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红外线报警器设计论文
毕业论文
红外线报警器设计
摘要
[黑体，居中，小2号字体]
通过介绍热释红外传感器的工作原理，给出了一种被动型热释电红外报警器的构造原理及其应用电路。
这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现了防盗报警功能，到达了平安防护之目的。
该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比拟器、延时电路和报警指示电路等组成。
当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比拟重要场合防盗报警。
概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的构造和工作原理。
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、戒备等装置中应用较广。
关键词：
热释红外报警器；单元电路及其功能；产品介绍及安装方法；应用领域；
[黑体，加粗，小2号字体，右对齐]目录
1概述
1.1红外线报警器的发X前景…………………………………………………4
1.2红外线报警器的根本组成…………………………………………………4
1.3热释红外报警器的原理……………………………………………………6
1.3.1元件的选择……………………………………………………………6
1.3.2双元件的特点…………………………………………………………7
2电源的单元电路
2.1变压电路………………………………………………………………8
2.2整流电路………………………………………………………………8
2.3滤波电路………………………………………………………………9
2.4稳压电路………………………………………………………………10
3红外报警器的功能介绍及安装方法
3.1产品功能……………………………………………………………………12
3.2安装方法……………………………………………………………………13
4红外报警器的应用领域
4.1红外报警器的开展状况……………………………………………………14
4.2红外报警器的使用场合……………………………………………………14
结论………………………………………………………………………………16
参考文献…………………………………………………………………………17
致谢………………………………………………………………………………
附录………………………………………………………………………………
第一章 概述
1.1红外线报警器的发X前景
随着经济飞速开展，贫富悬殊逐渐拉大，各地盗贼频频入室行窃日益猖獗，已成为社会的一大公害！
而今人们的经济条件不断改善，生活标准不断提高，平安防X意识逐步增强，防盗报警产品越来越受到人们的高度关注和重视。
红外线防盗报警器的技术追求和开展趋势可以概括为以下几个方面：
〔1〕 随着我国社会和经济的开展，百姓的收入水平不断提高，私有财产的迅速积聚，从而使得平安与XX成为富裕起来的人们最为关注的两大热点，家庭平安保障首当其冲,此为防盗产品风火而起的第一时机点；
〔2〕 全国城市房地产业的持续火爆，20%以上的增长速度，每年800亿的开发总量，为智能安防产品进入普通百姓的新居提供了巨大空间,此为准确的市场评估量所带来的最大商机点；
〔3〕 各地政府对平安问题〔盗抢、火灾、突发事件等〕的高度重视，以及为创立文明城市、花园城市、改善城市形象吸引投资等政府行为需要，出台撤除金属防盗网的政策，为智能隐形防盗网打入市场提供了千载难逢的契机,此为时下政策附与的商机;
〔4〕 对美的追求，对高品位、舒适、爽目居住环境的向往，科技安防成为时尚和潮流；
〔5〕 智能安防市场目前还停留在行业用户，个人及家庭的消费尚未全面启动，根本是一片空白市场，潜力不可估量；
1.2红外线报警器的根本组成
红外线报警器是由报警主机和红外探测器组成的报警系统。
红外探测器是一种微弱信号的检测设备，安装时应注意细节，如灵敏度以及高度等。
红外报警主机由红外报警系统构成，红外报警系统又由四局部组成：
电源电路、红外线发射、单片机系统、声光报警器。
〔１〕电源电路
该电路包括：
保险管、变压器、桥式整流器、电解电容、三端稳压器
他们的功能是：
保险管：
当电源短路等意外情况发生时电源可自动熔断保险管;具备过流,过压保护。
防止整个电路或某些芯片被烧毁。
变压器：
本设计采用的是12V/5W变压器，以便将220V交流市电降压到12V。
桥式整流器：
利用二极管的单向导电性，将交流转换为直流。
电解电容：
滤除电源电流中的杂波。
三端稳压器：
将变压器提供的12V电压变为5V电压，并稳定输出。
〔２〕红外线发射
红外发射二级管由红外辐射效率高的材料〔常用砷化镓〕制成 PN 结，外加正向偏压向 PN 结注入电流激发红外光。
光谱功率分布为中心波长 830 ～ 950nm ，半峰带宽约 40nm 左右，它是窄带分布，。
其最大的优点是可以完全无红暴，〔采用 940 ～ 950nm 波长红外管〕或仅有微弱红暴〔红暴为有可见红光〕和寿命长。
红外线接收二极管工作原理同发射管相似，但也有不同点。
红外接收管当接收到红外光时导通，+5V电源通过红外接收管加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平。
发射管和接收管分别安装在门和窗的适当位置，当有人闯入时遮挡了红外线，接收管截止，反相器输入端为低电平，经反相器CC4069的驱动作用， P3.0-P3.3位高电平。
〔３〕单片机系统
５１单片机最下系统组要有振荡器和复位端组成。
〔４〕声光报警器
声光报警器的主要元器件是由感应器、二极管、蜂鸣器及电源等构成整个报警器。
而整个声光报警器中二极管起着尤为重要的作用。
发光二极管简称为LED，由镓〔Ga〕与砷〔AS〕、磷〔P〕的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
1.3热释红外报警器的工作原理
热释电红外传感器的主要材料，是钽酸锂（LiTao3）、硫酸三甘酞（LATGS）和钛锆酸铅（PZT），其内部构造与外型，如图1-1所示。
它是在钛酸钡一类压电晶体上，上下外表设有电极，并在外表加有黑色膜。
当有红外线间歇地照射时，其外表温度上升，使晶体内部的原子排列产生变化，即引起自发极化电荷。
称此现象为热释电效应，为热电效应之一种。
１――１
热释电效应产生的外表电荷是暂时的，只要它出现，便很快被空气中的各离子所中和。
为此，用热释电效应制作红外传感器时，多是在它的元件前面加有机械式的周期遮光装置，以便使自发极化电荷周期性地出现，只有检测移动物体时不用。
由于热释传感器的输出阻抗很大，输出电压信号又极微弱，故在传感器内部附加一只场效应管与一个薄膜电阻Rg，使其阻抗进展变换。
Rs为负载电阻，有的热释传感器无Rs，需外接。
为实现不同的检测目的，在进入红外线的窗口上设有滤光镜，将不需要的光谱滤掉。
1.3.1热释红外报警器的元件选择
A1、A2、A3：
可选用相应的运放集成电路，如LM324等。
IC1：
三端稳压集成电路，如78L00等。
IC2、IC3：
为任意555型时基集成电路。
PIR：
为双元件热释电红外感应器，波长在8~10um，采用焦路15~20mm的菲涅耳透镜，如LS-064或P2288型等。
假设其内无Ps，应外接。
K：
12V直流继电器，其触点可控制报警灯光闪烁，选JRX-13F。
R1、R12：
1kΩ；R2：
47kΩ；R3、R5、R8、R9：
100kΩ；R4、R7、R13：
10kΩ；R6：
270kΩ；R10：
1．5MΩ；
R11：
15kΩ；R12：
4．7kΩ；R14：
8．2kΩ；R15：
2kΩ；R16：
3．3kΩ；R17：
2．2MΩ；R18、R20：
20kΩ；R19：
1MΩ；R21：
200kΩ；RP：
4．7kΩ。
C1、C6、C13、C14：
100uF；C2、C3、C5、C9、C12：
10uF；C4、C8：
0．47uF；C7：
680p；C10、C1l：
0．1/W。
V1、。
V2：
NPN型三极管，9013型。
D1、D2、D3、D4：
1N4004型二极管。
1.3.2双元件的特点
双元件的特点一是当人射的能量顺序地射到两个元件时，由于两只元件为串联，其输出比一只元件高一倍；另是由于两只元件为逆向相连接，对于一样且同时输入的能量将相互抵消，如太阳光中的红外线干扰和环境温度变化所引起的误差等。
防止外人人侵的热释电红外传感器应用电路，如当有人进入欲保护的视野X围内时，传感器即产生一交流感应电压，其频率与人体移动速度有关，通常在5～6Hz左右。
它可控制10～12m的移动人体，其视野约70度。
第二章 电源的单元电路
2.1变压电路
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯〔或磁芯〕中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压〔或电流〕。
变压器由铁芯〔或磁芯〕和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
交流电的方向和大小随时间变化的,变压器初级通上交流电时,变压器的铁芯中产生了交变的磁场,在次级就感应出频率一样的交流电压.变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。
变压器只能改变交流电压,不能改变直流电压,因为直流电的方向和大小是不变的,通过变压器不会产生交变磁场。
2.2整流电路
单相桥式整流电路是最根本的将交流转换为直流的电路，如下图，二极管D1～D4所组成的单向桥式整流电路。
在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。
２――１桥式整流器
当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。
当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。
2--2
2.3滤波电路
滤波电路是利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。
输入经过滤波电路后，既可保存直流分量，又可滤掉一局部交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
现以单相桥式整流电容滤波电路为例简单介绍电容滤波的工作原理。
电容滤波电路如下图，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。
滤波原理
假设v2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。
此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦波。
当v2到达t=/2时，开场下降。
先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。
指数放电起始点的放电速率很大。
在刚过t=/2时，正弦曲线下降的速率很慢。
所以刚过t=/2时二极管仍然导通。
在超过t=/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。
所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。
电容滤波过程见图。
需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。
显然。
当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图 滤波曲线中的2。
反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。
所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
有Ｃ无ＲL即空载，此时设空载时电容两端的初始电压Ｖc为零。
接入交流电源后，当v2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。
当 v2处于负半周，二极管2D、4D 导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。
2.4稳压电路
２――４
电路如下图，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比拟放大电路、调整电路和保护电路等局部组成。
下面对各局部电路作简单介绍。
〔1〕启动电路
在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压V1接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。
因此，必须用启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电流。
启动电路由T1、T2、DZ1组成。
当输入电压V1高于稳压管DZ1的稳定电压时，有电流通过T1、T2，使T3基极电位上升而导通，同时恒流源T4、T5也工作。
T4的集电极电流通过DZ2以建立起正常工作电压，当DZ2到达和DZ1相等的稳压值，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。
与此同时，T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。
〔2〕基准电压电路
基准电压电路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2组成，电路中的基准电压为---――――
[式中VZ2为DZ2的稳定电压，VBE为T3、D1、D2发射结〔D1、D2为由发射构造成的二极管〕的正向电压值。
在电路设计和工艺上使具有正温度系数的R1、R2、DZ2与具有负温度系数的T3、D1、D2发射结互相补偿，可使基准电压VREF根本上不随温度变化。
同时，对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。
〔3〕取样比拟放大电路和调整电路
这局部电路由T4～T11组成，其中T10、T11组成复合调整管；R12、R13组成取样电路；T7、T8和T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5组成的电流源作为它的有源负载。
〔4〕过热保护电路
电路由DZ2、T3、T14和T13组成。
在常温时，R3上的压降仅为0.4V左右，T14、T13是截止的，对电路工作没有影响。
当某种原因〔过载或环境温升〕使芯片温度上升到某一极限值时，R3上的压降随DZ2的工作电压升高而升高，而T14的发射结电压VBE14下降，导致T14导通，T13也随之导通。
调整管T10的基极电流IB10被T13分流，输出电流IO下降，从而到达过热保护的目的。
第三章 产品的功能介绍及安装方法
3.1产品介绍
红外报警器的功能：
◆主机由微电脑CPU控制器等组成
◆无线接收，灵敏度高，抗干扰强
◆数字编码不重复，探测目标灵敏度高
◆自助自录10秒语音报警
◆可轮流拨打6组报警，这6组可以是固定，也可以是手机。
拨打过程中有人接通那么不再拨打其他设定。
◆无线遥控布防、撤防、紧急报警
◆报警自动抢线拨号，循环拔打接警
◆数字双编码，万户同用互不干扰
◆可与配套接警系统联网使用
◆电源交直流两用，主机内置后备可充锂电池，与市电自动切换
◆有声或无声报警
◆线防剪
◆远程监听现场
◆远程控制
◆内置警号，警号音量可调
◆可学习5个遥控，20个无线配件
红外报警器介绍：
1、红外线报警器具备100个独立的无线防区，可以单独撒布防区。
既方便又实用；
2、红外线报警器的探测器与主机能够无线对码。
学习式的编码让系统的扩容更加简单快捷；
3、红外线报警器的报警声音以及音量可以自由选择，增强保安系统的戒备性；
4、红外线报警器的主机具备可以设定开关机的时间以及开机与关机的状态提示的功能；
5、红外线报警器可以显示报警信息，方便提醒保安人员报警的具体位置与时间；
6、红外线报警器可以查询报警记录，具备储存功能；
7、红外线报警器内置备用电源，防止停电后能够继续实现安防功能；
8、红外线报警时可以自动拨打，实现紧急报答报警功能。
3.2安装方法
在安装时由于红外探测器是属于微弱的信号检测设备，因此在安装的时候要注意一些细节问题，例如灵敏度以及高度等。
那如何安装被动红外探测器呢？
那就必须按照以下几步来做：
1、对红外探测器的性能一定要特别的了解，这是对报警器的安装的根本工作；
2、确定好安装红外探测器的安装位置，这是高度的问题；
3、要对红外探测器的调试一定要仔细，对他的灵敏度调试好，这是安装的关键所在。
高度调整：
那这个调试的灵敏度怎么调试呢？
安装的高度会影响探测器的灵敏度。
探测器的高度的不同，切割区和暗区的频率就会变得不一样了。
环境调整：
除了高度影响灵敏度之外，红外探测器周边的环境也会影响到它的灵敏度。
例如，如果被动红外探测器是对着玻璃门窗的，那就会产生两个问题：
一个是门窗外的环境干扰，人群以及车辆的流动会影响到探测器对信号的判断；另一个就是白光干扰，红外探测器的PIR是对白光有很强的抑制功能的，不过这也不是完全抑制，所以防止正对着白光来源，可以防止强光的干扰。
温度调整：
红外线报警器的被动红外探测器的感应与温度的变化是息息相关的，冷热温度很有可能引起红外探测器的误报，如果是低性能的探测器，门窗的空气对流也会引起误报，因此要根据环境的温度变化选择不同灵敏度的探测器，这是红外线报警器的安装要考虑的一点。
第四章红外报警器的应用领域
4.1红外报警器的开展状况
人类社会的进步，社会财富的增长和科技水平的提高，改善了我们的生活和质量。
然而，社会不安定因素和犯罪也在同时增加，并且随着高新技术的开展，犯罪手段日渐现代化、智能化。
无论是经济兴旺国家，还是开展中国家或欠兴旺国家，都不同程度地发生着相应社会条件下的犯罪现象，有些甚至是跨国犯罪。
平安问题已成为整个国际社会关注的焦点问题。
防盗报警器安防行业是随着现代社会平安需求应运而生的产业。
可以说，社会只要还有犯罪和不安定因素存在，安防行业就会存在并开展。
事实证明，社会犯罪率往往并不因社会的开展、经济的繁荣而减少。
欧美等兴旺国家，如果没有建立在高科技技防根底之上的平安防X系统，其社会犯罪率可能会比现在要高出几倍乃至几十倍。
那种“夜不闭户〞、“路不拾遗〞的“民风〞，其实只是一种美好的愿望，这个行业既然诞生了，就不会消亡。
因此，我们完全没有必要刚吃了几顿饱饭，就产生如何减肥的忧虑。
现代社会对平安防X的要求越来越高，防盗报警器安防市场的开展就是一种观念和产品同时“进化〞的过程。
门和锁具我们用了几千年，直到20世纪八、九十年代，城市家庭才兴起防盗门和防盗锁，随着社会的进步和需要，人们的生活水平和安防意识的提高，更先进的家用防盗产品必将成为安防消费的主流并最终取代旧的安防产品，这是社会进步的必然。
有人说，安防产品是“后消费时代〞的宠儿。
现今，中国老百姓有房有车的“后消费时代〞已经降临，那么，智能防盗报警器安防消费的春天还会远吗？
4.2红外报警器的应用场合
1.什么是家居安防
家居安防系统主要由主机和各类探测器组成，主机具有警情处理及转发功能，用遥控器可对其进展解除戒备、进入戒备等操作。
主机能接收前端各类探测器发出的警情信号，如防盗红外线报警器发出的盗警信号、烟雾探测器发出的火警信号、煤气泄漏信号等。
主机收到信号后，自动从预设的报警对象中检索相应警情的报警，并在5秒之内将警情播报发出，及时拨通相关人员的固定或手机，告知警情。
同时现场将有高音警号响起〔可选〕。
并可向物业或管理部门的接警中心报警。
2.什么是周界防X
周界防X系统在防护区域的四周围墙上规划设计室外红外线对射报警器，在周边形成一道看不见的红外墙，与报警控制器连接。
当有人通过这道无形的围墙时，相应的报警探测器能将报警信号送到警卫值班室或控制中心的主机，发出声光报警、显示报警位置。
假设配合有监控系统，监控中心图像监视屏上立即显示报警点相关的CCTV图像，值班保安可通过操作相应的CCTV摄像机监视报警区域的人员活动情况，同时进展实时图像录像。
利用光电对射式红外线感应器形成的红外墙体，构成平安系统的第一道防线，使用户的平安得到高度保证。
光电对射式红外线感应器，广泛应用于军机场、博物馆、监狱、工厂、住宅小区、高级别墅区等场所。
3.什么是视频监控
视频监控系统主要由前端摄像局部、传输局部、控制局部、显示与记录四大局部所组成。
系统使管理人员在控制室中能观察到前端防X区域内所有人员活动情况并记录，为保安系统提供动态图像信息。
随着现代计算机技术、多媒体技术、网络技术和数字图像压缩技术的迅猛开展而诞生的DVR数字监控系统，是以计算机为核心的多媒体监控，把管理权交给计算机，不以人的主观意识为转移。
同时其自身所固有的特性，为今后的开展提供了广阔的空间，随着全社会的数字化，网络化步伐的加快，传统模拟监控系统必将被新一代的数字化，网络化多媒体管理监控系统所取代。
只要根据需要在需监控的场所安装一定数量的摄像机，即可在值班控制中心实时监控小区内各位置的人员活动情况，并将其录制保存下来。
为事件发生后的调查提供第一手资料。
4.什么是电子巡查
由于保安巡逻工作比拟枯燥，再加上长期没有有效的监视手段，巡逻人员容易产生麻痹思想，造成巡逻不到位。
往往直到酿成严重后果，大家才体会到保安巡逻的重要，给单位的人财物造成一定损失，也影响单位的形象。
采用电子巡查系统，在单位要巡逻的重要部位上布上巡查点，巡逻人员随身携带巡更机进展巡逻。
由于巡更机中的巡查数据是无法伪造的，巡逻人员是否巡逻、是否按照规定的时间、次数、路线进展巡逻，管理人员一目了然。
既到达了对巡逻进展有效监视的效果，又降低了管理人员的工作难度。
系统安装时，把信息钮固定在每个需要巡查的地点，巡查人员经过时，只要用巡更棒*近〔非接触式系统〕信息钮，巡更棒便可记录信息。
管理人员定期将巡更棒的信息读入计算机，便可了解每个巡查人员工作情况，便于监视考核。
应用领域：
铁道、石油管线、邮政、通讯线路、物资库房等场合巡查。
5·什么是门禁系统
门禁系统可用于智能建筑的平安防X，酒店、工厂、工作重地、会所通道出入管制等场合。
系统还可用于各企事业单位的考勤管理。
相关人员用接触式卡或非接触式卡说明身份前方可进入特定场所，其他人员将被拒绝进入。
用作考勤时，管理者可随时从计算机上查阅内部工作人员人员出勤状况〔每个工作人员是否按时到达〕，使考勤过程公正、严格、真实。
系统结合了非接触式IC卡技术与计算机网络在数据检索、通信、采集方面的优势，以一X多功能非接触式IC卡同时担负起人员工作证、门禁通行钥匙等管理职能，在计算机网络环境下尽享现代智能化管理方式的便利之处。
同时，通过门禁系统与安防、消防系统的智能联动功能，实现安防体系一体化，及时反响，快速报警，最大程度保障企业员工及财物的平安。
6.什么是停车场管理
对于现代化的停车场管理系统，需要保证车辆停泊平安，又能方便用户停车、取车。
停车场管理系统以计算机网络管理为钮带，以车辆控制器、读卡器为核心，以非接触式HID感应卡为信息单元，对进、出小区停车场的机动车辆进展自动控制和管理，维持小区车辆秩序、保持小区正常安定的工作生活环境。
本系统对进出小区的车辆可分为二类，一类为小区常住户车辆，使用固定的车位；另一类为临时进出车辆。
常住户车主备有物业管理部门发放的感应HID卡作为通行卡。
该HID卡在发卡时已授权并存储在管理中心的计算机中。
因此，当住户车辆出入时，车主持卡*近读卡机时，管理系统将立即识别、比拟，判断有效，发出放行信息，控制道闸启动。
车辆通过道闸，通过地感线圈后，管理系统将发出通过完毕信息，控制道闸落下，恢复原状。
遇见有过时或无效的HID卡，系统将不予成认，并由管理人员给予提示和解释。
临时进出车辆的车主因无本系统发行的HID卡，故道闸不予开启，必须在岗亭处购置或领取一次性车辆通行卡，方可通行。
同时摄像机抓拍车辆图片，供出口时查询比对。
表3.2红外报警器毕业设计表[表格标题，黑体，加粗，5号字体，单倍行距，居中]
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