热释电红外防盗报警器论文.docx

热释电红外防盗报警器论文.docx

《热释电红外防盗报警器论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热释电红外防盗报警器论文.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热释电红外防盗报警器论文

热释电红外防盗报警器的设计

摘要：

随着现在社会的发展，时代进步，高新技术的快速融入，人们的生活发生了巨大的改变，人们置购了大量高新技术的产品，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。

现在许多小区都有着保安看管，但在一些农村就没有这些设施了，于是，许多家庭都安装了报警系统，这有效的保护了大家的财产安全。

在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警的系统的设计。

该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。

热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。

检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能。

关键词：

热释电红外传感器报警电路

1.绪论.......................................................2

2.设计思路...................................................3

3.3、BISS0001红外传感信号处理器............................9

一．绪论

1.1、设计背景

随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。

这里所设计的被动式红外报警器则采用的传感元件是热释电红外传感器。

这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。

热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。

用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：

不需要用红外线或电磁波等发射源；

灵敏度高、控制范围大；

隐蔽性好，可流动安装。

1.2、设计概述

随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。

此类装置设计的要点：

其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

本设计是利用热释电红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。

该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路，报警电路组成。

热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。

检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能内容广泛，灵活应用。

二．设计思路

图2传感器内部连接图

图1热释电红外传感器内部结构

热释红外传感系统由传感器、光学系统和检测电路三部分构成，其中传感器由敏感元（红外热释电材料PZT制成）、场效应管（作阻抗变换）、高阻Rg（释放栅极电荷使场效应管安全正常工作）和滤光片（有效地防止抑制电灯、太阳光的干扰，选取人体的红外辐射）等组成；热释电传感器前面安装菲涅尔透镜，使外来红外辐射通过透镜仅会聚光于一个传感元上，产生的信号不会被抵消，增加传感器的探测距离；在探测范围内，传感器的输出信号频率大约为0.1—10Hz，检测电路由检测、放大、比较电路、延时电路驱动电路等组成。

最终将信号转化为发光二极管亮的光信号或蜂鸣器响的声信号。

【1】

热释电红外传感器内部结构传感器内部结构连接图

利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。

系统主要有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源电路组成。

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。

图1人体红外线感应报警器组成框图

Ø菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；

Ø热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；

Ø信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。

三．热释电传感器概述

3.1、热释电红外传感器

一、热释电效应及传感器结构

热释电元件和压电陶瓷一样，都是铁电体，除具有压电效应外，当其表面温度发生变化，也将引起表面电荷的变化，这种现象就是热释电效应，用具有这种效应的介质制成的元器件称为热释电元件。

热释电辐射传感器由滤光片，热释电元件，高输入阻抗放大器等组成。

由于热释电元件的内阻抗极高，需要场效应管做阻抗变换，制作中把热释电元件和场效应管封装在同一壳体里，为防止可见光对热释电元件的干扰，还得在其表面安装一个滤光片。

滤光片的波段范围应选择与被测物体的红外辐射波长一致，例如，作为人体红外探测，滤光片应选取7.5～14μm波段，因外人体温度为37℃时，辐射的红外线在9.4μm处最强。

【2】

由于热释电元件不像其他光敏元件那样可连续接受光照，因为极化电荷在元器件表面停留过久就会与环境中的电荷中和或者泄露，即表面温度只有变化过程中才会有信号输出，但大部分物体的红外辐射都是恒定的。

所以，必须对红外辐射进行调制，使恒定的辐射变为交变辐射。

设法使红外辐射不断变化，这样才能使传感器不断有信号输出。

为了满足这一要求，通常在热释电传感器的使用中，总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。

热释电红外传感器的结构如图2所示（其中D接正电源，S为输入，G接地）。

其内部由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。

图3为引脚功能。

图2内部结构

图3引脚功能

二、热释电红外线传感器的优缺点

优点：

本身不发任何类型的辐射。

器件功耗很小，隐蔽性好，流动安装。

价格低廉。

缺点：

容易受各种热源、光源干扰。

被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。

环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

3.2．菲涅尔透镜

菲涅尔透镜（Fresnellens）多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大厚度薄及侦测距离远。

【3】

图2菲涅尔透镜实物图

菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。

多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。

菲涅尔透镜作用有两个：

一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信。

一、菲涅尔透镜作用

作用：

一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号

图5菲涅尔透镜检测示意图

不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2m，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。

配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到lOm

二、菲涅尔透镜的主要技术指标

外形尺寸，根据传感器和探测摘要来设计和生产不同尺寸的透镜。

水平视角和垂直视角，它表明透镜的可监视范围。

焦距，它表明镜片与传感器的安装距离。

3.3.BISS0001红外传感信号处理器

BISS0001红外传感信号处理器是由运算放大器、电压比较器、和状态控制、延迟时间定时器、封锁时间定时器以及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。

可广泛应用于多种传感器和延时控制器。

图4为其引脚图，图5为其信号处理器的原理图。

图4BISS000引脚图

图5BISS0001红外传感信号处理器的原理框图

五．系统图硬件模块

4.1、电源电路

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。

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。

4．2、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。

【4】

4.3、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。

4.4、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）

4.5、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。

5系统总电路图

总结

这次的传感器的论文设计。

从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。

历经了几天的奋战。

总算基本完成了。

几周设计对热释电红外防盗报警器的设计，大大提升了自己的能力，对自己知识面的扩展都有了很大的提高，我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。

我也将许多遗忘的知识又给温习了。

这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。

当然由于时间关系和水平有限，设计中存在着一些缺陷和不足，还有待于在今后的进一步设计过程中不断完善。

参考文献

【1】

【2】传感器与自动检测技术（第二版）余成波主编

【3】

【4】电子技术基础数字部分（第五版）康华光主编