红外现场报警器

1、哈尔滨工业大学（威海）信息科学与工程学院家用红外现场报警器设计论文 作者： 张晋升（070220307） 刘 武（070220219） 李俊英（070220303）目录1.综述 1.1引言3 1.2 热释电红外无线防盗报警系统的发展现状31.3 热释电红外无线防盗报警系统技术的研究背景及意义42.方案论证2.1设计任务及要求设计任务 4设计要求 42.2方案一：主动式 42.3方案二：被动式 52.4比较结果 53热释电红外传感器3.1热释电红外传感器原理5 普通型红外人体感应模块 6红外热释电处理芯片BISS000 73.2热释电红外传感器系统的工作参数93.3热释电红外传感器系统的安装要求

2、94设计 4.1系统结构图 94.2各单元电路的设计整体电路图10第一级放大104.2.3运算放大器部分10比较电路11控制模块11报警电路12遥控电路135. 测试方案与测试结果146. 参考文献141综述1.1 引言随着人们生活水平的不断提高和电子技术的发展，“安全防范”电子保安系统防盗报警系统及闭路监控系统越来越广泛地应用于教育、银行、交通、电力、酒店、超市等公共场合，维护社会公共安全为目的，防入侵、防被盗、防破坏、防火、防暴和安全检查等，而为了达到防入侵、防被盗、防破坏等目的我们采用了以电子技术、传感器技术和计算机等技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统。由此应运而生的

3、安全防范技术正逐步发展成为一项专门的公安技术学科，尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，加强现代化的安全防范技术，满足人们对保安系统日益提高的要求和期望，就显得更为重要。防盗报警系统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。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。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。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统通常

4、由报警探测器（又称防盗报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。其中报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况，报警探测器一般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，由包括电子和机械两种处理部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，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。报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、

5、声音探测器等许多种类。传输通道是报警探测器电子信号对外传输的通道。目前传输的方式有三种，即有线，无线，借用线三种不同的通信方式。  报警控制器是能将报警探测器发出来的报警信息变成声光报警信号，并加以显示和记录、存储的装置。常用的有台式、柜式、箱式和壁挂式几种。但产生报警声音，显示报警部位，存储记录报警信息是必须具备的基本功能。1.2 热释电红外无线防盗报警系统的发展现状目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如：早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国

6、内厂商的发展形成巨大的竞争压力；国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。 现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。现阶段国内使用的各类防盗、保安报警器基

7、本都是以超声波、主动式红外发射和接收以及微波等技术为基础。而这里所涉及的被动式报警器则采用了美国的传感元件热释电传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。1.3 热释电红外无线防盗报警系统技术的研究背景及意义随着时代的不断进步，人们对自己所处的环境的安全性提出了更高的要求，尤其是

8、在家居安全方面不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，有效的保证了居民的人身和财产的安全。但是由于大部分报警系统采用的是有线信道，这给系统安装、维护和抗干扰都带来了不利的一面。而采用无线信道的报警系统，可以做到安装和维护变得更为方便，隐蔽性更好，不易被发现而被破坏，且抗干扰能力更强。由于红外线是不可见光，所以有很好的隐蔽性。因此红外无线用在防盗报警系统中将使报警系统更隐蔽，更可靠，更安全。2.方案论证2.1设计任务及要求设计任务(1)红外现场防盗报警器由红外探测电路及报警电路组成，是一种实用的自卫性威慑报警工具。在防范的区域装上报警器后，一旦有盗贼进入红外探测电路的防防范

9、区域，报警器立即周期性发出刺耳的警报声，起威慑及警示作用。设计要求1.基本要求(1)工作电压：DC6V，即4节7号干电池；工作电流：静态<0.072mA；报警电流：10mA；使用环境：相对温度-2038度；相对湿度<80%；输出音警电流频功率 >85db。(2) 报警器装上4节7号干电池，将它挂在离地面约2米处（室内），使透镜对准监视场所，打开开关，延时一分钟后，立即进入工作状态。这时如有人进入，红色指示灯亮，并周期性发出刺耳的警报声10秒，间歇6秒。2.发挥部分可使用手动遥控器打开、关闭报警装置2.2方案一：主动式主动红外入侵探测器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发

10、光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.80.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，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，控制器发出的报警信号。目

11、前此类探测器有二光束、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，能达到被动红外的十倍以上探测距离。2.3方案二：被动式被动式红外探测无线报警系统，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电红外探测器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、编码和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号应用无线电技术发射出去；而接收报警电路则是通过对电信解调、译码和声光报警等环节，将电信号转为声音、光源信号，从而达到无线报警的目的。人体有恒定的体温，一般在37，所以会发出特定波长为10m左右的红外线。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10m左右的红

12、外线而进行工作的。人体发射的10m左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。红外感应源泉通常采用热释电元件。其中热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变成电压信号,同时他还能鉴别出生物和其他非生物.热释电红外传感器可用于防盗报警装置,与其他防盗器材相比,具有以下特点:不需要红外线和电磁波的发射源 灵敏度高,控制范围大隐蔽性好,可流动安装 2.4比较结果：经过比较，要实现相同的功能，被动式比主动式有更高的性价比，更易于设计和实现。因此选择被动式红外报警。3热释电红外传感器3.1热释电红外传感器原理 热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷

13、、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。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。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提

14、高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-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710-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。普通型红外人体感应模块采用普通型红外人体感应模块：模块采用低功耗稳压器件7133A-1，可以保证在很宽的输入电压下稳定提供3.

15、3V的工作电压，确保模块能正常工作。模块有三个输出脚，由红、黄、黑三色线插座引出，红线和黑线分别接DC624V电源的“+”、“”，标有“OUT”的黄线是输出脚，有人输出约3V高电平，无人输出0V低电平。上右图中左上角蓝色箭头指示有一个检测方式设置区，产品默认设置和H连接，为可重复触发方式（见上图左上角焊点，如果改成和L连接，则为不可重复触发方式），即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)；如果和L连接为不可重

16、复触发模式，这种模式下感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平。模块电平输出时间约510秒左右。感应范围示意图：3.1.2红外热释电处理芯片BISS0001    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。 特 点*CMOS工艺*数模混合*具有独立的高输入阻抗运算

17、放大器*内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器*采用16脚DIP封装管脚图 管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI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2VOO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。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器

18、复位9VCI触发禁止端。当Vc<VR时禁止触发；当Vc>VR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端3.2热释电红外传感器的工作参数;*工作温度：-2050度*人体移动速度：<=0.1m/s*工作电压：DC624V2*电平输出：有人3V高电平，无人0V低电平*感应角度：水平最大140度，垂直最大60度*静态电流：小于50A*感应距

19、离：0.57米*触发时间：约510秒*触发方式：重复/不重复*外形尺寸：33mm×28mm×20mm3.3 热释电红外传感器系统的安装要求*报警器离地面2.02.2m*报警器应远离空调、冰箱等空气、温度变化比较敏感的地方*报警器在检测范围内不应该有隔离、家具、大型盆景等隔离物*报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流动会引起误报，不要安装在有强气流活动的地方4设计：4.1系统结构图:红外热释电传感器采集信号，将入侵信号经放大和比较电路后，送入控制模块，控制模块采用单片机控制。控制模块有两个输出一个输出。一个信号控制报警，一个信号控制步进电机，是步进电机输出信号，使得红

20、外热释电传感器360度旋转，进一步扩大检测范围。同时增加一个遥控模块，可使用手动遥控器打开、关闭报警装置。红外热释电处理放大环节比较环节控制模块报警模块遥控模块电 源电压跟随4.2各单元电路的设计整体电路图：第一级放大红外线探测传感器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，经三极管Q1等组成第一级放大电路进行信号放大后通过C2输入到运算放大器U1 运算放大器部分由第一级放大电路放大的信号，经C2输入到运算放大器U1中进行高增益、低噪声放大，此时由U1的1脚输出的信号已足够强，能够对信号进行放大。比较电路在本单元电路中，U1B作为电压比较器，它的第脚由R10、VD

21、1提供基准电压，当U1B脚输出的信号电压到达U1B的脚时，两个输入端的电压进行比较，查看U1B的脚是高电平还是低电平。此脚输出的信号送入到单片机进行控制处理。4.2.5控制模块本系统采用AT89S52型号单片机，通过程序控制P3.7脚的电平来使蜂鸣报警器发出声音和关闭。程序中改变单片机P3.7引脚输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，改变P3.7输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小，通过延时程序控制蜂鸣报警器的报警时间。单片机内部控制源程序如下：ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BHLJMP TL0INTORG 0030HMAIN: MOV TH0,#3

22、CHMOV TL0,#0B0HMOV TMOD,#01HSETB ET0SETB TR0SETB EAMOV R7,#00HMOV P0,#00HCLR P1.0MOV R6,#5 MOV P3,#0FFHLOOP4:CJNE R7,#20,$ MOV R7,#00 DJNZ R6,LOOP4LOOP1:MOV C,P1.0JNC LOOP1LOOP2:CLR P3.7 MOV R7,#00 MOV R5,#00 MOV A,#01H MOV P0,ALOOP6:CJNE R5,#20,$ MOV R5,#00H RL A MOV P0,A CJNE A,#10H,LOOP5 MOV A,#0

23、1H MOV P0,ALOOP5:CLR P3.7 LCALL DELAY CJNE R7,#200,LOOP6 SETB P3.7 MOV P0,#00H MOV R7,#00 CJNE R7,#120,$ AJMP LOOP2 DELAY:MOV R3,#228 DE1: DJNZ R3,DE1 RETTL0INT: MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HINC R7INC R5LOOP3: RETIEND4.2.6蜂鸣报警电路蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。S51增强型单片机通过一个三极管C8550来放大驱动蜂鸣器，原理图见下图：   如图所示，蜂鸣器的正极接到VCC（5V）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极E，三极管的基级B经过限流电阻R1后由单片机的P3.7引脚控制，当P3.