基于熱釋電紅外感應(yīng)短信防盜報(bào)警器

1、基于紅外檢測(cè)的短信防盜報(bào)警裝置 趙江偉、楊希寧、薛攀娜前言隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對(duì)所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是家居安全方面，不得不時(shí)刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在許多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于紅外線(xiàn)是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得帶了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜，人體探測(cè)等領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器也以其價(jià)格低廉，技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶(hù)和專(zhuān)業(yè)人士的歡迎。目前，國(guó)內(nèi)使用的各類(lèi)防盜、保安報(bào)警器基本都是以超聲波、主動(dòng)式紅外發(fā)射/接受等技術(shù)為基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)采用熱釋電紅外傳感器。這種傳感

2、器能以非接觸的形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線(xiàn)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙感等領(lǐng)域。方案選擇：方案一：超聲波探測(cè)器。優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)分置的超聲波探測(cè)器警戒范圍大，可控制幾百立方米空間，多組使用可以警戒更大的空間。安裝超聲波探測(cè)器的空間密封性要求高，不應(yīng)有大容量的空氣流動(dòng)，不能有過(guò)多的門(mén)窗且需緊閉。用超聲波探測(cè)器保護(hù)的空間隔音性能要好，以減少外界噪聲引起的誤報(bào)。超聲波對(duì)物體沒(méi)有穿透性。超聲波是以空氣作為傳輸介質(zhì)的，因此空氣的溫度和相對(duì)濕度會(huì)影響其探測(cè)靈敏度。當(dāng)溫度為21、相對(duì)濕度38%時(shí)，超聲波的衰減最為嚴(yán)重，探測(cè)范圍也最小。方案二：雷達(dá)式

3、微波探測(cè)器。雷達(dá)式微波探測(cè)器是一種將微波收、發(fā)設(shè)備合置的探測(cè)器，工作原理基于多普勒效應(yīng)。微波的波長(zhǎng)很短，在1mm1000mm之間，因此很容易被物體反射。微波信號(hào)遇到移動(dòng)物體反射后會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號(hào)與發(fā)射波信號(hào)的頻率會(huì)產(chǎn)生微小的偏移。探測(cè)器對(duì)警戒區(qū)域內(nèi)活動(dòng)目標(biāo)的探測(cè)范圍是一個(gè)立體防范空間，范圍比較大，可以覆蓋60至90的水平輻射角，控制面積可達(dá)幾十到幾百平方米。雷達(dá)式微波探測(cè)器的發(fā)射能圖與所采用的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)有關(guān)，采用全向天線(xiàn)（如1/4波長(zhǎng)的單極天線(xiàn)）可產(chǎn)生近乎圓球形或橢圓形的發(fā)射范圍，這種能場(chǎng)適合保護(hù)大面積的房間或倉(cāng)庫(kù)等處。方案三：熱釋電紅外傳感器。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅

4、外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是容易受各種熱源、光源干擾被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。綜合考慮電路復(fù)雜度、工作穩(wěn)定性、性?xún)r(jià)比等因素，我選擇方案三熱釋電紅外傳感器作為本設(shè)計(jì)的傳感器部分。以下是本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖：信號(hào)處理電路熱釋電紅外傳感器待測(cè)目標(biāo)編碼發(fā)送電路電路短信報(bào)警電路接收解碼電路圖一 熱釋電紅外防盜報(bào)警控制器結(jié)構(gòu)框圖原理分析1 熱釋電紅外傳感器的原理特性圖三 PIR D203S的入

5、射視角圖本設(shè)計(jì)采用PIR D203S通用雙元熱釋電紅外線(xiàn)感測(cè)器。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及膽酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而引起的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸方式檢測(cè)到物體放出的紅外線(xiàn)能量變化。并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱釋電輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換成電壓

6、形式。該電阻的阻抗高達(dá)104M，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式，即源極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感 圖四 D203S視野特性 器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三個(gè)部分組成。人體輻射的紅外線(xiàn)中心波長(zhǎng)為910-um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)人體輻射的 HYPERLINK /view/495838.htm 紅外線(xiàn)傳感器。圖五 熱源通過(guò)傳感器時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)紅外線(xiàn)

7、熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線(xiàn)熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感,而對(duì)于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感.在現(xiàn)場(chǎng)選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測(cè)靈敏度極為重要的一環(huán)。BISS0001的內(nèi)部框圖信號(hào)處理電路的原理 BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。CMOS工藝

8、，數(shù)?；旌?，具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾，內(nèi)圖六 BISS0001引腳圖設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，采用16腳DIP封裝，其引腳分布如圖六。 重要引腳功能介紹：1腳：A，可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)。2腳：VO，控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。3、4、5、6腳：分別為輸出延時(shí)和觸發(fā)封鎖時(shí)間調(diào)節(jié)端。8腳：參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。10腳：IB，運(yùn)算放大器偏

9、置電流設(shè)置端。1216腳：分別是兩級(jí)運(yùn)放的輸入輸出端。信號(hào)處理電路如圖八所示，BISS0001內(nèi)部的第一級(jí)運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C10耦合給第二級(jí)運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由內(nèi)部電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。圖中RT1可以調(diào)節(jié)放大器增益的大小，減小RT1可以提高電路增益改善電路性能。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的RT3和Cy1的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R5和Cy2的大小決定。可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)由J1跳線(xiàn)帽進(jìn)行選擇。電源電

10、路本設(shè)計(jì)因所用器件的功耗都較小，同時(shí)電路處于被動(dòng)工作狀態(tài)，故整個(gè)電路的功耗極小，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，電路總功率在非報(bào)警狀態(tài)下功率約為30mW，報(bào)警狀態(tài)下功率約80mW，可以采用電池供電。供電電路如圖十所示。 用9V電池作為供電電源，經(jīng)過(guò)一片7805，電壓穩(wěn)定為5V，再經(jīng)過(guò)一個(gè)104的電容濾波，輸出完全可以滿(mǎn)足電路需要。編碼解碼無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收電路為解決熱釋電人體感應(yīng)模塊和短信發(fā)送報(bào)警的連接關(guān)系，故采用無(wú)線(xiàn)模塊，即解決了連接問(wèn)題，又方便用戶(hù)在室內(nèi)可以任意放置短信貓的問(wèn)題，方便了用戶(hù)的使用。 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其

11、地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直發(fā)送，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)停止發(fā)送時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有高低電平時(shí)，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100的調(diào)幅。無(wú)線(xiàn)發(fā)送接收模塊采用F05P和J04V芯片，具有低

12、成本、小體積、低功耗ASK，無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)休眠，并具有較寬的工作電壓范圍，適合短距離的無(wú)線(xiàn)遙控報(bào)警及單片機(jī)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 編碼無(wú)線(xiàn)發(fā)送電路為解決解碼后輸出數(shù)據(jù)不穩(wěn)當(dāng)性，本設(shè)計(jì)巧妙的利用了PT2262芯片的使能端（低電平有效）14引腳，為了方便地址編碼，將所有地址都編為0。將A10作為數(shù)據(jù)輸入端，并將其置高，讓其一直發(fā)送高電平。而利用使能端來(lái)控制編碼芯片是否工作，當(dāng)沒(méi)有人體感應(yīng)時(shí)，通過(guò)反相器輸出高電平，PT2262不工作，此時(shí)不向外發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)有人體感應(yīng)時(shí)，通過(guò)反相器輸出低電平，PT2262編碼工作，一直發(fā)送高電平，等待接受模塊接受。 無(wú)線(xiàn)接受解碼電路 當(dāng)發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，J04接收到高電平后，送到

13、解碼芯片，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。利用VT引腳解碼有效端，當(dāng)確定解碼有效時(shí)，輸出高低平，將解碼有效電平送至單片機(jī)I/O口處理。單片機(jī)控制短信貓發(fā)送電路本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)，利用中斷檢測(cè)有無(wú)高低電平變化，從而控制單片機(jī)發(fā)送短信。 單片機(jī)控制發(fā)送短信電路由于TC35I和單片機(jī)共用一個(gè)電源，當(dāng)單片機(jī)上電后，TC35I模塊通信開(kāi)始初始化，當(dāng)模塊初始化成功L2燈亮，模塊初始化失敗L3燈亮，如果模塊檢測(cè)到SIM卡L4燈亮，模塊無(wú)法檢測(cè)到SIM卡L5燈亮，只有模塊初始化成功并檢測(cè)到SIM卡后，單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)

14、到高低電平變化才能發(fā)送短信，發(fā)送一次后延時(shí)半小時(shí)，當(dāng)下一個(gè)高低電平到來(lái)時(shí)，才再次發(fā)送短信。人與短信發(fā)送模塊的交互用戶(hù)可以通過(guò)短信修改短信發(fā)送模塊的開(kāi)啟與關(guān)閉，修改發(fā)送短信的接收方的號(hào)碼，修改放送短信的內(nèi)容等，完善的人機(jī)交互功能是自動(dòng)控制更為方便、有效、快捷！GSM模塊GSM模塊根據(jù)提供的數(shù)據(jù)傳輸速率又可以分為GPRS模塊、EDGE模塊和純短信模塊。短信模塊只支持語(yǔ)音和短信服務(wù)。GPRS，可說(shuō)是GSM的延續(xù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。GPRS的傳輸速率從56K到114Kbps不等，理論速度最高達(dá)171k。相對(duì)于GSM的9.6k

15、bps的訪(fǎng)問(wèn)速度而言，GPRS擁有更快的訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)通信速度，GPRS技術(shù)還具有在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)連接，永遠(yuǎn)在線(xiàn)、按流量計(jì)費(fèi)等特點(diǎn)。EDGE技術(shù)進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾实?84K-473K，被稱(chēng)為2.75G，數(shù)據(jù)傳輸速率更2倍于GPRS。目前，國(guó)內(nèi)的GSM網(wǎng)絡(luò)普遍具有GPRS通訊功能，移動(dòng)和聯(lián)通的網(wǎng)絡(luò)都支持GPRS，EDGE在部分省市實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)覆蓋。 GPRS模塊，是具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的GSM模塊。GPRS模塊就是一個(gè)精簡(jiǎn)版的手機(jī)，集成GSM通信的主要功能于一塊電路板上，具有發(fā)送短消息、通話(huà)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。GPRS模塊相當(dāng)于手機(jī)的核心部分，如果增加鍵盤(pán)和屏幕就是一個(gè)完整的手機(jī)。

16、普通電腦或者單片機(jī)可以通過(guò)RS232串口與GPRS模塊相連，通過(guò)AT指令控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)各種基于GSM的通信功能。 GPRS模塊區(qū)別于傳統(tǒng)的純短信模塊，兩者都是GSM模塊，但是短信模塊只能收發(fā)短信和語(yǔ)音通訊，而GPRS模塊還具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能。51單片機(jī) 8位CPU4kbytes 程序存儲(chǔ)器(ROM) (52為8K) 256bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) （52有384bytes的RAM） 32條I/O口線(xiàn)111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個(gè)專(zhuān)用寄存器2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）一個(gè)全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB外部程序存儲(chǔ)器尋址空

17、間為64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝單一+5V電源供電 CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)； ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格； I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式； 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)； 一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M?？偸鰺後岆娂t外傳感器將動(dòng)態(tài)的溫度