紅外線安全防盜報警系統(tǒng)的設計(共11頁)

1、紅外線安全防盜報警(bo jng)系統(tǒng)的設計 摘要(zhiyo)隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術正在不斷地發(fā)展。與同時，紅外技術已經(jīng)成為先進科學技術的重要組成部分，由于紅外線是不可見光，因此用它進行紅外探測監(jiān)控，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜均能使用(shyng)，而且其抗干擾能力強。防盜報警系統(tǒng)利用單片機控制技術，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內的侵入行為，產生報警信號，并提示發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點，使于迅速采取應急措施。本設計正是基于此，設計了主動式、被動式紅外防盜報警系統(tǒng)。關鍵

2、詞：紅外探測單片機聲光報警 引言科技發(fā)展到今天，人們的生活中涌現(xiàn)出各種各樣的科技產品，各種各樣的電子產品更是花樣百出、遍及人們生活中的每一部分?，F(xiàn)在人們更是感覺到了科技給人們帶來的巨大發(fā)展，科學技術作為第一生產力，在人類社會的發(fā)展中起了很大的推動作用，人類從原始向先進的發(fā)展都伴隨著科學的發(fā)展，從原始的手工到現(xiàn)在的智能控制都是科技發(fā)展的結果，先進的科技能減輕人體勞動量、能更合理地利用時間完成任務，可以說科技的微小發(fā)展都會給人類帶來很大的好處。當代生活中的人們越來越感覺到了社會的飛躍發(fā)展，科技的飛速發(fā)展給人們很多實惠、生活、學習、工作中都滲透著科技，都能明顯地感受到它發(fā)展地威力。安全防范技術是以電

3、子技術為主體的一門綜合性技術。它的特點是靈敏度高、反映迅速、具有極高的準確性、可靠性、客觀性及時間上的連續(xù)性。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術也在不斷地發(fā)展。有一個安定、和諧的家庭氛圍和社會氣息是人們的基本要求，在無人看守的家庭、銀行、倉庫、商店、重要財經(jīng)部門等一些重要的部門實施自動監(jiān)測報警的要求就變得更必要、更重要了，它會使家庭、銀行等重要部門的財產免受損失。針對這一要求人們研制了一系列自動報警系統(tǒng)。如有門磁式、觸摸式、紅外線監(jiān)測等自動報警系統(tǒng),報警器為人們解決了不少問題.但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司財政機構。由于紅外線是不見光，有很強的隱蔽性和保密

4、性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用，此外，在電子防盜、人體探測等領域中，被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。紅外技術已經(jīng)成為先進科學技術的重要組成部分，它在各領域都得到廣泛的應用。由于它是不可見光，因此用它作防盜監(jiān)控報警器，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干擾能力強防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內的侵入行為，產生報警信號，并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安保控制中心準確顯

5、示出事地點，使于迅速采取應急措施。 設計方案 被動(bidng)紅外報警探測器在室溫條件下，任何物品均有輻射。溫度越高的物體，紅外輻射越強。人是恒溫動物，紅外輻射也最為穩(wěn)定。我們之所以稱為被動紅外，即探測器本身不發(fā)射任何能量而只被動接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射。探測器安裝后數(shù)秒種已適應環(huán)境，在無人或動物進入探測區(qū)域時，現(xiàn)場的紅外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進來，經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產生突變電信號，而發(fā)出警報。被動紅外入侵探測器形成的警戒線一般可以達到數(shù)十米。被動式紅外探測器主要由光學系統(tǒng)、熱傳感器(或稱為紅外傳感器)及報警控制器等部分組成(z chn)。其核心是不見是紅外探測器件

6、，通過關學系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內的熱輻射的變化。紅外傳感器的探測波長范圍是814m，人體(rnt)輻射的紅外峰值波長約為10m，正好在范圍以內被動式紅外探測器(PassiveInfaredDetector，PIR)根據(jù)其結構不同、警戒范圍及探測距離也有所不同，大致可以分為單波束型和多波束型兩種。單波束PIR采用反射聚焦式光學系統(tǒng)，利用曲面反射鏡將來自目標的紅外輻射匯聚在紅外傳感器上。這種方式的探測器境界視場角較窄，一般在5以下，但作用距離較遠，可長達百米。因此又稱為直線遠距離控制型被動紅探測器，適合保護狹長的走廊、通道以及封鎖門窗和圍墻。多波束型采用透鏡聚焦式光學系統(tǒng)，目前

7、大都采用紅外塑料透鏡多層光束結構的菲涅爾透鏡。這種透鏡是用特殊塑料一次成型，若干個小透鏡排列在一個弧面上。警戒范圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成立體扇形感熱區(qū)域，構成立體警戒。菲涅爾透鏡自上而下分為幾排，上面透鏡較多，下邊較少。因為人臉部、膝部、手臂紅外輻射較強，正好對著上邊的透鏡。下邊透鏡較少，一是因為人體下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動物紅外輻射干擾。多波束型PIR的警戒視場角比單波束型大得多，水平可以大于90，垂直視場角最大也可以達到90，但作用距離較近。所有透鏡都向內部設置的熱釋電器件聚焦，因此靈敏度較高，只要有人在透鏡視場內走動就會報警。紅外光穿透力差，在防范區(qū)內不應有高大物體

8、，否則陰影部分有人走動將不能報警，不要正對熱源和強光源，特別是空調和暖氣。否則不斷變化的熱氣流將引起誤報警。為了解決物品遮擋問題，又發(fā)明了吸頂式被動紅外入侵探測器。 系統(tǒng)時鐘的設計主動紅外探測器由紅外發(fā)射機、紅外接收機和報警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學系統(tǒng)一般采用的是光學透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，有人經(jīng)過這條無形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號的強度會因此產生變化，從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號。主動式紅外探測器遇到小動物、樹葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應報警，人或相當體積的物品遮擋

9、將發(fā)生報警。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應受地面震動影響，而發(fā)生位移引起誤報，光學系統(tǒng)要保持清潔，注意維護保養(yǎng)。因此主動式探測器所探測的是點到點，而不是一個面的范圍。其特點是探測可靠性非常高。但若對一個空間進行布防，則需有多個主動式探測器，價格昂貴。主動式探測器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉庫的門窗封鎖、購物中心的通道封鎖、停車場的出口封鎖、家居的陽臺封鎖等等。主動式紅外探測器有單光束、雙光束、四光束之分。以發(fā)射機與接收機設置的位置不同分為對向型安裝方式和反射式安裝方式，反射型安裝方式的接收機不是直接接收發(fā)射機發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當?shù)姆瓷湮?如石灰墻、

10、門板表面光滑的油漆層)反射回的紅外光束。當反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機無法接收到紅外反射光束時發(fā)出報警信號。當使用較多的探測器進行防范布局時應該注意消除射束的交叉誤射。 器件(qjin)選型單片機AT89C2051AT89C2051是美國ATMEL公司生產(shngchn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機，片內含2kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大A

11、T89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。同時AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)(zhungti)。省電模式中，片內RAM將被凍結，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。1.程序保密：89C2051設計有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。2.軟硬件的開發(fā)：89C2051可以采用下面2種方法開發(fā)應用系統(tǒng)。(1)由于89C2051內部程序存貯器為Flash，所以修

12、改它內部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可。調試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對于熟練的MCS-51程序員來說，這種調試方法并不十分困難。當做這種調試不能夠了解片內RAM的內容和程序的走向等有關信息。(2)將普通8031/80C31仿真器的仿真插頭中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出來仿真205T，這種方法可以運用單步、斷點的調試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強下拉能力等等。3.主要性能(1)兼容MCS51指令系統(tǒng)；(2)15條可編程I/O口線；(3)兩個16位可編程定時

13、器/計數(shù)器；(4)時鐘頻率0-24MHz；(5)兩個外部中斷源；(6)可直接驅動LED；(7)低功耗睡眠功能；(8)可編程串行(UARL)通道；(9)2k可反復擦寫(1000次)FlashROM；(10)106個中斷源；(11)2.7-6.V的寬工作電壓范圍；(12)128*8位內部RAM；(13)個串行中斷；(14)2級程序存儲器保密鎖定；(15)內置一個模擬比較放大器；(16)軟件設置睡眠和喚醒功能，全靜態(tài)(jngti)工作：0Hz-24KH；固定(gdng)三端穩(wěn)壓器如圖4-4所示，三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸出

14、三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸也三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有23V及以上的壓差(y ch)。使調整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應兼顧，即既保證在最大負

15、載電流時調整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器,而損壞器件。78系列(xli)應用電路提高(t go)輸電壓的電路如圖4-5所示，其中I1為三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流，其值變化不大，一般在5mA左右，最大8mA，由于穩(wěn)壓作用，所以輸出端為5V，也就是R1兩端(lin dun)為5V，流過電流I2=5/R1，I2加上I1流過R2，所以R2兩端的電壓為(I1+I2)*R2，最后兩個電阻兩端的電壓加起來就是，輸也電壓UO。78系統(tǒng)L05三端穩(wěn)壓器的通用產品有78系列(下電源)和79系列(負電源)，輸出電壓由具體

16、型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78(或79)后面加字母來區(qū)分。L表示0.1A,M表示0.5A，無字母表示1.5A，如78L05表求5V0.1A。555定時器簡介如圖4-6所示，555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555定時器成本低，

17、性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。555定時器有二個比較器A1和A2，有一個RS觸發(fā)器，R和S高電平有效。三極管VT1對清零起跟隨作用，起緩沖作用。三極管VT2是放電管，將對外電路的元件提供放電通路。比較器的輸入端有一個由三個5kW電阻組成的分壓器，由此可以獲得0和1兩個分壓值，一般稱為閾值。555定時器的1腳是接地端GND，2腳是低觸發(fā)端TL，3腳是輸出端OUT，4腳是清除端Rd，5腳是電壓控制端CV，6腳是高觸發(fā)端TH，7腳是放電端DIS，8腳是電源端VCC。555定時器的輸出端電流可以達到200mA，因此可以直接驅動

18、與這個電流數(shù)值相當?shù)呢撦d，如繼電器、揚聲器、發(fā)光二極管等。如圖4-7所示，為555時基電路的電路結構和8腳雙列直插式的引腳圖，由圖可知555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本個部分(b fen)組成。1腳：GND(或Vss)外接電源負端VSS或接地(jid)，一般情況下接地。8腳：VCC(或VDD)外接電源VCC，雙極型時基電路VC型時基電路VCC的范圍(fnwi)為318V。一般用5V。3腳：OUT(或Vo)輸出端。2腳：TR低觸發(fā)端。6腳：TH高觸發(fā)端。4腳：R是直接清零端。當R端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：C

19、O(或VC)為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：D放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5k的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器C1、C2提供參考電壓，比較器C1的參考電壓為2/3Vcc，加在同相輸入端，比較器C2的參考電壓為1/3Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成運放C1、C2組成。高電平觸發(fā)信號加在C1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本RS觸發(fā)器R端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在C2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓

20、比較后，其結果作為基本RS觸發(fā)器S端的輸入信號?；綬S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器C1、C2的輸出端控制。555定時器的應用如圖4-9所示，由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸(jich)發(fā)信號，利用電源通過R1通R1、R2向C充電，以及C通過R2，以及C通過R2向放電端放電，使電路產生振蕩。電容C在充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應的波形如圖4-10所示輸出(shch)信號的時間參數(shù)是=0.7（R1+R2）C(4-1)=0.7R2C(4-2)其中(qzhng)，為VC由上升到所需的時間，為電容

21、C放電所需的時間。555電路(dinl)要求R1與R2均應不小于1K，但兩者之和應不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率(pnl)和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應用很廣。3.組成(z chn)占空比可調的多諧振蕩器電路如圖4-11，D1、D2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑(充電時D1導通，D2截止；放電時D2導通，D1截止)。COMS反相器如圖4-12所示CMOS反相器由兩個增強型MOS場效應管組成，其中V1為NMOS管，稱驅動管，V2為PMOS管，稱負載管。NMOS管的柵源開啟電壓UTN為正

22、值，PMOS管的柵源開啟電壓是負值，其數(shù)值范圍在25V之間。為了使電路能正常工作，要求電源電壓UDD(UTN+|UTP|)。UDD可在318V之間工作，其適用范圍較寬。工作原理：(1)當UI=UIL=0V時，UGS1=0，因此V1管截止，而此時|UGS2|UTP|，所以V2導通，且導通內阻很低，所以UO=UOHUDD，即輸出為高電平。(2)當UI=UIH=UDD時，UGS1=UDDUTN，V1導通，而UGS2=0|UTP|，因此V2截止。此時UO=UOL0，即輸出為低電平?？梢?，CMOS反相器實現(xiàn)了邏輯非的功能。CMOS反相器的主要特性：CMOS反相器的電流傳輸(chun sh)特性如圖4-1

23、3所示：反相器CC4069如圖4-14所示，CC4069由六個COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅動和邏輯電平轉換的電路中。CC4069提供(tgng)了14引線多層陶瓷雙列直插(D)，熔封陶瓷雙列直插(J)，塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4種模擬(mn)聲響發(fā)生器(揚聲器)圖4-16是由兩個多諧振蕩器構成(guchng)的模擬聲響發(fā)生器。左側振蕩器的振蕩頻率較低(整定元件(yunjin)為RA1、RB1、C1)比如2Hz；右側的振蕩器的振蕩頻率較高(整定元件為RA2、RB2、C2)比如為1kHz。由于低頻振蕩器的輸出端3接到高頻振蕩器的復

24、位端4，故當振蕩器的輸出電壓uo1為高電平時，振蕩器就振蕩；當uo1為低電平時，振蕩器停止振蕩，從而使揚聲器便發(fā)出間歇聲響。(1)敏感元件(預變換器)。直接感受(或響應)被測量的部分。(2)轉換元件(變換器)。能將敏感元件感受(或響應)的被測量轉換成適合于傳輸和(或)測量的電信號的部分。當輸出為規(guī)定的標準信號時，則一般稱為變送器。紅外發(fā)光二極管紅外發(fā)光二極管是一種把電能百接轉換成紅外光能的發(fā)光器件(紅外光是一種不可見光)，而且能把紅外光輻射到空中。因此也稱紅外發(fā)射二極管。它的主要用途是與其他電路配合，共同構成紅外線遙控系統(tǒng)中的發(fā)射電路。如彩色電視機的遙控、音響的遙控、空調的遙控等部是采用紅外發(fā)光二極管構成的遙控電路。紅外發(fā)光二極管與普通發(fā)光二極管的主要區(qū)別是所選用的材料是砷化鎵或砷鋁化鎵，而普通發(fā)光二極管所用的材料是磷砷化鎵和磷鎵等。紅外發(fā)光二極管所發(fā)的光是視覺看不到的紅外光，而普通發(fā)光二極管發(fā)出的是可見光。紅外發(fā)光二極管的封裝通常采用的是環(huán)氧樹脂，能看到管內的結構，同時也能提高發(fā)光效率。管徑有3mm、5mm，兩種，常用的是5mm的。常用的紅外發(fā)