基于多普勒效应的室内防盗雷达探测警报器设计说明

1、 基于多普勒效应的室防盗雷达探测报警器设计一、毕业综合实训项目简介：摘要：基于多普勒效应室防盗雷达是应用多普勒原理构成的一种新颖微波传感模块RD627进行探测，结合热释电红外传感器构成微波/红外双鉴探测头。运用NE555集成电路构成单稳态触发电路和延时电路，报警电路由LQ46-88D型大功率语音报警喇叭实现。当有人在探测区活动时报警器实现报警，并运用74LS160芯片实现入侵次数计数显示。适用于无人守值场所和仓库的防盗，同时该电路也适用于构成无线智能家居报警系统的终端模块。关键字：多普勒效应 雷达 防盗 传感器 微波/红外双鉴应用前景： 随着我国国生产总值稳定而快速的增长，人们的生活水平有了很

2、大的提高，但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视，因此防盗系统的设计已成为电子工程技术人员研究的重要领域。随着智能化的发展，应用于无线传感网络（WSN）的终端设备应有所要求，微波/红外双鉴电路探测器适用于构成各种无线传感网络和无线智能家居系统的终端设备，配合无线收发模块和GSM移动蜂窝网络、GPS卫星定位系统可实现远程报警。具有探测精度高、误报警率低、造价低等特点。已成为当今终端探测模块的重要电路，同时也适用于农村家用防盗系统和没有PC机维修和应用技术的人员以与家庭、工厂、学校以与城市街

3、道自动照明系统的设计。二、毕业综合实训仪器设备与器材：仪器仪器名称工具电烙铁（松香）.Pretell99se软件导线万用表 锡焊丝万能板镊子元器件器件名称编号数值数量型号耐压/功率R3.R5/R2/R4/5K/10K/22K2支/各1支金属膜电阻1/2WR6.R7100/2201支金属膜电阻1/2WRP1.RP2/RP310K/2M2支/1支有机实心电位器RP4220K1支C2C6220u/47u3支/2支铝电解电容16V以上C50.01u 1支独石电容器硅整流二极管12V 1支IN4007硅开关二极管 2支IN4148稳压二极管12V13V 1支 1W三极管（V） 1支S9013双向晶闸管

4、1个TLC336A1A/400V单刀单置开关 1个灯泡100W 1只IC1 1块RD627IC2 1块NE5532NIC31块NE555IC41块HN911IC574LS160IC61块CD4081HA1个LQ46-88D三、毕业综合实训项目设计：1系统原理：1、多普勒效应：由于波源和接收器或观察者的相对运动 ,使观测到的频率与波源的实际频率出现差别.这种现象称为多普勒效应.图一中，两个物理参考系和，相对于速度u运动，接收器放在的P点。在中用、t 分别表示波长、周期、频率、时间。在中分别用波长、周期、频率、时间。 在 = t = 0时，与以合。当以速度u开始向右运动的同时， 处在中的光源发出一

5、光波，光的传播方向与的运动方向一样。 根据相对论原理有时空关系(1) -（1）（1）式中， 当光的传播方向与的运动方向相反时，相对论原理给出时空关系( 2 )-（2） （1）式和（2）式表明，相对论效应会导致时空的伸缩，从而使在介质中传播的光波的波长会拉长或压缩，这就是多普勒效应的本质。假设原有波源的波长为，波速为c，观察者移动速度为v：当观察者走近波源时观察到的波源频率为（v+c）/，如果观察者远离波源，则观察到的波源频率为（v-c）/。如果波源是固定不动的，不动的接收者所接收的波的振动与波源发射的波的节奏一样：发射频率等于接收频率。下面分几种情况讨论。、光源S静止，观察者相对于地面运动&#

6、160;                     Sv1cv0如上图,当观察者O向着波源运动时（v00）时，在单位时间，原来处在观察者处的波面向右移动c的距离，同时观察者自己向左移动了v0距离。这就相当于波通过观察者的总距离为（c+v0），因此，在单位时间，观察者接收到的“完整波”数目等于（c+v0）距离的完整波数目，即观察者收到的频率为式中为波的频率。由于波源在媒质中静止，波的频率等于

7、波源频率，因此有这表明，当观察者以速度v0向着静止波源运动时，接收到的频率为波源频率的(1+v0/ c)倍。当观察者背离波源运动（v00时，上式仍然适用，只要将v0以负值带入即可，那时观察者接收到的频率要小于波源频率。、观察者静止，光源相对于地面运动当光源向观察者运动时，光源在同一个周期T运动了v1T距离，也就是波长比原来缩短了v1T，所以通过观察者所在位置点的波长为'v1T其中为光源相对于媒质（或称地面）静止时的波长，如下图：cTv1TSv1'所以在单位时间，观察者接收到的频率，即“完整波”的数目为其中1=1/T为波源频率。可见，当光源趋近观察者时，观察者接收到的频率大于波源

8、频率，为其c/（cv1）倍。当光源远离观察者时，上式仍然成立，只要将v1以负值带入即可，这时观察者接收到的频率小于波源频率。、波源和观察者两者都相对媒质运动当波源和观察者都相对于媒质（或称地面）运动时，根据上面讨论可知，观察者接收到的频率变化受两个因素影响：一是光源相对于媒质运动，使波长变化为'v1T；二是观察者相对于媒质运动，使波在单位时间通过观察者的长度变化为（c+v0），所以，观察者接收到的频率为 v0=C+V0/-V0T=(C+V0/C-V1)V1 上式中v0、v1分别为观察者和波源相对于媒质（或地面）的速度，并按前面的约定取正、负号。如果光源和观察者的运动

9、是任意方向的，只要将速度在二者连线方向上的分量带入上式即可。2、天线原理：天线是在无线电收发系统中，向空间辐射或从空间接收电磁波的装置。天线有五个基本参数：方向性系数、天线效率、增益系数、辐射电阻和天线有效高度。这些参数是衡量天线质量好坏的重要指标。天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力。它的这种能力可采用方向图，方向图主瓣的宽度，方向性系数等参数进行描述。所以方向性是衡量天线优劣的重要因素之一。天线有了方向性，就能在某种程度上相当于提高发射机或接收机的效率，并使之具有一定的性和抗干扰性。方向性图方向性图是表示天线方向性的特性曲线，即天线在各个方向上所具有的发射或接收电磁波能力的图形。

10、波瓣宽度有时也称波束宽度。系指方向性图的主瓣宽度。一般是指半功率波瓣宽度。方向性系数方向性系数是用来表示天线向某一个方向集中辐射电磁波程度（即方向性图的尖锐程度）的一个参数。 为了确定定向天线的方向性系数，通常以理想的非定向天线作为比较的标准。任一定向天线的方向性系数是指在接收点产生相等电场强度的条件下，非定向天线的总辐射功率对该定向天线的总辐射功率之比。辐射电阻发射天线的辐射功率与馈电点的有效电流平方之比，称为天线的辐射电阻。天线最大增益系数平时也简称天线最大增益或天线增益。指在最大场强方向上某点产生相等电场强度的条件下，标准天线（无方向）的总输入功率对定向天线总输入功率的比值，称该天线的最

11、大增益系数。天线效率它是指天线辐射出去的功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入到天线的有功功率之比。是恒小于1的数值。2设计方框图与实现：计 模数 显示 块探测模块信号处理电路单稳态触发电路报 警 电路探测模块采用新型微波传感模块RD627和红外探测模块HD911组成的探测电路。 经RD627输出端的信号去信号处理电路完成电位的比较，输出的电平经过一个门电路和HD911输出引脚实现与的功能。然后输出低电平触发单稳态触发电路工作，此电路延时后控制报警电路和计数显示模块工作。当有人在两模块的探测区围活动时，其输出低电平触发稳态电路工作，报警电路报警，当人离开探测围时，两模块末端输出高电平，单稳

12、态电路处于暂态，其报警电路不工作。处于等候状态。其电路简单，性价比低，易于实现。3硬件的实现：1、天线的设计： 本部分采用八木天线，它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。考虑到本设计的探测围不是很大，对于天线的发射距离也不是很远，所以采用3单元的半波偶極型式的有源振子八木天线。用一根无源振子作反向器，一根无源振子作引向器。如图所示从无源振子中间看去它相当于开的终端开路线。由传输理论可知，终端开路线长在/4/2间时输入阻抗为感抗，那么无源振子B的全长应大于/2在/2之间它就可以起到反射器的作用。在l/2就可以起到引向器的作用本发射模块工作频率为2000MHz由

13、=CT得大约为60Cm由工程计算公式计算到方向系数：D=K1*La/其中La为引向天线轴长，K1是与La/有关的系数其关系曲线见资料书经计算K1查得的约为13 D=13*1/3=4.33引向天线架离地面较高，地面损耗就很小，因而天线效率很高（可达90）其增益G与方向系数D很接近 G=DD引向天线的方向图的主瓣可按以下公式计算：20.5=55°*/La（1/2）=95°其图如下所示:由图得1、2线引入RD627的1、2脚2、探测电路：RD627微波传感模块 RD627多普勒效应传感器采用7脚直插式塑料封装，其管脚功能如表（一）所示。它部电路功能由振荡器、发射器、检测器、多普勒

14、信号放大器、限幅器与稳压电路等部分组成。如图（1）所示。 功能管脚1脚外接天线，收发信号端2脚3脚 与5脚接电容4脚电源正端5脚与3脚一样6脚信号输出端7脚电源负端图一振荡器产生的微波信号经发射器由1、2脚送至外接天线发射到空间，产生一个具有一定方向性的微波防护取区，当有人和其他物体在该防护区移动时，反射回来的微波信号与原信号之间产生频移，微弱的频移信号通过检测器处理后，获得的多普勒信号再经放大，在第6脚输出一个可与移动目标响应的电信号。其电气参数如表所示： RD627电气参数表参数名称最小值典型值最大值单位备注工作频率20002200MHz输出功率10mW温度性能频率变化0.40.7MHz/

15、-20+55功率变化0.0150.04Db/工作温度-20+55工作电压111213V功耗0.2W探测面积100M2振动实验条件频率振幅或加速度时间(min)15±1%0.75mm1040±1%0.35mm1070±1%2g1090±1%2g10HD911红外探测模块HD911红外探测模块部电路主要由热释电红外传感器、放大器、比较器、信号处理电路和延时输出电路组成。电路静态工作时，1脚输出高电平，2脚输出低电平。动态时，既有移动发热物体进入探测围时，传感器接受到辐射能量，输出幅度约为1mv频率为0.37Hz的微弱信号。该信号经放大后，由比较器比较，经信号

16、处理电路，最后延时输出电路输出用做驱动信号。HD911模块部放大器具有温度补偿功能，探测器工作时，人体辐射和周围环境红外辐射一起进入传感器。当气温升高时，背景红外辐射增强，传感器自身极化强度既传感器输出的热释电信号减小，将明显影响对人体的探测。因此部温度补偿电路，使放大器的增益随环境温度的升高而升高。H911 部电路由高灵敏度红外传感器、放大器、信号处理电路、延时电路、高低电平输出电路组成。其引脚和原理框图如图所示。1和2脚为输出端、3和6为电源端、4和5脚为外接增益调节电位器，调节其灵敏度。部电路图：其电气参数见表所示：参 数参 数 值存储温度-4060电源电压DC5V电源纹波V+±

17、;0.02V传感响应度2500V/W传感水平角度100°静态电流80°放大器增益70DB放大器频宽0.37HZ输出延迟2S电源开通到正常延迟2MIN工作温度-3050组成电路见图所示:此电路构成微波/红外双鉴探测器，调节其电位器可实现探测距离的调整，和输出时间的调整，本级电路探测到的信号经与非后在去触发稳态电路工作。 当有人在探测区域活动时，RD627的6脚输出的信号经NE5532N比较放大后在输出低电平，隔离二极管IN4148均导通，同时HD911探测到的信号经过2脚输出高电平，一起加到门电路去控制下级电路工作。3、单稳态触发电路：NE555属于CMOS工艺制造，采用双列

18、直插式8脚封装。管脚封装图如下图所示：NE555集成模块部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。其工作原理如下：555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于?VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使 VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的47k电

19、阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于?VDD 的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于?VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7k电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使 VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则 VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止

20、，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则 VTl5通过4.7k电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级 VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于?VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于 ?VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于?VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚

21、为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3与VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。组成原理如下图所示:应用NE555集成模块构成的本级电路实现控制功能，既输出可以延时，一般延时为5分钟左右。电路图如下:4、报警电路：下本电

22、路采用语音集成模块来实现报警，当有目标靠近时候，该电路发出报警声音，来提醒用户，实现与时的处理问题，尽量减少不必要的事情发生。该模块是HALQ46-88D型大功率语音报警喇叭。其构成的本级电路如图所示：5、计数显示电路： 该电路应用计数芯片74LS160同步十进制计数器，它有置数端、清零端等。采用双列直插式十六脚封装。其管脚图如下所示：应用清零端实现3进制的计数：3进制的BCD码为0011，采用QB、QA端实现清零。用一个与非门可以实现。脉冲端接555的3脚。因为计数芯片是脉冲上升延有效。S1、S2端直接接由QD、QC端经与非后的高电平。其功能如表所示： CrS1S2LDCP功 能0*清零1*0置数1111计数1011*保持1*01*保持说明： 本设计在一部分电路中，需要在实物电路中调试。带来的不便敬请谅解。四、毕业实训综合总结：基于多普勒效应室防盗雷达是现代家居和工厂监控重要电路终端模块，在本设计中应用多普勒效应原理构成的防盗系统简单，易于实现。可适用于多种场合。大大减少了成本。防盗报警设备主要由探测器和报警器组成。目前市场上主要的探测器是被动红外探测器（PIP），在一些专业领域会采用主动式红外探测器(AIR)。集成化是防盗报警设备也是所有安防设备的主要发展趋势，其主要有方面：自动化技术中经典的传感器正在被新材料、新原理、多功能、