人体红外线感应报警器

1、河南机电高等专科学校毕业设计/论文*学校毕业设计论文论文题目： 人体红外线感应报警器系 部 电子通信工程系 专 业 应用电子技术 班 级 091班 学生姓名 学 号 090414110 指导教师 2012年 04 月 20 日II摘要 科技发展日新月异，尤其是21世纪，电子技术给我们生活带来了翻天覆地的变化，电子技术不仅便利了我们的生活，更简化了我们的环境，随着人们生活质量提高，对电子技术的需要要求也越来越高。人体动作的检测识别也已经成为当前的热门方向之一，精确的识别使它有更广阔的空间和潜力，在安防，人机交互，智能家居系统、运动捕捉系统等领域人体动作的检测识别有着非常大的应用前景。该报警器能探

2、测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。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。概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中较广。关键词 红外线 电压比较器 延迟电路 报警器ABSTRACTTechnology is advancing rapidly, especially in the 21st century, electronic t

3、echnology has undergone enormous changes to our lives, electronic technology has not only facilitated our lives, but also simplifies our environment, to improve the quality of people's lives, the need for electronic technology requirement sin singly high. Detection and recognition of human motio

4、n has become one of the popular direction of the current, accurate identification makes it a broader space and potential in the detection and identification of human action in the field of security, human-computer interaction, intelligent home systems, motion capture system has very large applicatio

5、ns. The alarm can detect infrared issued by the body, consists of infrared sensors, signal conditioning circuit, voltage comparator, the delay circuit and the audio alarm circuit. Into the alarm monitoring area, you can sound an alarm, and applies to homes, offices, warehouses, laboratories and othe

6、r important occasions, anti-theft alarm. An overview of the infrared radiation of the knowledge, structure and working principle of the pyroelectric infrared sensor. Pyroelectric infrared sensor designed a passive infrared alarm circuit, the circuit functions and working principle. Pyroelectric infr

7、ared sensor has many advantages, wider in the theft, and alert devices.Key Words Infrared voltage comparator delay circuit alar 目 录摘要····························

8、;············· ···1目录·································&

9、#183;········ ··1绪论······································

10、83;···· ·2第一章设计要求与方案论证：··········································

11、·31.1 设计概述·········································31.2 设计背景·····

12、····································31.3 设计要求············

13、83;······························31.4 设计意义··················

14、·························4第二章：方案设计与研究·······················

15、··················· 52.1 设计过程·····························&#

16、183;···············52.2 方案选定·································

17、;··········5第三章：红外线传感器的概述·····································

18、83;·····63.1 红外线传感器··········································

19、3;63.2 红外线传感器的特点···········································63.3 主要特性···

20、;········································6第四章：LM358芯片········

21、;···································84.1 LM358概述·············

22、;·····························84.2 芯片特点···················&#

23、183;······················84.3 电气特性··························

24、;·················9第五章：LM393芯片·······························

25、;············105.1 LM393概述···································

26、3;·······105.2 芯片特点·········································

27、··105.3 电气特性···········································11第六章：电路设计·

28、3;·········································126.1 红外线传感器······

29、3;····································126.2 信号放大电路···········

30、3;·······························126.3 电压比较器·················

31、;··························136.4 音响报警电路······················

32、;·····················156.5 延时电路···························&

33、#183;···············166.6 12V电源电路································

34、···········176.7 红外线感应报警电路····································

35、83;·····196.8红外线感应报警原理········································19第七章：总结和展望&#

36、183;··········································21总结······

37、3;·····································21致谢············

38、································22参考文献·················

39、···························23附表1 元件清单·····················&#

40、183;·····················24附表2 源程序···························

41、;·············251河南机电高等专科学校毕业设计/论文绪论设计经过分析利用红外线传感器探测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。课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探测发射电路通过热释红外线探测报警器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、延时和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号，再利用幅度调制将信号发射出去；

42、而接收报警部分则是利用短波调幅收音机进行接收，从而达到无线报警的目的。 由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。第1章设计要求与方案论证方案一：基于单片机的红外感应报警器。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。基于单片机的红外感应报警器特点是用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本

43、地报警等功能。方案二：利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源电路组成。被动红外线感应报警器的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。方案三：利用模拟电子电路构成主动红外入侵报警器。主要由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成。接收机是由光学系统、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，

44、控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远。1.1设计概念 经过分析利用红外线传感器探测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。课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探测发射电路通过热释红外线探测报警器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、延时和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号，再利用幅度调制将信号发射出去；而接收报警部分则是利用短波调幅收音机进行接收，从而达到无线报警的

45、目的。由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路1.2设计背景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。1.3设计要求1熟悉电路的工作原理；2掌握该电路中元器件的识别方法；3掌握电路的调试方法；4熟悉电路简单的故障分析方法；5论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等1.4设计意义通过红外声光报警器的设计，加深对报警电路的了解，学会一些红外声光的一些报警原理及应用。 加强对一些无人场所的防盗报

46、警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。第2章方案设计与研究2.1设计过程整个电路设计可分为以下几个单元电路：红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等。2.2方案选定人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成通过比较由于方案一单片机芯片相对于模拟电子器件而言成本较为昂贵，并且单片机的软件编程对于时间的处理不够准确；方案三的主动式红外线报警器的硬件电路相比于方案二较为复杂。综上所述选择方案二：由模拟电子电路构成人体红外线感应报警器电路。主要由电路由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源

47、电路组成。组成框图如下：传感器信号放大延时电路音响报警电压比较开机延时电源电路图2-2人体红外线感应报警器组成框图第3章红外线传感器的概述3.1 红外线传感器红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。3.2 红外线传感器的特点红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任

48、何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。3.3 主要特性 高灵敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F

49、 红外光谱： 1至 3 µm 由自监测功能实现数字式控制 无需光学调整 使用维护方便 专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中(IP66) 设有空气吹扫装置和水冷却系统 提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆 第4章 LM358芯片4.1 LM358概述LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 图 4-1  LM358引脚图4.2.芯

50、片特点：内部频率补偿 直流电压增益高(约100dB) 单位增益频带宽(约1MHz) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 4.3电气特性输入偏置电流45 nA输入失调电流50 nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC1.5 V共模抑制比80dB电源抑制比100dB 8脚:电源VCC4脚:接地1、7脚：输出端3、5脚：同相输入端2、6脚：反相第五章 LM39

51、3芯片5.1 LM393概述LM393 为双电压比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。5.2 芯片特点工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:±1±18V；消耗电流小

52、，Icc=0.8mA；输入失调电压小，VIO=±2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门；5.3电气特性：输入偏置电流45 nA 输入失调电流50 nA 输入失调电压2.9mV 输入共模电压最大值VCC1.5 V共模抑制比80dB 电源抑制比100dB 8脚:电源VC4脚:接地1、7脚：输出端3、5脚：同相输入端2、6脚：反相输入端第六章 电路设计6.1红外线传感器红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为910um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10

53、UM左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。6.2 信号放大电路 图6-2 信号放大电路图信号放大电路如图6-2，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。6.3电压比较器 图6-3电压比较器电路图电压比较器如图6-3，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A脚输出的信号电

54、压到达IC2B的脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时IC2B的脚由原来的高电平变为低电平。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。 电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。 电压比较器的作用：可用作数字电路和模拟电路的接口；可以用作波形产生和变换电路等；利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。比较器的主要指标滞回电压：比较器两个输入端之间的电压在过零时输出状态将发生改变，由于输入端常常叠加有很小的波动

55、电压，这些波动所产生的差模电压会导致比较器输出发生连续变化，为避免输出振荡，新型比较器通常具有几mV的滞回电压。 偏置电流：理想的比较器的输入阻抗为无穷大，因此，理论上对输入信号不产生影响，而实际比较器的输入阻抗不可能做到无穷大，输入端有电流经过信号源内阻并流入比较器内部，从而产生额外的压差。偏置电流定义为两个比较器输入电流的中值，用于衡量输入阻抗的影响。 超电源摆幅：为进一步优化比较器的工作电压范围，Maxim公司利用NPN管与PNP管相并联的结构作为比较器的输入级，从而使比较器的输入电压得以扩展，这样，其下限可低至最低电平，上限比电源电压还要高出250mV，因而达到超电源摆幅标准。这种比较

56、器的输入端允许有较大的共模电压。 漏源电压：由于比较器仅有两个不同的输出状态（零电平或电源电压），且具有满电源摆幅特性的比较器的输出级为射极跟随器，这使得其输入和输出信号仅有极小的压差。该压差取决于比较器内部晶体管饱和状态下的发射结电压，对应于MOSFFET的漏源电压。输出延迟时间：包括信号通过元器件产生的传输延时和信号的上升时间与下降时间，对于高速比较器，设计时需注意不同因素对延迟时间的影响，其中包括温度、容性负载、输入过驱动等的影响。6.4音响报警器 图6-4音响报警电图如图6-4，IC4A LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的脚变为低电平时，

57、C6通过VD2放电，此时IC4的脚变为低电平它与IC4的脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。 6.5 延时电路图6-5延时电路图如图6-5，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该

58、装置采用912V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3-78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。6.6 12V电源电路由功率为12V 5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。图6-6 电源电路图 直流稳压电源的原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。滤波电路：可以将整

59、流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。三端稳压源集成三端稳压器是一种串联调整式稳压器,内部设有过热、过流和过压保护电路。它只有三个外引出端(输入端、输出端和公共地端),将整流滤波后的不稳定的直流电压接到集成三端稳压器输入端,经三端稳压器后在输出端得到某一值的稳定的直流电压。78L06芯片特点：输出电压(V):6.200输出电流最大值(mA):100静态电流最大值(mA):6压差最大值(V):2.300压差典型值(V):1.700输入电压最大值(V):20封装/温度():TO/SO

60、T/01256.7 红外线感应报警电路图6-7 红外线感应报警电路6.8 红外线感应报警电路原理该红外该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要的场合进行防盗报警。该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射的红外线信号时，由IC1的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，在经过C2输入到运算放大器IC2中进行高增益，低噪声放大，此时由IC2脚输出的电信号已足够强。IC3做电压比较器，它的第脚由R10,VD1提供基准电压，当IC

61、2脚输出的信号电压到达IC3的脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC2脚由原来的高电平变为低电平，IC1为报警延时电路，R11和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC3得脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC1的脚变为低电平，它与IC3的脚基准电压进行比较，当它低于基准电压时，IC4的脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC3的脚又恢复高电平输出，此时VD2截止，由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于基准电压时，IC4的脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。由VT3、R20、C8组成开机延时电

62、路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电产生误报。 该装置采用9-12V直流电源供电，由T降压全桥20U整6流，C10滤波，检测电路采用IC578L06供电，本装置交直流两用，自动无间断转换第七章：总结和展望这次设计是对知识的全新理解和巩固，让我重新感受到了电子技术在实际中的应用，特别是人体红外线感应报警器的未来潜力，更加清楚的了解到电子知识在未来市场的潜力。从写论文开始，直到今日，论文终于完成。从开始的迷茫，到慢慢的了解，再到对思路逐渐的清晰，然后查资料，整个写作过程难以用语言来表达。历经了长期的奋战，紧张而又充

63、实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆，并让我获益匪浅 整个过程中，对知识的的深入探索过程，也是一个考验，所以自己以后，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，这次的设计是对我的一次磨砺，同时对未来的工作也有很大帮助.在这期间，我学会了专业的软件，和办公软件，了解了不仅仅在红外线人体感应装置的相关知识，同时还有单片机编程，计算机方面的其它方面资料，在广阔的电子资料的海洋里，发现以后有很多的知识要学，还有更多的路要走，也许这次论文只是生命中很短的一段时间，但是它将影响确实我以后很长一段时间。致谢在毕

64、业设计过程中，去图书馆查阅了许多资料，提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。我也将许多遗忘的知识又给温习了。这段旅程看似艰难，但收获的知识让我明白了，一分耕耘，一份收获。感谢同学，有许多不懂的地方，听取了很多同学的意见，他们的看法使我对知识进一步了解和掌握，交流和知识的获取让我感受到了学习的快乐，因为他们的学习态度也影响着我继续奋斗感谢老师，提供各方面知识和资料，他们治学严谨的态度，为我营造了一种良好的精神氛围。老不仅学到了扎实的专业知识，还教会了我如何做人，面对问题养成了沉着冷静，努力解决问题，感谢父母，没有他们

65、就没有我的今天，面临未来的毕业，我一定会好好努力奋斗，来报答他们这么对年给予我的爱感谢学校，提供了一个优良的环境，在这里与那么多志同道合的朋友一起交流，圆了我希望的梦参考文献1 国兵,李永冰.模拟电子技术M.天津大学出版社(第1版). 2008.2 康华光主编.电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社.1999.3 孙承清.模拟电子技术M.中国矿业大学出版社.1985.4 何希才.传感器及其应用实例D.北京:机械工业出版社.2004.5 方佩敏.新型开关电源三端稳压块K78XX系列J.今日电子.2008年(11):810（完整的）.6 陈永甫主编.外探测与控制电路P.北京:人民邮电出版社.

66、2004.7 薛学明.稳压电源及电路实例J.北京：中国铁道出版社.1990.8 胡家忠.实用电子电路手册D.湖北科技出版社.1987.9 薛学明.稳压电源及电路实例M.北京：中国铁道出版社.199010 梁廷贵.现代集成电路使用手册M.科技技术文献出版社.2003.附录1 元件清单编号名称型号数量编号名称型号数量R1电阻47K1C10电解电容470u/25V1R2电阻1M1C11涤纶电容0.1u1R3电阻1K1VD1-VD5整流二极管IN40015R4电阻4.7K1U全桥2A/50V1R5、R6、R9、R12、R13、R15电阻100K6VT1晶体三极管90141R7、R10、R11、R17电阻10K4VT2晶体三极管MPSA131R8、R16电阻300K2VT3晶体三