1、 本 科 毕 业 设 计 毕业设计题目：红外线监控遥控报警器设计 摘 要 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。 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。红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。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
2、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。内容广泛，灵活应用。 关键词 传感器 放大器 灵敏度 基准电压 Abstract Because the ages progresses unremittingly, peoples make higher request the safety of place environment to them , particularly at the aspect of home safey, which have to keep in mind those guest who comes uninvited every moment. Al
3、ong with electronics technical development, the mankinds continuously study and continuously innovate to record, the consciousness of peoples oneself defends also gradually strengthen. The infrared ray has concealment and design a bunch of infrared ray in the place of open-air protection can expedie
4、ntly examine if someone comes in and goes out. This kind of device designs of important point: One is effective ability judgment if someones member gets into the room; The other is the earth increment the protection scope is possibly. The alarm can detect infrared issued by the body, can sound an al
5、arm into the alarm monitoring area, and applies to homes, offices, warehouses laboratories and other important occasions, anti-theft alarm. This design is to make use of heat to release electricity infrared ray to spread a feeling machine to probe into the human body infrared ray that the infrared s
6、ignal principle design that the human body radiates comes out to respond to report to the police a machine. The contents of sensor is extensive, vivid applied. Key words： Sensor Amplifier Sensitivity The reference voltage 目 录 1.引言 .1 1.1 报警器的概念 .1 1.2 报警器种类 .1 1.3 报警器基本结构 与应用场合 .1 2.设计要求 .2 2.1 目的和要
7、求 .2 2.2 性质 .2 2.3 总体结构 .2 3.热释电红外传感器 .3 3.1 热释电红外传感器的结构原理 .3 3.2 热释电红外传感器的组成与技术特性 .4 3.3 热释电红外传感器的安装与使用 .5 3.3.1 热释电红外传感器在使用和安装中应注意以下几点 .5 3.3.2 热释电红外传感器的选择使用 .6 3.4 菲涅耳透镜 .7 3.4.1 菲涅尔透镜的原理 .7 3.4.2 菲涅尔透镜作用 .7 3.4.3 菲涅尔透镜的主要技术指标 .7 3.4.4 菲涅尔透镜分类 .8 3.4.5 菲涅尔透镜应用 .8 4.红外线探测报警器的工作原理 .9 4.1 红外传感器 .9 4
8、.2 信号放大电路 .9 4.3 电压比较器 . 10 4.4 报警延时电路 . 10 4.5 开机延时电路 .11 4.6.12V 电源电路 .11 4.7. 红外线监控报警总电路 . 12 5.红外线探测报警器的总体设计 . 13 5.1 红外线探测报警器系统的结构 . 13 5.2 红外线探测报警器系统的优缺点 . 13 5.3 避免红外探测器误报警和漏报警的措施 . 13 5.3.1 避免误报警 . 13 5.3.2 避免漏报警 . 14 6芯片介绍 . 15 6.1 集成运放 的概述 . 15 6.1.1 集成运放的特点 . 15 6.1.1 集成运放的传输特性 . 15 6.2 芯
9、片一： LM358 . 15 6.2.1 芯片概述 . 15 6.2.2 芯片特点 . 16 6.2.3 电气特性 . 16 6.3 芯片二： LM393 . 17 6.3.1 芯片概述 . 17 6.3.2.芯片特点 . 17 7.心得体会 . 18 参考文献 ： . 19 致 谢 . 20 附图 . 21 1 1.引言 近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分关心。目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的
10、防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。为此，提出“红外线探测报警器”的设计任务。 1.1 报警器的概念 防盗报警器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。 1.2 报警器种类 有电话拨号防盗报警器、 GSM 防盗报警器、本地防盗报警器、彩信防盗报警器、联网报警器等。 电话防盗报警器是利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机连接固定电话线，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。 GSM 防盗报警器是利用主机，通过无线或则有线连接各
11、类探测器，实现防盗报警功能。主机内置 GSM 手机卡，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。 本地报警 器是利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，警号报警实现报警功能。 彩信防盗报警器是利用主机通过 GPRS 将报警图片传输到接警中心或者相关人员手机上或邮箱里 。 按照探测器与报警主机之间的通信方式来分 ： 总线制报警主机 ， 分线制报警主机 ，汽车防盗报警器 。 1.3 报警器基本结构 和应用场合 防盗报警系统通常由 :探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警
12、系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心 元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。 由于红外人体热释电传感器价钱合适，安装方便，所以广泛 应用于家庭、办公室、仓库、实验室 、秘密资料存放室 等比较重要场合防盗报警。 2 2.设计要求 2.1 目的和要求 当今社会步入了经济发展迅速的时代，人们生活质量逐步提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。因此，财产安全的问题也备受居民瞩目。安防产业也随之渐渐发展，人们对于安防的灵敏性、便捷性及有效性的要求越来越高。能 够随时随地、安全又方便的使用贵重奢华
13、的物品是人们一直向往安心、舒适的生活方式。防盗报警器带领着人们一步一步向这样的生活迈进，但是由于产品及多方面原因，使得安防产品的有效性及灵敏度降低，使得安防质量下降，常常出现报警器迟缓、不能随时随地报警等现象，所以解决好防盗报警器的问题能够使人们更加安全、放心的使用或携带各式的物品，跟上时代的发展享受高品质的生活。 意义：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
14、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。 2.2 性质 对于现阶段防盗报警器迟缓以及不能随时随地报警的问题进一步改善，使其性能更加灵敏可靠。 2.3 总体结构 热释电人体 红外报警器主要由 信号放大电路 、 电压比较器 、 音响报警电路 、 开机延时电路、电源电路 等几部分组成。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；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；信号处理主要是把传感
15、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。 3 3.热释电红外传感器 3.1 热释电红外传感器的结构原理 自然界的任何物体，只要其温度高于绝对零度（ 273），总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。 物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越 大。 通常 ,电介质的内部是没有载流子的，因此它没有导电能力。但是任何电介质毫无例外地都是由带电粒子组成的，即由电子和原子核组成的。在外加电压的作用下，这些带电粒子也要发生移动，带正电荷的粒子趋向负极，带负电荷的粒子趋向正极。其结果是使电介质的一个表面带正电，另一个表面带负电，我们称
16、这种现象为电极化。在电压加上去的瞬间到电极化状态建立起来的这段时间内，电介质内部的电荷顺着外加电场的方向运动，形成一种电流，这个电流称为位移电流。但是当极化状态建立之后，位移电流即消失。对于大多数的电介质，当电压除去后，极化状态随 之消失，其带电粒子的运动又恢复原态。 对于上述现象，某些铁电体电介质材料却是个例外，像上述的几种铁电体材料，当被极化后撤去外加电压时，这种极化现象仍然技保留下来，这种现象被称为自发极化。自发极化的强度与温度相关，当温度升高时，极化强度降低。自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。当受到红外辐射后，其内部温度便会升高，介质内部的极化状态便随之降低，它的
17、表面电荷浓度也降低了。这也就相当于“释放”了一部分电荷，这种现象称为电介质的热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这 一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。 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。 当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。 需要指出的是，如果红外辐射持续下去，电介质
18、的温度就会升到新的平衡状态，表面电荷也同时达到平衡。这时它 就不再释放电荷，也就不再有信号输出了，如图 1 所示。因此，对于这类热释电红外传感器，只有在红外辐射强度不断变化，它的内部温度随之不断升降的过程中，传感器才有信号输出，而在稳定状态下，输出信号则为零。因此在应用这类传感器时，应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。 图 1 电介质的热释电效应 4 3.2 热释电红外传感器的组成与技术特性 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。 按照探 测元的数目来分，热释电
19、红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途来分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为 1 20 m；用于火焰探测的传感器，它的工作波长为 4.35 0.15 m；用于人体探测的传感器，它的工作波长为 7 15 m。 将高热电材料制成一定厚度的薄片并在其两面镀上金属电极，然后加电进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的 。 图 2 是一个双探测元的热释电红外传感 器的结构示意图。该传感器将两极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除闭环境温度和自身变
20、化起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号可在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，因此传感器会输出探测信号电压。 用来制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220 m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，在传感器的窗口上加装了一块干涉滤光片。这种滤光片除了允许 某波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其他红外辐射拒之门外。 图 2 双探测元热释电红外传感器 红外辐射在大气中传播时会被大气吸收而降低辐射强度，不过这种吸收对整个红外辐射波段
21、的吸收是不均匀的。在 l 2.5 m、 3 5 m、 8 14 m 这三个波长范围内，大气的吸收是很小的，它的透射特性如图 3 所示。 图 3 大气透射光谱 人体辐射的红外线波长约为 9.5 m，恰好位于 8 14 m 这个大气窗口的波长范围内。因此人体发出的红外辐射能够较好地穿过大气到达热释电红外传感器。 图 4 是某种滤光片的透射比曲线。由该 图可见，该滤光片能将 4 6.5 m 波长内的红外辐射大部分吸收，用作人体红外传感器。 热释电红外探测元的阻抗高达 1000M，因此必须采用变换元件对其输出的信号进行阻抗变换后才能作为控制信号输出。通常使用具有高输人阻抗的场效应管，将其接成源极跟随器
22、，使其变成低输出阻抗的控制信号，与放大器的输人端相匹配。这和驻极体话筒中采用场效应管进行阻抗变换的作用很相似，其中电阻 R：是用来释放场效应管的栅极电荷，5 使其正常工作的。 热释电红外传感器有两种封装形式，图 5（ a）为金属封装形式。在图（ d）中， D 为内部场效应管的漏极， S 为源极， G 为栅极。图 5（ e）为塑料封装形式。实际使用时， D端接电源正极， G 端接电源负极， S 端为信号输出端。 图 4 某种滤光片的透射比 图 5 封装形式 3.3 热释电红外传感器的安装与使用 3.3.1 热释电红外传感器在使用和安装中应注意以下几点： (1)热释电红外传感器必须与菲涅尔透镜配合
23、使用才能有效地发挥它的作用。菲涅尔透镜除使用购买的成品外，还可以自树。其方法是将原纸板用小刀刻出若干条狭缝，然后弯成弧形即可。不过这种透镜无聚焦功能，故灵敏度较低。菲涅你透镜与热释电传感器配合使用时，必须仔细调整 其距离，使传感器位于透镜的焦点区，以发挥传感器的最佳灵敏度。 (2)根据说明书确定安装高度 ，传感 器的安装高度不是随意的，会直接影响到探测器的灵敏度和防小动物的效果，一般壁挂型红外探测器安装高度为 2.0-2.2 米处。热释电红外传感器的安装高度应在距地面 1 2m 之间，传感器向下应有一定的倾斜度，以减小探测死角，如图 6。其中图（ a）为传感器安装示意图，图（ b）为探测方向示意图。
