红外线报警仪4Word下载.docx
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四、实际原理-6-
五、中期总结-11-
选题概述
红外报警仪因其原理相对简单,成本低,适合家庭使用而得到人们的青睐。
以数字通讯方式通过CPU的程序控制,使主动红外线对射探测器具有智能性,可精确区分每条射束,以便采用多束红外线射束构成多线束的密集防卫;
同时还可通过调整CPU的程序,设定在规定的若干束红外线射束被阻断时产生报警输出。
由于其工作特点,可以构成对窗、阳台等建筑物的出入口形成封闭式的防范,为现代化建筑防盗方案提供“御贼于户外”、住户自由活动于户内的高度人性化的安全防护。
经小组讨论决定选择红外线报警仪作为小组课题,符合我们现在的知识水平,期望能做出简单的实物。
一、红外报警器基本原理
红外报警仪因其信号发生源不同可分为主动式红外报警仪和被动式红外报警仪
1、主动式红外报警器
主动红外入侵报警器是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。
主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器,发射机中的红外发光二极管在电源的激发下,发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8~0.95微米之间),经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收,由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号,经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机,构成了一条警戒线。
正常情况下,接收机收到的是一个稳定的光信号,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,经放大和适当处理,控制器发出的报警信号。
结构及流程图为:
优点:
应用:
主动红外多用于室外周界报警系统中(如多光束红外对射、红外对射栅栏等)。
安装时应避开遮挡物和高温环境。
2、被动式红外报警器
被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。
人体的红外能量与环境有差别,当人通过探测区域时,报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化,进而通过分析发出报警。
人体都有恒定的体温,一般在37度左右,会发出特定波长10μm左右的红外线,被动红外报警器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
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。
以下需特别注意:
1.被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的,所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。
2.为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
3.其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。
而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是报警器无信号输出。
4.一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同不能抵消,经信号处理而报警。
结构及流程图:
本身不发任何类型辐射,器件功耗很小,隐蔽性较好,价格低廉。
缺点:
容易受各种热源、阳光源干扰;
被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探测器接收;
易受射频辐射的干扰;
环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵。
多使用在室内报警系统中
二、设计思路
考虑到宿舍楼层较低,阳台没有有效的防护措施,夏天阳台门窗敞开,易被不良人员闯入,故希望设计简单的报警电路,用于夏天夜间的防盗。
夏天温度较高,被动式红外报警仪容易引起误报,故选择主动式红外报警仪为本次设计目标。
阳台参数为:
门宽:
60cm;
窗户宽:
40cm;
安装高度为:
50cm
其他一些想法:
为保证良好的接受信号,装置需固定在墙面上或其他物体上
装置之间应避免物品的遮挡并尽可能隐蔽
可连接到计时装置中,记录有人员闯入的时间,以做日后调查之用
鉴于小偷或其他闯入人员可能会发现装置,引起其注意而毁坏电源,装置最好能采用插电与电池供电两种方法,电源电压的选择要依据所用器件的承受能力,如果家用电压(220V)过大,仍需要变压器使输入电压符合要求。
如果夜间使用,考虑到宿舍熄灯问题,仍要有电池作为供电装置
可与电信网路连接,报警后将相关信息发送到预设的手机上(实现较为困难,但已有相关产品)
为防止有飞鸟等(考虑实际情况多为麻雀)闯入引起误报,可用多束红外光形成红外防卫栏杆,当两束以上红外光被遮挡时才进行报警
三、任务分工
信号的发射接收级放大部分
计时装置
报警响铃装置
电路实现
四、实际原理
如果红外线接收装置产生的脉冲信号强度不够,则需放大器对信号进行放大,此处若选择+Ucc=+10V,则输出电压约为8V,基本满足后续装置的需要,信号放大电路可以省略。
其核心部件的基本原理为:
红外报警仪的核心工作部件为称作红外线发射—接收对管或光电开关的装置,如图所示:
在工作时,发光二极管始终导通,当光路畅通时,二极管发射的红外光入射光敏晶体管的基极b,使光敏晶体管的集电极c和发射集e之间导通,输出电压处于低电平,当光路遮断时,没有红外光入射光敏晶体管的基极b,使光敏晶体管的集电极c和发射集e之间截止,输出电压位于高点平。
将输入端连接一个报警铃,输出为高电平时说明有人经过,报警铃备触发,铃声响起。
报警响铃装置:
1、工作原理:
当无人进人监视区域时,接收装置接收到发射装置发射的红外线,输出端OUT模块内部的晶体管截止,为高电平,此时555集成定时器组成的单稳态电路处于复位状态,3脚无输出,报警扬声器BL无声。
如有人进人监视区域,就会阻挡发射装置发出的红外线,只要接收装置一旦没有收到红外指令,OUT端内部的晶体管导通,即定时器的触发端2脚受到低电平触发,单稳电路立即翻转进人置位状态,3脚输出高电平,VT导通,BL得电工作,就会发出响亮的报警声响。
此时12V正电源通过R1向C1充电,约经2min后,阑值端6脚电平上升到2Ucc/3时,555定时器复位,3脚输出低电平,电路就回复到原先的静止状态。
其中,报警时长t≈1.1R1×
C1=110s
2、电路图:
自动记录功能的实现
1、设计思路:
将红外接收装置接收到信号后传出的电脉冲信号送入一个正在记时的时钟中,当脉冲信号为高电平(即接收装置被遮挡,有人走过),采样和保持电路即将此时时钟的时间进行记录,从而可以得到人经过的具体时间。
2、电路设计
(1)电路器件
555定时器(用以产生时钟记时的脉冲信号)
74LS3936片
74LS086片
74LS326片
74LS2486片
集成采样保持电路
LED七段数码管6个
(2)电路连接
见附图
(3)电路组装
此部分可单独封装,可拆卸,只需将信号源连接于电路的信号输入部分,并且给各部
分加上工作电源即可。
(4)工作过程
当电路开始工作后,555定时器发出连续的方波脉冲信号,并输入各计数器的CP端,使之开始计时,如图中所示,第一个计数器为24进制,表示小时;
第二个和第三个为60进制,表示分钟和秒钟;
当人走过时,发射端发出的红外信号被阻挡,接收端因而产生一个高电平的脉冲信号,经传输到达此部分的信号输入端,高电平使采样和输出显示电路工作,记录下此时的时间,并且使LED七段数码管显示这个时间。
(5)不足需改进的部分
若有>
=1次通过红外报警器监控的地方,由于电路并无记录历史的能力,数码管上的时间会被刷新,此电路只能记录最后一次通过的时间。
3、电路图:
五、中期总结
之前的课程中很多次接触过红外线或者激光报警仪的基本原理,觉得十分简单,但是真正想去实现一个实用的器件却发现困难重重。
不仅仅是原理上需要复杂的电路才能实现看似简单的功能,要想实际可以使用仍需要考虑各方面的因素,这也许就是理论学习和实际应用的最大不同吧,也是我们通过本次课外项目得到的最深切的体会。
经过小组共同查阅资料,确定最后的方案后,进行了分工。
仍未完成的部分:
各部分器件的选择及兼容性,器件的型号,功率及电源的设计
仍有很多需要考虑但无法完成的功能,经过查阅资料,希望后期能对装置进行改善。
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- 关 键 词:
- 红外线 报警