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热释电红外报警器的设计
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热释电红外报警器的设计
官方公共微信被动式红外报警器；热释电红外（ＰＩＲ）传感器；双精度单稳多频
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。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以、主动式红外发射／接收以及微波等技术为基础。而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：
●不需要用红外线或电磁波等发射源。
●灵敏度高、控制范围大。
●隐蔽性好，可流动安装。２ 热释电红外传感器的原理特性
热释电红外传感器和都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰?该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化?并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用?因而需要用将其转换为电压形式?该电阻阻抗高达１０４ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式?即源极跟随器?来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
图１是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时Ｄ端接正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。
制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为０．２～２０μｍ。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。３ 被动式红外报警器的结构原理
３．１ 结构
被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。其结构框图如图２所示。图中，菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。图３所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。&&& ３．２ 工作原理
在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图４所示是该报警器的工作电路原理图。
当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由Ｃ１、Ｃ２、Ｒ１、Ｒ２组成的带通，该的上限截止为１６Ｈｚ，下限截止频率为０．１６Ｈｚ。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有１ｍＶ左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为０．１～１０Ｈｚ左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器ＬＭ３２４来进行两级放大，以使其获得足够的增益。
当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高信号；无异常情况时则输出低电平信号。在该比较器中，Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１用做参考电压，两个运算放大器用做比较，两个的主要作用是使输出更稳定。窗口比较器的上下限电压?即参考电压?分别为３．８Ｖ和１．２Ｖ。将这个高低电平变化的信号?上升沿信号?作为单稳电路ＨＥＦ４５３８Ｂ的触发信号，并让其输出一个脉宽大约为１０ｓ的高电平信号。再用这一脉宽信号作为报警电路ＫＤ９５６１的输入控制信号，来使电路产生１０ｓ的报警信号，最后用三极管ＶＴ１和ＶＴ２再一次对电信号进行放大，以便有足够大的来驱动喇叭使其连续发出１０ｓ的报警声。
用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。经过多次测试，该系统工作情况稳定。 图4 &&& 热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：
（１）报警器应离地面２.０～２.２米。
（２）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。
（３）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
（４）报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。
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文档介绍：
热释电红外防盗报警器
石家庄铁道大学
学院: 电气与电子工程学院专业: 电子信息工程课程名称: 物联网技术学生姓名: 刘正艺学号:
指导教师: 王伟明完成日期:
课程作业任务书
一、作业目的
红外线防盗报警器是当前使用比较普遍的报警器之一,它以其灵敏度高、价格实惠,受到了广大用户的欢迎。但是使用每一种红外线传感器都有其不足之处,如抗干扰能力弱、误报漏报现象严重等,可靠性不够高。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子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存在一些缺点。因此,设计一种基于单片机和物联网简易的红外报警器,设计的系统采用了热释电红外传感器,它的制作简单、成本低,安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信,便于时时更新报警的设置。
二、作业内容及要求
该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路,报警电路组成。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件,它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较,从而实现报警功能。具体要求:
1、有四个控制按键,一个按键布防,一个按键是遇到紧急情况紧急报警,一个是撤防和一个单片机的上电复位按键。
2、按下布防按键后, 20秒后进入监控状态(此时有人靠近不报警),20秒后当有人靠近时,热释红外感应到信号,传回给单片机,单片机控制蜂鸣器进行报警,按下撤防按键解除布防。
3、当遇到特殊紧急情况时,可按下紧急报警键,蜂鸣器进行报警。
三、作业成果形式及提交要求
作业成果形式:实物设计和设计论文
提交要求:实物演示讲解。
四、参考文献
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[5] 何希才.传感器及其应用实例.北京:***出版社,2004.
热释电人体感应红外报警器
摘要:本课程设计研究的是热释红外报警系统,根据物理学知识,凡是温度大于绝对零度的物体都会发出红外线。不同的物体发出的红外线频率也不相同,因此用热释电红外传感器可以探测出监控环境中的某些特定范围的波长的红外线,达到报警的效果。
该热释红外的报警系统由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括单片机系统,热释电红外传感器探头、按键电路、LED显示电路,蜂鸣器报警电路等部分;软件部分主要包括热释电传感器输出信号的采样、数据分析模块,其中,系统主程序,红外热释电传感器子程序,报警子程序和按键子程序,均采用51系列C语言编程实现。
关键词:热释电红外传感器;c语言;单片机
1 绪论...................................................... 5
1.1、设计背景............................................ 5
1.2、设计概述............................................ 5
2 方案的设计与选定.......................................... 6
2.1 方案设计............................................. 6
2.2选定方案............................................. 7
3 热释电传感器概述.......................................... 8
3.1、热释电红外传感器.................................... 8
3.2菲涅尔透镜........................................... 9
4、系统硬件模块设计........................................ 12
4.1单片机最小系统...................................... 12
4.2按键控制电路........................................ 13
4.3 发光二极管报警电路.................................. 14
4.4蜂鸣器报警电路...................................... 15
5、系统软件模块设计........................ 错误!未定义书签。
5.1程序设计思
5.2程序设计
5 系统总电路图............................................. 23
总结与展望................................................. 24
总结.................................................... 24
展望.................................................... 24
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的传感元件是热释电红外传感器。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。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:
不需要用红外线或电磁波等发射源;
灵敏度高、控制范围大;
隐蔽性好,可流动安装。
1.2、设计概述
随着电子技术的发展,人类不断研究,不断创新纪录,人们自身的安防意识也在逐渐增强。此类装置设计的要点:其一是能有效判断是否有人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。
该报警器能探测人体发出的红外线,当人进入报警器的监视区域内,即可发出报警1
内容来自淘豆网转载请标明出处.基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析--《仪表技术与传感器》2013年07期
基于热释电红外传感器微弱信号处理电路的设计与分析
【摘要】：微弱信号处理一直是传感器应用电路中一个棘手的热点问题[1]。信号提取的重点则是如何对特定频率的微弱信号实现有效的提取并放大[2-4]。文中通过对热释电红外传感器[5-6]探测器出来的信号进行分析,结合设计要求,经过严格的参数计算,对整个信号处理电路进行了合理的分级设计[7],经测试,电路具有良好的选频特性和滤波效果,具有最佳的平坦特性[8],实现了微弱信号的精确放大[9-10]。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP212.14;TN911.7【正文快照】：
0引言热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。它热电系数高,内部热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成[11]。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用,因此在结构上引入场效应管完成阻抗变换,文中通过对热释
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