应物 091热释电红外报警电路设计

1、 东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 光电检测技术 题 目 热释电红外报警电路设计 院 系 电子科学学院 专业班级 应用物理09-1班 学生姓名 学生学号 03 指导教师 2013年3月1日第1章 概述目前，随着科技的不断进步，电子技术的快速发展，人们的生活水平得到了很大的改善，电话、手机、空调等高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律。但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。这就为监控设备在居家安全、政府文件保密等领域的研究提供了必要的前提，当然，纯粹用于自然环境所带来的一些必要的监控处理

2、方面的设计也是很广泛的。如何进行安全监控成了一个热点。红外科学技术是研究红外辐射的产生、传输、转换探测及应用的一种高新技术。军事应用是推动红外技术发展的主要动力。在历次战争中, 红外技术曾显示出巨大的威力, 它已成为现代军事装备的重要组成部分。红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等, 在现代战争和未来战争中都是必不可少的战术和战略手段。另一方面, 由于红外技术的独特功能, 近年来, 军用红外技术已逐步实现了向民用部门的转化。红外成像、红外测温、红外测湿、红外检测、红外报警、红外侦查、红外夜视、等已是各行各业争相选用的先进技术,红外技术在民用部门中发挥着日益重要的作用。随着

3、社会的进步，人们对家居生活安全性的要求也越来越高，各种防盗探测器应运而生。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，随着半导体技术和新型材料的发展，热释电红外探测器的防误报能力、控制范围与可靠性都有了很大程度的提高，可以满足多数环境下的使用要求，因此，在防盗、报警、安全、自动控制等方面，热释电红外传感器比其他类型的传感器应用更为广泛。1.1 设计背景随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件热释电红外传感器。这种热释电

4、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。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：(1)不需要用红外线或电磁波等发射源；(2)灵敏度高、控制范围大；(3)隐蔽性好，可流动安装。1.2 设计意义掌握红外探测防盗器的原理及设计制作与仿真调试，熟悉实用电路设计的一般过程。训练及提高学生综合运用所学知识进行电路设计的原理仿真能力。加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。第2章 热释电红外报警器工作

5、原理2.1 方案设计方案一：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。方案二：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、光电传感器、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，

6、经放大和适当处理，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。2.2选定方案方案二的主动式红外线报警器的硬件电路相比于方案一较为复杂。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。综上所述选择方案一：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电源电路组成。组成框图如下：红外线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2.1 人体红外线感应

7、报警器组成框图第3章 热释电红外报警器电路设计3.1 热释电红外报警器各单元模块设计3.1.1 信号放大电路由于热释电红外传感器的输出信号十分微弱，因此设计性能优异的前置放大电路就显的尤为重要。本系统设计的前置放大电路如图所示。 图3.1 前置放大电路电路的核心为两片运算放大器，采用级联方式提高放大倍数。考虑到火焰的闪烁信号频率为低频信号，传感器的输出信号也以该频率变化，因此将放大器接成低通形式，截止频率为45 Hz，两级电压放大倍数分别为Au1=120，Au2=4，总的放大倍数为Au：Au1xAu2=480= 54db。3.1.2 电压比较电路LM324 另外两个运放组成电压比较检测窗口，由

8、R3,R5 和R7,R8 将高、低通放大器的(3)脚和(5)脚均 设置为 12 Vcc，即 3 V。当红外传感器检测到人体的活动 ，其产生的微弱电压信号经过放大，传送到 LM324 的10,13 脚时，用示波器可以检测到峰值约为 5 V 的正弦波，那么无论是信号的正半周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为低电平 ，使 IC2 的(2)脚由高电平跳成低电平以便控制延时电路工作。静态时，LM324 的(8)、(14) 均为低电平 ，开关管截止 ，IC2 的(2)脚仍为高电平，延时电路不工作。当红外传感器检测到人的活动，在输入信号的正半周时，13 脚的电平高于12 脚所加的 2.6V 比较电压，下

9、比较器由14 脚输出低电平，VD2 截止；此时10 脚电平高于(9脚，上比较器输出高电平，VD1 导通，其高电平使得开关管饱和导通，将IC2 的(2)脚拉成低电平，致使延时电路工作。在信号负半周时，上、下比较器输出电平刚好相反，即(8)脚输出低电平，（14）脚输出高电平，VD2 导通。可见，只 要传感器检测到人体活动，无论是信号的正半周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为高电平，通 过开关三极管从而控制延时电路工作。 图3.2 电压比较电路3.1.3 延时电路R14 和C6 组成报警延时电路，其时间约为 60s。人体离开传感器的探测范围后，其辐射的红外线信号消失，IC2B 的7 脚又恢复高电

10、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，IC3 的 1 脚才变为低电平，时间约为60s，即持续报警 60s。由VT3、R20、C8 组成开机延时电 路，时间也约为60s，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。3.1.4 电源电路图3.3 电源电路3.2 整体电路工作原理红外线探测传感器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IC2 中进行

11、高增益、低噪声放大，此时由IC2脚输出的信号已足够强。IC3 作电压比较器，它的第脚由R10、VD1 提供基准电压，当IC2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IC3的脚由原来的高电平变为低电平。IC4 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IC3 的脚变为低电平时，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，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

12、，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。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IC5 78L06 供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。IC1 采用进口器件Q74，波长为910um。IC2 采用运放LM358，具有高增益、低功耗。IC3、IC4 为双电压比较器LM393，低功耗、低失

13、调电压。其中C2、C5 一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。R12 是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。制作时，在IC1 传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.110Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方710m 处走动，调整电路中的R12，使讯响器报警即可。其它部分只要元器件质量良好且焊接无误，几乎不用调试即可正常工作。本机静态工作电流约10mA，接通电源约1 分钟后进入守候状态，只要有人进入监视区便会报警，人离开后约1 分钟停止报警。如果将讯响器改为继电器驱动其它装置即作为其它控制用。图3.4 总

14、体电路第4章 安装与调试4.1 元件清单图4.1 元件清单4.2软件的程序实现4.2.1主程序工作流程图 按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图所示：开始布防按键按下倒计时结束六十秒倒计时开始检测到有无信号蜂鸣器报警，发光二级管闪烁紧急按键按下YYN蜂鸣器报警10秒结束 图4.1 主程序工作流程图4.2.2中断程序工作流程图来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到1

15、0秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图所示：图4.2 中断服务程序工作流程图4.3硬件调试及调试中遇到的问题第一步为目测，单片机应用系统中大部分电路安装在印制电路板上因此，对每一块加工好的印制电路板要进行仔细的检查。检查它的印制线是否有断线、是否有毛剌、是否与其它线或焊盘有否脱落、过孔是否有未金属化现象等。第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步为加电检查。当给印制板加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值（注意CP

16、U插座上不应该有大于5V的电压，否则联机时将损坏仿真器），接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。第四步是联机检查。在对硬件印制电路板调试过程中，还遇到了不少问题，第一次印制的板并把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，而且和另一插针（也挨太近了，布置PCB板时，也没太注意热释电穿感器的占地面积，调试中才发现这样子根本就无法进行下去，由于自己布板时的疏忽，所以第一块板作废了，有了第一次的经验，再次布PCB板时，特意把这两个离远点。本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的

17、马虎，否则浪费了时间和精力4.4软件调试及调试中遇到的问题将写好的程序烧录到单片机AT89S52芯片中，下载时，才发现自己当时设计原理图时，没有设计串口下载，所以只能借同学的开发板进行下载程序，相当麻烦，因为不是第一次下载就能成功的，经过无数次的程序修改下载调试，可以实现功能的时候，才发现单片机芯片的管脚差不多都被我弄断了，本来是打算在芯片底下加一个插槽的，在后面的调试过程中，发现加了保护层的芯片的管脚和电路板上的插槽接触不是很好，明明是一样的程序，加插槽和不加插槽调试出来的效果很不相同，所以就把它给去掉了。在调试中还应注意以下几点问题： 直流工作电压必须符合我们要求的数值（+5VDC），过高

18、和过低都会影响模块性能，而且要求电源必须经过良好的稳压滤波。 调试时人体尽量远离感应区域，有时虽然人体不在模块的正前方，但是人体离模块太近时模块也能感应到造成一直有输出，还有调试时人体不要触摸电路部分也会影响模块工作，比较科学的办法是将输出端接万用表，把模块用报纸盖住，人离开这个房间，等2分钟后看看模块是否还是一直有输出。 人体感应模块只能工作在室内并且工作环境应该避免阳光、强烈灯光直接照射，如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，关闭门窗或阻止对流。感应区尽量避免正对着发热电器和物体以及容易被风吹动的杂物和衣物。第5章 结论本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能

19、防盗报警器。该防盗报警器通是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。通过这次课程设计，我能够把理论知识

20、同实践结合起来，收获很多，在设计过程中遇到很多问题，通过上网查资料和同学讨论，最终得到解决。设计中我发现自己的理论知识掌握的还不是很牢固，没有理论作支持，实践是很难进行的。这次课程设计从选题、找资料、确定设计方案、设计过程都是我们自己独立完成的。在设计的过程中遇到了许多的问题，但自己通过仔细的分析，不断的改进，实现了设计成功。这次课程设计使我懂得了要想设计一个成功的电路，不但要认真细心，而且要有耐心，全面的去考虑问题。在整个电路的设计过程中，对整个设计要有系统的把握，还要对一些细节考虑周全。只有这样才能设计好电路。在设计中总感觉知识的重要性及运用知识的能力。总体来说，这次课程设计使我收获颇丰。不但巩固了学过的知识，而且学到了许多其他的知识。理论结合实际，加强了对理论的理解，增强了解决问题的能力，同时也拓宽了我们的思维。希望学校多开展这样的设计，丰富我们的学习生活。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬