报警器设计课程报告Word文档格式.docx

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　　红外报警器采用全套集成电路，调频传送报警信号，晶体稳频具有探测灵敏、报警准确可靠、安装简单的特点，质量符合GB10408、GB12633国家标准，被广泛用于家庭、别墅、银行、商场，仓库等地方，是防盗报警的最有效装置。

红外报警器分类及原理

　　红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。

主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。

此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。

由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。

正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。

目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。

一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。

　　被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。

人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。

人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

　　1.被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

　　2.为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

　　3.其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。

　　4.一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。

被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。

物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。

而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。

红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。

2热释电红外传感器

2．1热释电红外传感器简单介绍

热释电红外线（PIR）传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。

将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。

自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。

根据工作原理，红外传感器分为热

型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。

与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。

量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。

它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明。

及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。

其原因为：

①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；

②大气对2-2．6lLm、3—5lLm、8—141lm三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；

③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。

2．2热释电红外传感器的原理特性

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。

在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。

当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。

在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压号。

在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。

被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。

1.设计任务与要求

经过了简单的介绍我们也对红外报警器这一领域有了初步了解，我接下来就设计一红外线防盗报警器，该报警器的特点是：

当有人经过防盗物的主要通道、靠近防盗物或破门而入时（即挡住红外线时），即能发出较洪亮的报警声，并延长一段时间才会停止。

如果盗贼仍然在此位置左右移动，则报警声仍然持续发出。

2.方案设计与论证

红外线发射器由IC2（NE555）、R1、R2、C3等元件组成振荡频率为40kHz的多谐振荡器。

VLS是红外线发射探头，其40kHz高频信号由它向外辐射，形成红外线光束。

VDL是红外线接收探头，它与IC3（CX20106A）组成红外线接收、整形和放大电路，放大后的红外线信号变成电脉冲信号。

IC4及其外围元器件组成报警执行电路，一旦其2脚为低电平，电路立即翻转，信号输出端3脚立即转为高电平输出，同时具有延时功能。

平时，VDL接收到VDL辐射的红外光束。

红外线接收专用前置放大集成电路（它的特点是灵敏度高、不用电感谐振线圈）IC3的信号输出端7脚为低电平，VT1呈截止状态，IC4的2脚为高电平，3脚为低电平输出，因此后续电路均不会工作，无报警声发出。

当有人经过防盗物的主要通道、进人房门或靠近防盗物时，挡了一下红外光线，在挡住的瞬间，IC3的7脚立即转为高电平，从而使VTl饱和导通，2脚立即为低电平，故IC4翻转，3脚为高电平，K得电吸合，接通模拟声报警专用集成电路IC5的电源，扬声器BL就发出响亮的警报声。

与此同时，IC4进人延时阶段，约经过2min（计算公式为t=1.1R9*C8）时间后，IC4置位，使3脚又转为低电平，报警声停止。

如果这时红外线又被挡住，电路会再次工作。

（IC1选用CW7806或LM7806集成电路；

IC2，IC4均选用555时基集成电路；

IC3选用CX20106或KA2184集成电路；

IC5选用KD-9561四声模拟声集成电路。

）

3.单元电路设计与参数计算

整流桥电路：

整流桥对1,2端输入的12V交流电进行整流，从而有利于后面的稳压管稳压。

稳压电路：

直接采用芯片稳压，LM7806将电压稳定在6V直流电压上，由1端输入，3端输出。

红外发射电路：

红外线发射器由NE555、R1、R2、C3等元件组成振荡频率为40kHz的多谐振荡器。

VL是红外线发射探头，其40kHz高频信号由它向外辐射，形成红外线光束。

R1，R2，C3分别为多谐振振荡器定时电阻和定时电容。

NE555多谐振器的输出脉冲信号周期为：

T=0.7*R1*C3+1.39*R2*C3因为f=40kHz,所以R1=R2=20k，C3=56PF。

R3为红外二极管的拉电阻，取100Ω。

报警执行电路：

芯片CX20106A的管脚注释：

l脚：

红外信号输入端，接红外接收管VDL。

2脚：

该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。

增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。

但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，选用参数为R4=4.7Ω，C4=3.3μF。

3脚：

该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；

若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，参数为3.3μF。

4脚：

接地端。

5脚：

该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。

例如，取R=200kΩ时，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。

6脚：

该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

7脚：

遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22kΩ，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。

8脚：

电源正极，4.5V～5V。

三极管反相电路：

用三极管9013将基极和集电极的电位反相，即在截止状态和饱和导通状态下的两种情况。

且三极管也起增益放大的作用。

R6,R7，R8均为偏置电阻，分别取值为10k,5.1k,10k。

延时控制电路：

R9,C8分别为延时电阻和延时电容，延时长度T=R9*C8*1.1，R9=1M，C8=100UF，即延时大约两分钟。

为防止该NE555被反相电动势击穿，则并联保护二极管VD5。

（JDQ为继电器）

报警发声电路：

IC5选用KD-9561四声模拟声集成电路，SEL1,SEL1不接，则发出报警声，R10=240k以符合芯片要求。

BL选用YD100-1型8Ω,0.5W电动扬声器，由该KD-9761和三极管8050驱动。

4.总原理图及元器件清单

元件名

数量

参数

IC2,、4

2

NE555

IC1

1

LM7806

IC5

KD_9561

IC3

CX20106A

电容C7、4

1u

电容C1

470u

电容C3

56pf

电容C6

300p

电容C5

3.3u

电容C2

220uf

电容C10

10U

电容C8

100U

电容C9

0.01U

电阻R7

5.1K

电阻R10

240K

电阻R1、2

20k

电阻R5

200k

电阻R9

1M

电阻R6、8

10K

电阻R3

100

电阻R4

4.7

二极管D12345

5

IN4007

继电器

4098型6V

喇叭

8M

三极管

9013

8050

5.安装与调试

报警器的PCB图：

（图中的两条虚线为顶层飞线，其余实线均为底层覆铜走线）

按照以上的PCB图安装元件，安装注意事项：

在用protel99制作pcb图时除了要注意走线尽量不要从芯片的两个相邻很近的管脚穿过，因为这样的走线只能是10ml，导线太窄，既不利于腐蚀，也不利于电路板的腐蚀，更不利于焊接，因为容易造成短路。

另外两条主要的电源线和整流部分的铜线电流大，产热多，所以要尽量宽，大约40、50ml为宜。

C3用271,331电容并联得；

C6换成331黄色电容；

C10用100uf电容代替；

C5用4.7uf的电容代替；

R4用10Ω代替；

注意电解电容和二极管正负极的安装；

注意发射，接收二级红外管的长脚为正，且注意此电路图中红外接收二极管的正极要接地。

另外集成电路不能高温焊接，所以要在间歇性焊接，即防止芯片温度过高。

喇叭的磁性较强的一面不要贴着继电器，继电器也是靠电磁铁工作，靠太近，其磁性会干扰到继电器的正常工作。

在调试过程中发现，原原理图中的IC4（NE555）的2,6，7连通，而2脚是与输出3脚反相点位的，6、7脚是用来延时的，所以2与6、7脚不能连通，则需改进该电路走线，将2脚两端铜线割断，用导线直接连通2脚与三极管9013和R8的连线上，再用导线将6脚连通C8正极。

心得体会：

通过这次设计，让我对检测系统，检测原理有了更深刻的认识。

检测原理，检测方法都有了实际的了解。

在玩那个老师的悉心教导下，完成了对检测技术的学习和掌握，在他的耐心指导下，经过这次设计，又我学到了一些关于检测系统的重要知识，以及经验，每次实习我都会认真对待，因为这是培养我们实际动手能力的绝佳机会，也是对理论知识的进一步加深与提高。