一被动红外报警探测器.docx

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一被动红外报警探测器

一被动红外报警探测器

　　在室温条件下，任何物品均有辐射。

温度越高的物体，红外辐射越强。

人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。

我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。

探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。

被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。

　　被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。

其核心是不见是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。

红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内。

　　被动式红外探测器（PassiveInfaredDetector，PIR）根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。

单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。

这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。

因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。

多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。

这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。

警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。

菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。

因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。

下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。

多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。

所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。

　　红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。

否则不断变化的热气流将引起误报警。

为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。

安装在顶棚上向下360°范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛使用。

　　被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。

其缺点是相对于主动式探测误报率较高。

　　二主动式红外探测器

　　主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。

分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。

红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。

接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。

主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。

由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。

因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。

其特点是探测可靠性非常高。

但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。

主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。

主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。

以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。

当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。

当使用较多的探测器进行防范布局时应该注意消除射束的交叉误射。

墙式微波探测器

　　微波墙式探测器利用了场干扰原理或波束阻断式原理，是一种微波收、发分置的探测器。

墙式微波探测器由微波发射机、发射天线、微波接收机、接收天线、报警控制器组成。

微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束，工作频率通常选择在9至11GHz，微波接收天线与发射天线相对放置。

当接收天线与发射天线之间有阻挡物或探测目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微波信号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。

　　墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百米、宽2到4米、高3到4米，酷似一道围墙，因此称为微波墙式探测器或微波栅栏。

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激光入侵探测器

　　激光入侵探测器属于主动入侵探测器类，主要由激光发射机和激光接收机组成。

激光发射机由激光发射器、调制激励电源及相应的方向调整机构组成；激光接收机由激光接收器、光电信号处理器以及相应的支撑机构组成。

激光发射机，将其发射出的定向强激光束,方向性好、频率单一、相位一致，是其它光源无可比拟的。

以不可见调制激光光束（单束或多束）形成警戒线，采用遮挡报警的方式对周界、平面和立体空间进行封闭布防的激光入侵方案系统。

　　主动激光入侵探测器具有探测距离远，

灵敏度高，误报率低，防范性强，安全可靠隐蔽性好，抗干扰性强，对其它设备无干扰，检修调试十分方便，维护简便，布设灵活，探测距离远，适应各种恶劣自然气候情况，受环境影响小等优点。

　　在防护区域的始端设置激光发射机，将其发射出的定向强激光束直接射向接收端。

在接收机通过光电器件将接收到的光信号转换成开关量信号，并经鉴别器处理。

当确认信号正常时，内部显示绿灯，保持监视状态；而当光束被遮断时，则信号失常，内部显示红灯，同时输出报警信号。

从而实现对激光束所经过的全路程的监控。

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特点

　　探测距离远，误报率低。

激光束的方向性极好，因此光能集中，传输效率高。

激光束发射功率密度大，发散角小，光束集中，方向性好，在使用同等功率器件的条件下，目标接收处激光束的功率密度是红外发光二极管光束功率密度的数百至几千倍。

因而在同样气候条件下，激光的传输衰减远小于其他同类探测器，穿透雨雾能力强，探测距离可达数百米至几公里。

从而保证远距离的正常工作和减少恶劣天气时的误报率；

　　闭路传输，无相互干扰。

激光束属于闭路传输，因而不存在红外对射探测器在直线上连续布设或者邻近系统互相干扰的问题，可以长大距离连续直线布设或近距离交叉布设。

同样也不存在红外光漏泄干扰周围其它敏感红外设备的问题；

　　抗外界杂散光和电磁干扰的能力强。

合理的光接收器和高功率密度发射器使得该系统具有很强的抗干扰能力。

利用激光束的单色性极好、光斑大小可控的优势，可以使系统在严重干扰的环境下正常工作；

　　防范性强。

因激光系统不存在直线连续布设和小角度布设时相互干扰的问题（遇长大距离时，采用激光中继器进行接续），因而可以根据需要在重要地段实施连续/交叉布防。

激光系统可实施多道独立光束平面分布，因而可组成十分严密的警戒平面。

连续布设无串扰各光束独立防范，遮挡任一束均报警因而可组成十分严密的警戒平面、立体布设。

可以十分隐蔽地固定设防，也可以临时流动设防或动态设防；

　　现场调试快捷，检修方便。

此类产品若配套专用激光定位仪，可以随时检测各处光斑的位置。

传播过程中何处有树枝、叶子等障碍物遮挡，转折或接收处光斑偏离中心的方向和远近，都可以直接判定，因而能够准确迅速地指导调整工作；

　　使用寿命长，维护成本低。

充分利用激光系统的特点，可降低购置设备的费用，减少施工量及对环境美观的影响；激光管的更换很方便，维护成本低。

　　系统稳定，可靠性好，灵敏度高。

整体采用钢、铝材质。

系统机械结构精密，激光系统及光学部件按精密仪器加工，内部结构稳定。

系统安装全面牢固可靠。

激光入侵探测系统是固定在钢管及焊成一体的法兰盘座上，并用化学锚固方法安装于水泥基础上。

除了内防护罩防风沙和雨水外，还加有外防护罩分离固定，因而可以隔断大风对系统机构稳定性的影响

　　微功耗节能设计，工作电流<50μA。

外接12VDC的直流电源供电，可在-40°C～70°C的环境下正常工作，无需任何电加热器。

　　灵敏度高，激光报警系统输出为无电位触点，可与其他各种系统兼容。

　　防宠物干扰，小动物干扰，误报平极低。

激光入侵探测器响应时间在5ms-1000ms之间可调（同类主动探测器响应时间在50ms-500ms之间），可根据设备安装的不同现场环境调整响应时间，适应环境范围更广。

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性能指标

工作电压：

DC12V外部供电

　　工作电流：

接收机待机时工作电流<40mA,报警时工作电流<100mA

　　发射机工作时<40mA

　　发射机的射束角度：

12°

　　接收机的接收角度：

12°

　　有效射束宽度：

40mm,波长为0.908μm～1050μm光谱之间可选（非可见光）

　　探测距离：

>100米

　　报警时间：

标准2s±1s（1s～30s可选）

　　响应时间：

标准50ms（5ms～500ms可选）

　　报警输出:

一组常开/常闭触点，触点容量：

AC120V/DC24V,MAX1A

　　光发射功率：

>25Mw

　　其他指标

　　机体尺寸：

155mm长×130mm高×82mm宽

　　安装转接板尺寸：

93mm长×123mm宽

　　安装转接板定位孔尺寸：

60mm长×102mm宽

　　工作温度：

-40℃～+70℃

　　储存温度：

-50°C～+85°C

　　MTBF：

>100,000小时

　　激光发射器（Laser）主要由工作物质、光谐振腔和激励源组成。

工作物质是激光器的核心部分，其中分布着大量的可以发射激光的原子、分子或离子。

激励（泵浦）源是产生激光的能量来源，激光工作物质不同，采用的激励方法和激励源的形式也不同。

光谐振腔是实现受激辐射光往返振荡，并对输出光束的方向和波长进行选择和限制的器件。

　　用光或电等激励源，使激光工作物质的能级实现粒子束反转，受激辐射的光子流沿光谐振腔轴向不断放大，就可以在其一端发射出很强的激光束来，它的亮度极高、方向性好、频率单一、相位一致，是其它光源无可比拟的。

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激光入侵探测器组成及工作方式

　　激光入侵探测器属于主动入侵探测器类，主要由激光发射机和激光接收机组成。

激光发射机由激光发射器、调制激励电源及相应的方向调整机构组成；激光接收机由激光接收器、光电信号处理器以及相应的支撑机构组成。

　　该系统是在防护区域的始端设置激光发射机，将其发射出的定向强激光束直接（或通过光学反射器／激光中继器转折）射向接收端。

在接收机通过光电器件将接收到的光信号转换成特征信号，并经鉴别器处理。

当确认信号正常时，显示绿灯，保持监视状态；而当光束被遮断时，则信号失常，显示红灯，同时输出报警信号。

从而实现对激光束所经过的全路程或转折所形成围框的监控，由报警控制主机发出声光报警和控制动作，并通过有线或无线方式通知有关部门。

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激光入侵探测器及报警系统的特点

　　·适于远距离工作。

激光束的方向性极好，因此光能集中，传输效率高。

在发射功率相同的条件下，距离100m或200m时激光功率密度是红外对射探测器功率密度的数百倍，因而传输距离更远、穿透雨雾雪的能力更强，从而保证远距离的正常工作和减少恶劣天气时的误报率；

　　·闭路传输，无相互干扰。

激光束属于闭路传输，因而不存在红外对射探测器在直线上连续布设或者邻近系统互相干扰的问题，可以长大距离连续直线布设或近距离交叉布设。

同样也不存在红外光漏泄干扰周围其它敏感红外设备的问题；

　　·抗外界杂散光和电磁干扰的能力强。

合理的光接收器和高功率密度发射器使得该系统具有很强的抗干扰能力。

利用激光束的单色性极好、光斑大小可控的优势，可以使系统在严重干扰的环境下正常工作；

　　·综合布设，适应范围广泛。

此类产品可称为激光综合空间布设系统。

发射光束可以对射、反射后原处接收、转折后返回；也可以形成平面、立体布设。

可以十分隐蔽地固定设防，也可以临时流动设防或动态设防；

　　·现场调试快捷，检修方便。

此类产品若配套专用激光定位仪，可以随时检测各处光斑的位置。

传播过程中何处有树枝、叶子等障碍物遮挡，转折或接收处光斑偏离中心的方向和远近，都可以直接判定，因而能够准确迅速地指导调整工作；

　　·使用寿命长，维护成本低。

充分利用激光系统的特点，可降低购置设备的费用，减少施工量及对环境美观的影响；激光管的更换很方便，维护成本低。

近年来，许多机器人大赛和电子设计竞赛中，都涉及到信号的检测和处理。

在历年全国大学生电子设计竞赛中，关于智能小车巡线和避障题就是这方面的一个典型赛题。

在此类系统中，避障方案的选择和软件的设计和巧妙的算法在设计的实现上都有着很重要的作用。

系统设计的简易智能小车在多种传感器的配合下实现了自动循迹、障碍物检测、金属检测以及追踪定点光源等功能，基本上模型实现了小车的智能化。

这一部分着重介绍基于89s52单片机的电动模型车的避障解决方案。

在避障方案的选择上主要基于反射式器件的原理，利用传感器向某一方向发射遇到障碍物后反射的回波,从而测出车体源与障碍物之间距离。

红外检测与超声波检测成为障碍物检测中普遍使用的两种方法。

方案一:

超声波检测避障法

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。

总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：

一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

设计中普遍使用的是压电式超声波发生器。

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：

s=340t/2，即所谓的时间差测距法。

在要求测距的智能车系统中，该方法是使用较为广泛的。

同样，利用这一原理，也可以在小车避障系统中实现对障碍物的检测，当超声波的接收端接收到反射波时说明某方向上有障碍物，从而实现自动转向以避开各个方向上的障碍物。

具体的检测电路分为超声波的发生电路和接收电路两个部分。

在小车的模型的前方和左右各安装一对超声波传感器。

如图1所示为超声波发生电路。

避障系统中的超声波传感器采用UCM40T的压电陶瓷传感器，它的工作电压是40kHz的脉冲信号。

为了驱动UCM40T，电路的输入端接单片机P3.0端口，单片机执行输入的程序后，在P3.0端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHz的脉冲超声波，且持续发射。

右侧和左侧障碍物检测电路的输入端分别接P3.1和P3.2端口，工作原理与前方测距电路相同。

图1超声波发生电路

在应用中为了节约单片机的端口，也可以采用固定发射的方式，使用硬件电路产生驱动脉冲，在小车前进的过程中不间断的发射固定频率的超声波。

图2所示为使用555定时器构成的40KHZ的超声波发射电路。

图2采用555定时器驱动的超声波发生电路

接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。

IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。

调节R8在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为输出信号，送至单片机处理。

如图3。

也可以使用门限电路，根据距离与信号强度的关系设置一个阈值，超过阈值时给处理器输入中断信号从而控制小车转向。

图3超声波接收电路

单片机实时查询P3.3/P3.4/P3.5口的状态，当端口为低电平时，说明某一方向上有障碍物，小车执行避障程序，及时调整方向以避开障碍物。

程序流程图如下所示：

方案2：

红外检测法

在小车行进的过程中，我们还可以使用红外发射和接收电路来进行障碍物检测。

在小车的前端两恻分别安装1个红外发射二极管进行红外信号的发送。

红外发送二极管的阳极为38KHZ的载波信号，红外发射二极管的阳极为红外二极管的使能调制端，由单片机输出信号进行调制，通过发射二极管发送调制后的红外信号。

红外接收器由安装在车头中央的专用的红外接收模块进行信号的接收。

可以采用这样的方案：

左边的红外发射二极管发射信号，检测中央的接收端，判断是否有信号接收，有信号接收则可以确定为小车的左边有故障；右边的红外发射二极管发射信号，检测中央的接收端，判断是否有信号接收，有信号接收则可以确定为小车的右边有故障；假如左边和右边发射时，都有信号接收则可以确定为小车的正前方有故障。

红外检测的发生和接收电路如图：

软件的设计上，可以采用中断的方法判断是否检测到障碍物，再根据方向执行对应的避障程序