红外线安全防盗报警系统的设计.docx

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红外线安全防盗报警系统的设计

红外线安全防盗报警系统的设计

摘要

随着国民经济的发展,社会安全保障的需要,电子报警这门综合技术正在不断地发展。

与同时，红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。

防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。

一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。

本设计正是基于此，设计了主动式、被动式红外防盗报警系统。

本文系统地介绍了红外线防盗系统的基本原理、组成框图，详细地叙述了红外技术的发展及应用，描述了各项元器件的原理及构造，并给出部分基本电路。

本文还细致地描述了利用单片机控制的软件流程、程序设计及调试，罗列了防盗报警器误报的分析及解决方法。

关键词：

红外探测单片机声光报警

Infraredanti-theftsecurityalarmsystemdesign

Abstract

Alongwiththedevelopmentofnationaleconomy,socialsecurityneeds,electronicalarmthiscomprehensivetechnologyisdeveloping.Andatthesametime,infraredtechnologyhasbecomeadvancedscienceandtechnology,theimportantpartduetotheinfraredisnotvisiblelight,andthereforeuseitforinfrareddetectionmonitoring,hasthegoodconcealment,dayandnight,andallcanuseitsanti-interferenceability.Anti-theftalarmsystemusingsingle-chipmicrocomputercontroltechnology,automaticdetectionoccurredinprotectionmonitoringarea,haveawarningsignalintrusivebehaviorandsuggesttheregionalparts,happenedalarmdisplaymaytakecountermeasuressystem.Once,accidents,theycanpasstheacousto-opticalarmsignalinsecuritycontrolcentershowcrashsite,maketoquicklytakeemergencymeasures.Thisdesignwasbasedonthis,designtheactiveandpassiveinfraredanti-theftalarmsystem.

Thispaperintroducesthebasicprincipleofinfraredalarmsystemscomposeddiagram,detailed,accountoftheinfraredtechnologydevelopmentandapplicationofthevariouscomponents,describestheprincipleandstructure,andgivessomebasiccircuit.Thispaperalsocarefultodescribethemicrocontrollercontrolsoftwareprocess,programdesignandcommissioning,listingthealarmsystemmisstatementanalysisandsolution.

Keywords:

Infrareddetectionmicrocontrollersound-lightalarm

前言

科技发展到今天，人们的生活中涌现出各种各样的科技产品，各种各样的电子产品更是花样百出、遍及人们生活中的每一部分。

现在人们更是感觉到了科技给人们带来的巨大发展，科学技术作为第一生产力，在人类社会的发展中起了很大的推动作用，人类从原始向先进的发展都伴随着科学的发展，从原始的手工到现在的智能控制都是科技发展的结果，先进的科技能减轻人体劳动量、能更合理地利用时间完成任务，可以说科技的微小发展都会给人类带来很大的好处。

当代生活中的人们越来越感觉到了社会的飞跃发展，科技的飞速发展给人们很多实惠、生活、学习、工作中都渗透着科技，都能明显地感受到它发展地威力。

安全防范技术是以电子技术为主体的一门综合性技术。

它的特点是灵敏度高、反映迅速、具有极高的准确性、可靠性、客观性及时间上的连续性。

随着国民经济的发展,社会安全保障的需要,电子报警这门综合技术也在不断地发展。

有一个安定、和谐的家庭氛围和社会气息是人们的基本要求，在无人看守的家庭、银行、仓库、商店、重要财经部门等一些重要的部门实施自动监测报警的要求就变得更必要、更重要了，它会使家庭、银行等重要部门的财产免受损失。

针对这一要求人们研制了一系列自动报警系统。

如有门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统,报警器为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。

由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用。

由于它是不可见光，因此用它作防盗监控报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。

防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。

一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。

本设计正是基于此，设计了主动式、被动式红外防盗报警系统。

第1章绪论

随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。

针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。

本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。

而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。

不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。

本章节主要介绍了本设计的选题背景、目的意义、解决方法。

1.1课题背景

单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。

红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。

由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。

这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。

通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。

红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。

当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。

当我们考虑的范围广一点：

若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。

当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警。

周界报警系统：

在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。

有的防盗报警系统还连有上位机。

将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。

一个防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。

1.2目的和意义

随着社会的不断进步和科学技术不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护手段在不断的增强，对防盗设施的智能化提出了新的要求。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。

它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，由于使用了单片机做信号处理器，不但可以用于单一的住宅区，也可以用于较大规模住宅区的防盗系统。

它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。

在我国，目前市面上报警器主要有压力触发式防盗报警器开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。

本系统采用了人体热释电红外传感器，在人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器因其价格低廉、制作简单、成本低，安装比较方便，防盗性能比较稳定，灵敏度高、安全可靠等特点，备受广大家庭用户的欢迎。

而且防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。

1.3发展现状

目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如：

早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力；国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。

但是与国外厂商相比还有很大差距。

现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。

这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。

现阶段国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射和接收以及微波等技术为基础。

而这里所涉及的被动式报警器则采用了美国的传感元件—热释电传感器。

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。

随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。

利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。

采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。

系统的信号发射部分主要采用热释电红外传感器，目前红外传感器有热释电型和量子型两种。

其中热释电型是基于温度测量的工作方式。

一般采用LiTaO3作为热释电材料，它在温度限定范围内稳定性好且价格低廉。

LiTaO3热释电材料处于自发极化状态。

当红外线入射吸收后，结晶的温度改变，自发极化也发生变化结晶表面的电荷变得不平衡。

把这种不平衡电荷以电压变化的形式取出，便可检测红外线。

因此，热释电材料只有在温度变化时才产生电压。

如果红外线一直照射，无不平衡电荷，电压的变化为零。

没有红外线照射时，结晶表面电荷同样呈现为不平衡状态。

热释电红外传感器因红外线照射（或遮挡）而产生（或失去）热量才有输出，因此，从原理上讲，它和波长没有什么关系，但应选用合适测定波长的滤光器作为窗口材料，才能实现其应有的功能。

量子型红外传感器的特点是检测灵敏度高，响应速度快，响应的灵敏度与波长有关。

信号接收部分采用的是AT89C2051单片机，现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。

甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。

现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

第2章红外线

2.1红外线简介

2.1.1红外线

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。

结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。

红外线具有：

1.有热效应2.穿透云雾的能力强因此得到结论：

太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。

也可以当作传输之媒界。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。

红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm之间。

“555”时基集成电路A1与外围元件构成了自激多谐振荡器,其振荡频率约为30kHz,占空比为1:

10…远红外线的功能简介。

2.1.2红外辐射

红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波（电磁辐射）。

1666年，英国物理学家I.牛顿发现，太阳光经过三棱镜后分裂成彩色光带──红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳在用水银温度计研究太阳光谱的热效应时，发现热效应最显著的部位不在彩色光带内，而在红光之外。

因此，他认为在红光之外存在一种不可见光。

后来的实验证明，这种不可见光与可见光具有相同的物理性质,遵守相同的规律,所不同的只是一个物理参数──波长。

这种不可见光称为红外辐射，又称红外光、红外线。

17～18世纪，许多物理学家认为，光（包括红外光和紫外光）具有波动的性质,有一定的传播速度,波长是它的特征参数并可以测量。

可见光的彩色不同，反映了它们的波长不同。

紫光的波长最短，红光的波长最长，红外辐射的波长则更长，紫外光的波长比紫光更短。

1864年，英国物理学家J.C.麦克斯韦从理论上总结了当时已有的电磁学规律,提出了存在电磁波的可能性,它的传播速度可用纯电学量计算出来。

后来的实际测量证明，其传播速度就是光速。

因而猜想，光波就是电磁波。

1887年，德国科学家H.R.赫兹用实验证实了这一猜想。

已知带电体受到扰动就发射出电磁波。

扰动越强烈，发射出电磁波的能量就越大，波长就越短。

2.1.3红外辐射原理

在某些应用现场，检测器要接触被测物是不实际或者是不可能的。

而红外检测器可以在短时间内远距离测量温度，因此在某些情况下它是非常实用的。

辐射原理所有的物体都是由不断震动的原子构成的，高能量的原子震动频率越高。

所有微粒的震动，包括这些原子，生成电磁波谱。

物体的温度越高，它的震动就越快，因此光谱的辐射能量就越高。

结果，所有物体都不停的以自身的波长频率向外辐射，而其波长和频率又取决于物体自身的温度和它的光谱比辐射率。

视觉范围比率和到直径距离的比率视觉范围是指仪器操作的角度，它是由该个体的视度所决定的。

视觉范围是仪器和目标物距离与目标物直径的比率。

目标物越小，你就应该靠它更近一些。

当目标物的直径很小时，那么将温度计靠目标物近一些就显得很重要，这样可以确保只是在测量该目标物，而不包括周围环境。

视度操作D：

S是指视点直径距离的比率，它包括目标物前面最大限度接受辐射的90%。

激光可视激光点是用来显示测量区域的点，而不是散发出某种东西要测量。

2.2红外技术

2.2.1红外技术定义

红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。

红外技术的内容包含四个主要部分：

1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。

2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。

3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。

4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。

由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。

与红外线相关的技术还有：

探测技术;精确制导技术;光电子技术；先进材料技术。

2.2.2红外技术的发展史

自从1800年英国天文学家F·W·赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。

从那时开始，红外辐射和红外元件部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。

当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统机载轰炸机探测仪和火控系统等等其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。

此后，外国、英国、前苏联等国竞相发展。

特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的使用。

目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。

1800年，F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。

1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。

在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。

19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。

它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。

20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。

30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。

40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。

50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。

到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。

在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。

从60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。

1.红外探测器最早是用单元探测器，为了提高灵敏度和分辨率，后来发展为多元线列探测器。

多元线列探测器先后扫过（串扫）同一目标时，它输出的信噪比可比单元探测器高n（开平方）倍，n为元数。

如果多元线列探测器平行扫过（平扫）目标时，则可获得目标辐射的一维分布。

以线列探测器为基础的红外探测系统，大都安装在飞机或卫星遥感平台上，平台的前进运动垂直于线列作为第二维时，就可得到目标辐射的分布图像。

现在，红外探测器已从多元发展到焦平面阵列，相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。

目前，长波碲镉汞（HgCdTe）探测器面阵已达640×480元，焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元，预计到2000年可达到百万元。

2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。

早期的红外探测器通常工作在近红外。

随着红外技术的发展，红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外。

3.轻小型化。

非致冷、集成式、大面阵是红外探测器方向的发展。

采用低温制冷技术，是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比，使其具有良好的性能，但它也使红外探测器体积大、成本高。

为了实现小型化，必须减少制冷设备和相关电源，因此，高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。

利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术，也可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合，使其向轻集成化、大面阵、焦平面化方向发展，以提高其性能。

4.红外探测系统从单波段向多波段发展。

正如前面所述：

在大气环境中，目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内才能有效地传输。

如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息，那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息，提高对目标的探测效果，降低预警系统的虚警概率，提高系统的搜索和跟踪性能，适用更多的应用需求，更好地满足各军兵种的需要。

在红外技术的发展中，需要特别指出的是：

60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。

在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。

另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。

2.2.3红外技术的影响

物理学的研究告诉我们，在自然界中，任何温度高于绝对零度（0°K或-273℃）的物体都在向外辐射各种波长的红外线，物体的温度越高，其辐射红外线的强度也越大。

我们根据各类目标和背景辐射特性的差异，就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测、跟踪和识别，以获取目标信息。

在现代战争中，获取战场信息的优势已经成为掌握战争主动权的关键，红外技术是从空中和空间获取战场信息的关键技术之一，因此，许多国家均投入很大的人力和物力去研究红外技术，并将其广泛地应用于军事领域，并产生巨大影响。

红外技术已成为军事目标的侦察、监视、预警与跟踪的重要手段。

一切军事目标，如海洋中的舰船、地面部队行动及各种装备、空中的飞机、导弹，都散发热量，发出大量的红外辐射。

利用红外技术装备，就可以从空中和空间对这些目标进行侦察、监视与跟踪。

如侦察卫星依靠红外成像设备和多光谱仪可以白天黑夜地获取大量的军事情报。

装有红外探测器的导弹预警卫星从70年代以来，一直监视着世界各国的弹道导弹发射，为国家及军事指挥部门提供警报，如目前美国国防支援计划中的预警卫星在几十秒钟内，就可以鉴别来袭导弹的发射和方向，据说将来美国的天基红外系统可在20秒内，提供有关导弹发射和方向方面的精确信息，为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间。

2.2.4红外技术的发展趋势

红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。

红外技术的发展以红外探测器的发展为标志，可以从红外探测器的发展来推断其发展趋势。

1.红外焦平面器件发展到高密度、快响应、元数达到106—108元以上的大规模集成器件，由二维向三维多层次结构发展，在应用上就可以实现高清晰度热像仪，极大地缩小整机体积，增强功能。

2.双色、多色红外器件的发展使整机可同时实现不同波长的多光谱成像探测，成倍扩大系统信息量，成为目标识别和光电对抗的有效手段。

3.探测器在焦平面上实现神经网络功能，按程序进行逻辑处理，使红外