传感器技术与检测技术课程设计

1、传感器技术与检测技术课程设计家庭防盗设备基于红外传感器的设计班级：电气工程及其自动化 2013-3姓名：刘正15张麒25张作栋29朱源鑫34指导教师：蒲海涛完成时间：2016.5.361引言 32总体方案 42.1 设计方案 42.2 单片机选择 42.3 传感器选择 62.4 红 外 传 感 器 探 测 结 构 72.5红外传感器探测原理 82.6 关键性原件 82.7门磁 103详细设计 114总结 125参考文献 131 .引言：随着科技的进步，各种智能化的电子产品渐渐进入市场。 这使我们的 生活方便了许多。工业及家庭的控制系统从最初的手动控制，到现在 智能化的自动控制经历一段很长的过程

2、。随着计算机的发展与进步， 各种程序化的控制大大提高了其准确度和精度。电子技术的发展，人类的不断研究、创新，人们自身的安防意识 也在不断的增强，于是报警器就应运而生，特别是红外线报警器。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，做到防盗。目前市面上防盗装备主要有开关式电子防盗报警器、压力触发式 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 较常见的报警器都或多或少的存在着一些缺点。 本次设计的红外线探 测防盗报警器是基于红外光的不可见性而设计的，具有报警精确度 高、误报率低、设备安装隐蔽等特点，因此在防盗、警戒等安保装置 中得到了广泛的

3、应用。2 .总体方案：家庭防盗报警设备一般是由探测器， 单片机和报警器组成。它的最简 单形式是以家庭为单位。2.1 设计方案：通过探测器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机 分析并发送数据，以此来控制报警器的启动。2.2 单片机选择：STC89C5奥STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8：微控制器， 具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C5皱用经典的MCS-51 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统 51单片机不具备的功能。 在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C5为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方 案。它具

4、有以下标准功能：8k字节Flash , 512字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROMMAX81限位电路，3 个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼 容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模 式下，CPU停止工作，允许RAM定时器/计数器、串口、中断继续 工作。掉电保护方式下，RAMft容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz6T/12T可选T2/PL 0 TZEX/PL 1 匚二P1.2

5、二 F1, 3 IZZ P1. 4 二 PL 5 r PL 6 :PL 7BST RXD/P3, 0 TXD/P3, 1 匚二 IKT0/P3. 2 I INT1/P3. 3 二 TO/P 3.4 二 T1/P3.5 TO/P3.6 二 RD/P3.7 XTAL2 匚二XTAL1 ；VSS ：引脚图:0 12 3 41Z3456 T8 5 11 111PDIPS179 9 0112O90V7S5 4-3 21OLy*O7 65432 1 433333 33 333222 222222VCCF a. O/AE 0P3, 1/AE1Pa 2/AE2PQ. 3/AD3P3. 4/AD4PO. 5/A

6、D5| PO. 6/AD6PO. 7/AE7 j EA ALa/FROGj PS2NP2, 7/A15FZ 6/A14P2. 5/A13P2. 4/A12P2. 3/A11P2. 2/A10F2. 1/A9P2. O/ASETCg9C52RC 引脚图主要特性：8K字节程序存储空间;512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM储空间；可直接使用串口下载2.4红外传感器探测结构：红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用红外 线技术能够实现车辆测速、探测等研究。红外线应用速度测量领域时， 最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰。外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。

7、针对此问题，这里提出一种红外 线测速传感器设计方案，该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段 加速度提供技术支持，可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等 工业生产中需要测量速度的环节。红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由红外 线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵 抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外 线，该光线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导 致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集， 对射管阵 列的间距和阵列数量可根据需求选取。红外技术已经众所周知，这项技术在现代科技、国防科技和工农 业科技等领域得到了

8、广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的 测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱 测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空 间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标 红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统， 是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。1）待测目标：根据其红外辐射特性来对红外系统进行设定；2）大气衰减：待测物的红外辐射通过大气层时会受到多种物质的 影响发生衰减现象；3）光学接收器：用于接受部分红外辐射并将其传输至红外传感 器；4）辐射调制器：又称为调制盘或斩波器，用于将红外辐射调制成 交变的形式以

9、提供待测物的方位信息，并滤除干扰信号；5）红外探测器：是红外系统的核心，用于探测红外辐射 ；6）探测器制冷器：用于给系统制冷以提高工作效率；7）信号处理系统：将信号进行放大、滤波等处理以提取所需信息 并将有效信息输送至显示设备；8）显示设备：是红外系统的终端设备，用于有效信息的显示。82.5红外传感器探测原理:感知组件系使用PZT强介质陶瓷体，在感知组件施加高压电而分极 之，组件表面显现的正负电荷会和空气中相反之电荷结合而呈电气中 和状。当组件的表面温度变化时，感知组件分极的大小会随着温度变 化而变化，因此稳定时之电荷中和状态就崩溃，而感知组件表面电荷 与吸着杂散电荷的缓和时间不同，所以会形成

10、电气上的不平衡，而产 生没有配对的电荷，如图所示。P7T:介魔阳登体'T 卜:2.6 关键性原件：菲涅尔滤光透镜一一又名螺纹透镜，多是由聚烯炫材料注压而成的薄 片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大 的同心圆，它的纹理是根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和接收角 度要求来设计的。透镜的要求很高。一片优质的透镜必须表面光洁， 纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mmfc右，特性为面积大、厚度 薄及侦测距离远。9菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好， 但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合， 如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。使

11、用普通的凸透镜，会出现 边角变暗、模糊的现象，这是因为光的折射只发生在介质的交界面， 凸透镜片较厚，光在玻璃中直线传播的部分会使得光线衰减。 如果可 以去掉直线传播的部分，只保留发生折射的曲面，便能省下大量材料 同时达到相同的聚光效果。菲涅耳透镜就是采用这种原理的。 菲涅尔 透镜看上去像一片有无数多个同心圆纹路（即菲涅耳带 ）的玻璃，却 能达到凸透镜的效果，如果投射光源是平行光，汇聚投射后能够保持 图像各处亮度的一致。v.s.普通凸透镜142.7 门磁: 门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发 射器和磁块两部分组成。门磁系统是一种安全报警系统，门磁如果不 太留意是不太容易

12、看到的。所谓的门磁其实是门磁开关由两部分组 成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁 场，较大的是门磁主体，它内部有一个常开型的干簧管，当永磁体和 干簧管靠得很近时（小于5毫米），门磁传感器处于工作守候状态, 当永磁体离开干簧管一定距离后，处于常开状态。磁铁和干簧管分别 安装在门框（窗框）和门扇（窗扇）里，基本上都是嵌入式安装（也 有表面式安装的），所以不是行业人士一般不太能够注意到这些。把 分户门和外窗打开，看一下分户门门框顶部和外窗的窗框， 就可以看 到圆形的、一般是白色的元器件，其实这就是所谓的门磁。3 .详细设计:红外感应电路图:红外感应模块中采用BISS001芯片

13、，它具有独立的高输入阻抗运算放 大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理，双向鉴幅器，可有效 抑制干扰。报警电路：红外感应模块中采用BISS001芯片，它具有独立的高输入阻抗运算放 大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理，双向鉴幅器，可有效 抑制干扰。VCC4 .总结：本设计以防盗、警戒为出发点，使用 STC89C5弹片机进行数据的 处理、发送和控制。特点是具有报警精确度高、误报率低、设备安装 隐蔽等。但是由于时间和经验的不足，技术水平有限，只涉及硬件设 计，具体设计还有不足之处，本设计还需要不断的完善。通过这次设计活动，我们学到了很多也懂得如何去分工合作， 更重 要的是我们了解了很多关于家庭安保方面的信息。 也让我们对未来家 庭安保系统有了一个深