红外报警课程设计.docx

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红外报警课程设计

郑州轻工业学院

传感器及应用系统课程设计说明书

红外探测报警电路设计

姓名：

周蔚博

专业班级：

2009级电子信息工程1班

学号：

540901030154

指导老师：

胡智宏路立平

时间：

2012年6月8日

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目红外探测报警电路设计

专业、班级电子信息工程09－1学号540901030154姓名周蔚博

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

一、主要内容：

（1）整体电路设计（画出电路组成框图）；

（2）信号采样电路设计；

（3）信号放大电路设计，电路参数选取、数据计算；

（4）信号滤波电路设计，电路参数选取、数据计算；

二、基本本要求：

（1）选用合适的压电传感器组成测量电路

（2）电路组成：

压电式传感器、运算放大电路、滤波电路、显示电路；

（3）假设在实验装置上进行模拟实验，测量出脉搏次数与输出信号之间的关系；

（4）写出5000字左右的工作原理说明，附系统图一张。

三、主要参考资料：

[1]电子技术基础—模拟部分主编：

康华光

[2]传感器与传感器技术主编：

何道清、张禾、谌海云

[3]电子技术基础—数字部分主编：

康华光

[4]单片机原理及应用主编：

张毅刚

完成期限：

2012年6月11日－2012年6月15日

指导教师签章：

专业负责人签章：

目录

前言1

1热释电红外传感器的原理特性2

2信号处理电路的原理3

3电源电路5

3.2编码解码无线发射接收电路5

3.2无线接受解码电路7

4心得体会

电路总原理图9

基于红外检测的短信防盗报警装置

前言

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

现在许多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。

由于红外线是不可见光，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带了广泛的应用。

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。

目前，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/接受等技术为基础。

本设计采用热释电红外传感器。

这种传感器能以非接触的形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。

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、遥感等领域。

方案选择：

方案一：

超声波探测器。

优点是收、发分置的超声波探测器警戒范围大，可控制几百立方米空间，多组使用可以警戒更大的空间。

安装超声波探测器的空间密封性要求高，不应有大容量的空气流动，不能有过多的门窗且需紧闭。

用超声波探测器保护的空间隔音性能要好，以减少外界噪声引起的误报。

超声波对物体没有穿透性。

超声波是以空气作为传输介质的，因此空气的温度和相对湿度会影响其探测灵敏度。

当温度为21℃、相对湿度38%时，超声波的衰减最为严重，探测范围也最小。

方案二：

雷达式微波探测器。

雷达式微波探测器是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。

微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，因此很容易被物体反射。

微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。

探测器对警戒区域内活动目标的探测范围是一个立体防范空间，范围比较大，可以覆盖60°至90°的水平辐射角，控制面积可达几十到几百平方米。

雷达式微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关，采用全向天线（如1/4波长的单极天线）可产生近乎圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护大面积的房间或仓库等处。

方案三：

热释电红外传感器。

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。

这种传感器的优点是本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。

价格低廉。

缺点是容易受各种热源、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。

综合考虑电路复杂度、工作稳定性、性价比等因素，我选择方案三热释电红外传感器作为本设计的传感器部分。

以下是本设计的系统框图：

信号处理电路

热释电红外传感器

待测

目标

编码发送电路电路

短信报警电路

接收解码电路

图一热释电红外防盗报警控制器结构框图

原理分析

1热释电红外传感器的原理特性

本设计采用PIRD203S通用双元热释电红外线感测器。

热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应的热电型红外传感器。

不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及胆酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。

为了抑制因自身温度变化而引起的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触方式检测到物体放出的红外线能量变化。

并将其转换为电信号输出。

热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

由于热释电输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换成电压形式。

该电阻的阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。

热释电红外传感

图四D203S视野特性

器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三个部分组成。

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。

图五热源通过传感器时产生的信号

红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。

红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感.在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

BISS0001的内部框图

2信号处理电路的原理

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。

它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

CMOS工艺，数模混合，具有独立的高输入阻抗运算放大器，内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰，内

图六BISS0001引脚图

设延迟时间定时器和封锁时间定时器，采用16脚DIP封装，其引脚分布如图六。

重要引脚功能介绍：

1脚：

A，可重复触发和不可重复触发选择端。

当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发。

2脚：

VO，控制信号输出端。

由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。

在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。

3、4、5、6脚：

分别为输出延时和触发封锁时间调节端。

8脚：

参考电压及复位输入端。

通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位。

10脚：

IB，运算放大器偏置电流设置端。

12——16脚：

分别是两级运放的输入输出端。

信号处理电路如图八所示，BISS0001内部的第一级运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C10耦合给第二级运算放大器OP2进行第二级放大，再经由内部电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

图中RT1可以调节放大器增益的大小，减小RT1可以提高电路增益改善电路性能。

输出延迟时间Tx由外部的RT3和Cy1的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R5和Cy2的大小决定。

可重复触发和不可重复触发由J1跳线帽进行选择。

3电源电路

本设计因所用器件的功耗都较小，同时电路处于被动工作状态，故整个电路的功耗极小，经过多次测试，电路总功率在非报警状态下功率约为30mW，报警状态下功率约80mW，可以采用电池供电。

供电电路如图十所示。

用9V电池作为供电电源，经过一片7805，电压稳定为5V，再经过一个104的电容滤波，输出完全可以满足电路需要。

3.2编码解码无线发射接收电路

为解决热释电人体感应模块和短信发送报警的连接关系，故采用无线模块，即解决了连接问题，又方便用户在室内可以任意放置短信猫的问题，方便了用户的使用。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直发送，编码芯片也会连续发射。

当发射机停止发送时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有高低电平时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

无线发送接收模块采用F05P和J04V芯片，具有低成本、小体积、低功耗ASK，无数据时休眠，并具有较宽的工作电压范围，适合短距离的无线遥控报警及单片机无线数据传输。

编码无线发送电路

为解决解码后输出数据不稳当性，本设计巧妙的利用了PT2262芯片的使能端（低电平有效）14引脚，为了方便地址编码，将所有地址都编为0。

将A10作为数据输入端，并将其置高，让其一直发送高电平。

而利用使能端来控制编码芯片是否工作，当没有人体感应时，通过反相器输出高电平，PT2262不工作，此时不向外发送数据。

当有人体感应时，通过反相器输出低电平，PT2262编码工作，一直发送高电平，等待接受模块接受。

3.2无线接受解码电路

当发送模块发送数据时，J04接收到高电平后，送到解码芯片，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。

利用VT引脚解码有效端，当确定解码有效时，输出高低平，将解码有效电平送至单片机I/O口处理。

单片机控制短信猫发送电路

本设计采用AT89S52单片机，利用中断检测有无高低电平变化，从而控制单片机发送短信。

单片机控制发送短信电路

由于TC35I和单片机共用一个电源，当单片机上电后，TC35I模块通信开始初始化，当模块初始化成功L2灯亮，模块初始化失败L3灯亮，如果模块检测到SIM卡L4灯亮，模块无法检测到SIM卡L5灯亮，只有模块初始化成功并检测到SIM卡后，单片机通过检测到高低电平变化才能发送短信，发送一次后延时半小时，当下一个高低电平到来时，才再次发送短信。

心得体会

在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．在设计完电路图后，基本的理论工作已经完成，接下来是动用工具进行焊接了，这对我们焊接电路板的能力有不小的要求，在电路布线上既要做到准确到位又要保证元件布局合理美观大方。

通过此次生产实习一方面提高了综合运用所学知识的能力。

一方面掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。

通过这次课程设计，我学到了很多，感谢指导老师和同学的关心。

电路总原理图