的三極管8050來放大CS9803GP輸出的電流,用以驅動繼電器,實現(xiàn)開關作用。電路中使用二極管

17、IN4001作為續(xù)流二極管,避免三極管被擊穿。相應的電路圖如圖3.2所示。 圖3.2 繼電器開關電路由于本系統(tǒng)在工作時要求電機帶動紅外探頭在一定的角度范圍內(nèi)做往返運動,所以需要一個可以控制直流電機進行正反轉的電路。圖3.3所示的是一個H橋電路,電路中Q1、Q4的基極的分別是兩個控制信號輸入端,當兩個輸入端的輸入信號都為低電平時,所有三極管都截止,電機停止轉動;當Q1基極為高電平,Q4輸入端為低電平時,Q1、Q3、Q6導通,Q2、Q4、Q5截止,電流從電機的A端流向B端,此時電機向某一個方向轉動;當Q1基極為低電平,Q4為高電平時,Q1、Q3、Q6截止、Q2、Q4、Q5導通,電流從電機的B端流向

18、A端,電機向另一個方向轉動。由H橋的特點可知,為了能夠使電機自動地周期性轉換方向,需要有一個裝置能夠向H橋的兩個輸入端提供驅動信號。5因此本設計中運用NE556構成控制信號發(fā)生電路,如圖3.4所示。NE556中集成了2個555時基電路,本電路中其中一個時基電路用于構成頻率為0.5Hz的方波振蕩器,改變C4可以調(diào)節(jié)其振蕩頻率,改變R10、R12可調(diào)節(jié)波形信號占空比,頻率和占空比的計算公式:T=0.693(R9+R10+R11+R12C4;t1=0.693(R9+R10C4;t2=0.693(R11+R12C4。6波形由芯片第9腳輸出,用于控制電機在順時針和逆時針方向轉動的時間長短。另一個時基電路

19、用于構成一個頻率為0.01Hz的無穩(wěn)態(tài)振蕩器,改變C1可以調(diào)節(jié)振蕩頻率,改變R7、R8可調(diào)節(jié)波形信號占空比,由第5腳輸出,用于控制0.5Hz方波的輸出時間長短和間隔時間長短,使驅動信號發(fā)生電路間歇性地向H橋提供一段時間的驅動信號,輸出波形信號的時序圖如圖3.5所示。 圖3.3 H橋電路 圖3.4 NE556電路 圖3.5輸出波形信號的時序圖遙控單元分為發(fā)射電路與接收電路兩部分,發(fā)射電路采用NE555時基電路為核心構成無穩(wěn)態(tài)振蕩電路,產(chǎn)生脈沖信號,驅動紅外發(fā)射二極管,具體電路如圖3.6所示。紅外接收器采用集成紅外接收頭SFH506-38,因該接收頭能響應較寬頻率范圍的紅外光,所以為了提高報警裝置

20、的安全級別,本設計在紅外接收電路中采用鎖相環(huán)音頻譯碼電路LM567構成選頻電路,即接收電路只響應某一頻率帶寬內(nèi)的紅外光。在使用中可以設置發(fā)射電路輸出的脈沖頻率等于接收端的內(nèi)部振蕩頻率,這樣只有使用此遙控器才可控制本報警系統(tǒng)。在本電路中當只有當接收端接收到的脈沖信號的頻率和電路自身的振蕩頻率相一致時,芯片的第8腳才輸出高電平,否則輸出低電平。具體電路如圖3.7所示。 圖3.6 紅外發(fā)射電路圖3.6中555電路的振蕩頻率:f0=1.443/(R4+2R3C2。 圖3.7 紅外接收電路圖3.7所示電路中芯片第5、6腳外接的電阻R16、電容C17決定了鎖相環(huán)內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率:f0=1/1.1R

21、16*C17。 選用性價相對較高的報警音樂集成芯片,當給芯片的電壓輸入端通電時其輸出端就會輸出報警聲音信號,驅動揚聲器發(fā)出報警聲。第4章安裝與調(diào)試4.1應用ISIS軟件仿真在ISIS軟件中畫出各單元原理圖,設置好元件參數(shù),便可以進行調(diào)試。圖4.1是由NE555構成的低頻振蕩電路仿真電路。圖4.2是遙控發(fā)射電路仿真電路,這個遙控發(fā)射電路的仿真結果圖如圖4.3所示。 圖4.1 低頻無穩(wěn)態(tài)振蕩器仿真電路 圖4.2 遙控振蕩仿真電路 圖4.3 遙控振蕩電路仿真結果4.2硬件調(diào)試首先,對硬件電路進行電氣檢查,看連線是否與電路原理圖一致,有無短路、虛焊等現(xiàn)象,電子元件的型號、極性是否有誤。檢查完畢,用萬用電表測量兩個穩(wěn)壓芯片輸出端的電阻,排除電源短路的可能性。然后將熱釋電紅外探頭的接收窗口指向無人或動物的方向,接通電源,先用電壓表測量各個芯片的電壓輸入引腳的電壓值,都應在芯片要求達到的電壓范圍之內(nèi)。然后觀察電機的運動情況,調(diào)節(jié)振蕩電路的振蕩頻率和占空比,使電機的順時針和逆時針方向的轉動角度與轉動間隔時間符合用戶的要求。觀察延時電路指示燈,應在開啟電源瞬間亮起,一段時間后自動熄滅,待延時指示燈熄滅以后,用手放到探頭檢測窗口的前方時,芯片CS9803GP的第11腳應由低電平變?yōu)楦唠娖?繼電器吸合,報警電路發(fā)出報警聲;調(diào)節(jié)紅外檢