红外线防盗报警器.docx

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红外线防盗报警器

成绩评定：

传感器技术

课程设计

2014年09月

目录

一、设计目的1

二、设计任务与要求

2.1设计任务

2.2设计要求

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

3.2设计步骤

3.3设计原理分析

四、课程设计小结与体会

五、参考文献

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。

与此同时，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

一．设计目的：

1、灵敏、可靠、一经触发，即刻报警

2、对产品材料精益求精，延长使用寿命

3、根据实际应用环境，自己选择传感器，确定红外检测范围。

2．2.1设计任务：

首先红外传感器在有人经过时给出微弱变化的小信号，通过对小信号的放大并与比较器基准电压比较输出高低电平，驱动后续报警电路。

2.2：

设计要求：

以下对本组课程设计过程中涉及到的典型设计方案做分析并说明采用及不采用每个方案的原因。

以下设计方案均经过仿真，从仿真角度筛选最合适

三．设计步骤：

方案1：

该方案不能完善地实现防盗报警功能，仿真效果不好，且缺乏蜂鸣器虽然使电路输出在很宽的范围内都能驱动二极管发光，只有发光二极管的报警器不太符合要求。

不能采用。

方案2：

该方案基于基于简单的放大比较原理，去除了上述方案1的复杂电容设置，仿真显示上电瞬间电压尖峰脉冲过大，可能损坏元件，故不采用。

方案3

该方案将方案1的双门限电压比较器改为单门限电压比较器，使原理更容易理解，电阻电容设置上遵循尽可能对电路有用的电容留下，无用的删除的原则，使

电路得到简化。

通过一级二级放大，中间通过电压跟随器稳定二级输入。

最后由比较器输出。

缺点是响应时间长，有延迟，虽然在比较电压设置上灵活可调，但不易控制，有时没有电路输入仍然会产生误报警。

可改进后采用。

方案4

该方案对前述方案做了大幅度修改，原因是插接面包板时发现传感器参数并未像网上某些方案甚至资料给出的单纯1mv左右的输出，而是在一个2v左右的相对稳定电压基础上有一个约0.1v到0.3v的变化。

这就导致了前述方案彻底失效。

原来设计的数百倍的方案作废，因为不可能对2v电压放大100倍。

但是不是说2v的输出直接可以驱动后续报警电路了呢？

当然不是，2v是上电后传感器的稳定输出，当有人经过传感器时，传感器的变化电压是比较小的，需要把小的变化电压放大实现报警。

此时，并不能通过电容隔直作用去掉直流，取出0.1v交流，因为这个交流的频率是6hz左右，滤波电容会使输出波形严重失真。

故设计本方案对2v电压进行适当放大（2-3倍），放大的直流稳定电压的同时，也放大了变化的交流成分，使比较器比较压的选择范围变大，等于提高了传感器的灵敏度。

报警电路主要是由热释电红外传感器RE200BP、LM324集成运算放大器、发光二极管、电阻电容构成。

传感器主要的工作就是把采集到的人体红外线转换成电压信号，由于此时的电压比较微弱所以要经过LM324的放大后的电压输入到电压比较器进行比较来控制相应的发光二极管指示灯工作。

下面是报警电路的工作流程与及电路的参数计算过程:

在电路中采用RE200BP型热释电人体红外线传感器，当人体进入该传感器的监视范围时，传感器就会产生一个交流电压（幅度约为0.1V），该电压的频率与人体的移动速度有关。

在正常行走速度下，其频率约为6Hz。

传感器的输出信号加到运算放大器A1的同相端，A1构成同相输入式放大电路，其放大倍数取决于R3和R1，其大小为

:

Auf1=2311RR传感器会产生一个幅度为0.1V交流信号时，这个交流信号是在2v左右的直流电压输出的基础上叠加的。

具体直流信号电压是多大，取决于环境条件，如温度，热源，光源等，环境条件的微弱变化会影响到传感器的输出信号。

该方案测试可行，插接面包板仿真效果良好。

四．课程设计小结与体会

（1）5v有源蜂鸣器蜂鸣器有有源和无源两种。

根据蜂鸣器内部有无震荡源可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。

其中有源蜂鸣器可以在工作电压下发出频率固定的鸣叫声，无源蜂鸣器的鸣叫声则受到输入电压频率的影响。

此外5v蜂鸣器的实际工作电压范围较宽，但过高或过低的电压都会导致发声异常。

为了保证较理想的输出声音，本课题采用5v有源蜂鸣器。

（2）LED彩灯发光二极管本课题采用的发光二极管为高亮彩色发光二极管，起到很好的显示效果。

（3）集成运放LM324N本课题采用的LM324N为DIP14封装，四运放集成

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。

LM324的引脚封装见图5-1，图5-2为内部运放结构。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此应用广泛。

（4）传感器RE200BPRE200BP红外传感器实物如图5-3所示。

红外线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，如图5-4。

如果只看实物可能分不出红外传感器的引脚，常用的红外传感器金属装封的，有个窗口，接地的引脚是和外壳相通的，这较好分别，另外两个引脚与地引脚电阻都很大，很难分别。

如果是自己安装这个元件安装时引脚要尽量短，远离其它发热元件，除了窗口，其它的元件最好用厚纸隔开，否则你装好后误差也大，就是受干忧大，常误触发。

图5-3红外传感器感应方向图5-4RE200BP红外传感器实物

RE200BP的基片材料是硅材料，采用的是T0-5封装，尺寸参数为：

1.灵敏元面积为：

2.0mm1.1mmGap0.9mmDual，双元2.基片厚度为：

0.5mm3.窗口尺寸为：

5.23.8mm4.工作波长为：

5～14um5.平均过透率为：

>75％6.输出信号为：

>2.2V7.灵敏度为：

3300V/W8.探测率为：

1.5108cmHz1/2/W9.噪声（Vp-p）为：

<200mV（25℃）10.平度度为：

<20％11.工作电压为：

2.2～15V12.工作电流为：

8.5～24uA（25℃）13.原极电压为：

0.4～1.1V（25℃）14.工作温度为：

-20℃～+70℃15.保存温度为：

-30℃～+80℃16.视场为：

边缘角55°51°

注：

实际测量发现，RE200BP传感器的信号输出不停变化，只有当人走过其测量范围时，才会有0.1v左右的微弱变化，这是整个设计的关键。

体会：

通过本次课程设计，使我们熟悉了设计电路的过程，懂得了如何设计焊接调试组装一个完整的电路。

对书本上所学的模拟电路的知识有了更深刻的认识。

懂得了要设计成功一个电路，不止要做好电路的前期设计仿真，做好面包板的插接，也要从实际的角度来测量和使用元件，元件的参数并不完全与课本所述相一致。

只有理论联系实际，通过动手实践，才可以讲知识真正掌握。

实验设计过程中，我们做了数十次的仿真，在这个过程中通过查阅资料，学习了很多使用的电路设计理念，看到了很多前辈的设计方案，但选来选去还是选择了自己设计，因为自己设计的电路便于我们充分了解电路的原理，也使我们最终做出成果有了成就感，尽管我们的方案很简单。

然而，仿真的成功并不代表可以很快完成课程设计，真正插接面包板时，我们发现所用的传感器的参数与网上描述的并不相同，最终还是抛弃了前述的设计方法，重新设计得到了现有方案。

可见对传感器的了解，还要以实际测量为主，网上的资料需要斟酌处理，绝不能照搬。

其次，尽管我们的课题相对简单，但是仍然需要我们相互合作，明确分工，但我们始终要求两个人都要懂电路的原理和工作方式，从而能够各自做出独立的电路，两个人的检查也使得电路设计更加准确。

课设之后，有了一定经验，我们有了足够的信心做好今后其他科目的课程设计。

五．参考文献[1]《电子技术基础模拟部分》（高等教育出版社康华光）[2]《电子工艺与课程设计》（电子工业出版社毕亚军、崔瑞雪）