人体探测防盗报警传感器设计.docx

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人体探测防盗报警传感器设计

成绩评定：

传感器技术

课程设计

题目人体探测防盗报警传感器设计

摘要

在现代化技术高度发展的现在，犯罪更趋智能化，手段更趋隐蔽性。

所以必须采用电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范技术等器材设备，并将其构成一个报警系统，这将发挥更大的监控防护功能。

本文是利用红外传感器和单片机设计一种简单的红外探测报警装置，主要从硬件和软件两方面进行设计。

硬件设计主要包括红外发射和红外接收、SCT89C52单片机中央控制电路、蜂鸣电路、发光报警电路等组成。

软件方面包括程序流程图及主要程序。

基本实现了红外探测防盗报警的功能。

关键词：

红外传感器，SCT89C2，BIS0001，声光报警

一、设计目的1

二、设计任务与要求1

2.1设计任务1

2.2设计要求1

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法1

3.2设计步骤2

3.3设计原理分析2

四、课程设计小结与体会8

五、参考文献9

一.设计目的

红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。

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。

当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。

至于报警可采用声光信号。

二.设计任务与要求

2.1设计任务

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，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

工作原理：

该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

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②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中进行高增益、低噪声放大，此时由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，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

2.2设计要求

一、灵敏、可靠，一经触发，可以立即报警；

二、对产品的材料精益求精，延长防盗报警器的使用寿命；

三、改善报警器的环境，减少不必要的影响

三.设计步骤及原理分析

3.1设计方法

将探测到的信号经过传感器处理芯片放大然后输出，并且将报警器信号经过单片机编程经过无线发射电路发射出去，在经过接收电路接信号，解码电路解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再次决定是否发出报警信号进行信号，从而达到报警的效果.

3.2设计步骤

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组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为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，系统将输出高电平信号；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，两个二极管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，以便有足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10s的报警声。

3.3设计原理分析

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，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

工作原理：

该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

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②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中进行高增益、低噪声放大，此时由

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，即可发出报警声，

适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警

图1

工作原理：

该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

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②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中进行高

增益、低噪声放大，此时由IC2①脚输出的信号已足够强。

IC3作电压比较器，它的第⑤脚

由R10、VD1提供基准电压，当IC2①脚输出的信号电压到达IC3的⑥脚时，两个输入端的

电压进行比较，此时IC3的⑦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⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，

此时IC4的②脚变为低电平，它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，

IC4的①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⑦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，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①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9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路

采用IC578L06供电，交直流两用，自动无间断转换。

被动式红外探测器不向空间辐射能量，而是依*接收人体发出的红外辐射来进行报警。

任何温度在绝对零摄氏度以上的物体都会不断地向外界辐射红外线，人体的表面温度为36℃，其大部分辐射的能量集中在8~12μm的波长范围内。

在探测区域内，人体透过衣服的红外辐射能量被探测器的菲涅耳透镜聚焦于热释电传感器上。

当人体（入侵者）在这一探测范围中运动时，顺次地进入菲涅耳透镜的某一视区，又走出这一视区，热释电传感器对运动的人体一会儿“看”到，然后又“看”不到，这种人体移动时变化的热释电信号就触发探测器产生报警信号。

传感器输出信号的频率大约为0.1~10Hz，这一频率范围是由探测器中的菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电传感器本身的特性决定。

被动式红外探测器根据视区探测模式，可直接安装在墙上、天花板上或墙角，其布置和安装的原则如下：

1、安装高度通常为2~4m，在此高度探测器可获得最大探测有效距离。

2、探测器对横向切割探测视区的人体运动最敏感，故安装时应尽量利用这个特性达到最佳效果。

3、应该充分注意探测背景的红外辐射情况，并且要求选择的背景是不动的。

4、警戒区内最好不要有空调或热源，如果无法避免热源，则应与热源保持至少1.5m以上的间隔距离，并且探测器不要对准灯泡、火炉、冰箱散热器、空调的出风口。

5、探测器不要对准强光源，应避免正对阳光或阳光反射的地方，也应避开窗户。

6、探测器视区内不要有遮挡物和电风扇叶片的干扰，也不要安装在强电磁辐射源附近（例如无线电发射机、电动机）。

7、被动红外探测器不要安装在容易震动的物体上，否则物体震动将导致探测器震动，相当于背景辐射的变化，会引起误报。

8、要注意探测器的视角范围，防止“死角”。

主动红外探测器（红外对射、红外栅栏）主动式红外探测器由发射器和接收器两部分组成。

发射器向正对向安装的、在数米或数十米乃至数百米远的接收器发出红外线射束，当红外线射束被物体遮挡时，接收器即发出报警信号，因此它又被称为红外对射探测器或红外栅栏。

红外对射有双光束、三光束、四光束等，红外栅栏一般在四光束以上，甚至有多至十几束。

主动红外探测器应安装在固定的物体上，尤其是发射器和接收器较远时，不论是发射器是接收器，轻微的晃动就会引起误报，并且要极力避免树叶、晃动物体对红外光束的干扰。

当使用多对红外对射探测器或者红外栅栏组成光墙或光网时，要避免消除红外光束的交*误射（如图1A、B中虚线所示），方法是合理选择发射器和接收器的安装位置使不发生交*误射，或选用不同频率的红外对射探测器，调节各探测器使在不同的频率段工作。

双鉴探测器   各种探测器有其优点，但也各有其不足之处，单技术的微波探测器对物体的振动（如门、窗的抖动等）往往会发生误报警，而被动红外探测器对防范区域内任何快速的温度变化，或温度较高的热对流等也会发生误报警。

为了减少探测器误报问题，人们提出互补型双技术方法，即把两种不同探测原理的探测器结合起来，组成双技术的组合型探测器，又称为双鉴探测器。

双鉴探测器集两者的优点于一体，取长补短，对环境干扰因素有较强的抑制作用。

目前双鉴探测器主要是微波+被动红外探测器，微波—被动红外双技术探测器实际上是将这两种探测技术的探测器封装在一个壳体内，并将两个探测器的输出信号共同送到“与门”电路，只有当两种探测技术的传感器都探测到移动的人体时，才触发报警。

其基本工作原理如图2所示。

双鉴探测器把微波和被动红外两种探测技术结合在一起，它们同时对人体的移动和体温进行探测并相互鉴证之后才发出报警，由于两种探测器的误报基本上互相抑制了，而两者同时发生误报的概率又极小，所以误报率能大大下降。

安装双鉴探测器时，要求在警戒范围内两种探测器的灵敏度尽可能保持均衡。

微波探测器一般对物体纵向移动最敏感，而被动红外探测器则对横向切割视区的人体移动最敏感，因此为使这两种探测传感器都处于较敏感状态，在安装微波—被动红外双鉴探测器时，宜使探测器轴线与警戒区可能的入侵方向成45°夹角为最好。

振动探测器YT-JB3   振动探测器是以探测入侵者的走动或进行各种破坏活动时所产生的振动信号来作为报警依据，例如，入侵者在进行凿墙、钻洞、破坏门、窗、撬保险柜等破坏活动时，都会引起这些物体的振动，以这些振动信号来触发报警的探测器就称为振动探测器。

振动探测器的基本工作原理振动传感器是振动探测器的核心组成部件，振动探测器的基本工作原理如图3所示。

常用的几种振动探测器   根据所使用的振动传感器的不同，振动探测器可分为：

机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电晶体振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。

   不同类型的振动探测器其工作机理及安装要求也各有差异，以远拓科技的“YT-JB3振动探测器为例，它属于压电晶体振动探测器。

该型振动探测器工作原理是利用压电晶体的压电效应。

压电晶体是一种特殊的晶体，它可以将施加于其上的机械作用力转变为相应大小的电压，即模拟的电信号。

可广泛应用于各种墙体、玻璃、ATM机、保险柜、库房门窗、机动车等场合的防盗装置中。

特别设计作金属和水泥墙防破坏用，适用于保险箱、金属门、密室、钱箱和银行水泥墙、自动柜员机、ATM取款机、保险箱等防击防敲物体等保护防盗保险柜此电信号的频率及幅度与机械振动的频率及幅度成正比。

利用压电晶体的压电效应就可做成压电晶体振动探测器，其应用范围广阔。

振动探测器的安装使用要点1．振动探测器属于面控制型探测器，室内明装、暗装均可，通常安装于可能入侵的墙壁、天花板、地面或保险柜上；2．探测器安装要牢固，振动传感器应紧贴安装面，安装面应为干燥的平面；3．安装于墙体时，距地面高2-2.4ｍ为宜，探测器垂直于墙面；4．埋入地下使用时深度为10cm左右，不宜埋入土质松软地带；5．振动探测器不宜用于附近有强震动干扰源的场所；6．安装的位置应远离振动源（如旋转的电机、变压器、风扇、空调），如无法避开震动源，则视振动源震动情况，距离振动源1-3米；7．注意在振动探测器频率范围内的高频震动、超声波的干扰容易引起误报。

玻璃破碎探测器   玻璃破碎探测器是专门用来探测玻璃破碎的探测器。

当犯罪分子打碎玻璃试图入侵作案时，即可发出报警信号。

玻璃破碎探测器其是属于次声波—玻璃破碎高频声响双技术探测器，因此它也是一种双鉴探测器，此种类型的探测器比普通的声控型单技术玻璃破碎探测器或声控—振动型双技术玻璃破碎探测器的性能有了进一步的提高，是目前较好的一种玻璃破碎探测器。

探测玻璃破碎高频声响的原理参见图4，玻璃破碎时发出的响亮刺耳的声音频率是处于大约10～15KHZ的高频段范围内，将带通放大器的带宽选在10～15KHz的范围内，就可将玻璃破碎时产生的高频声音信号取出，从而触发报警。

但对人的脚步声、说话声、雷雨声等却具有较强的抑制作用，从而可以降低误报率。

次声波的产生次声波是频率低于20Hz的声波，属于不可闻声波。

经过实验分析表明：

当敲击门、窗等处的玻璃（此时玻璃还未破碎）时，会产生一个超低频的弹性振动波，这种机械振动波就属于次声波，而当玻璃破碎时，才会发出高频声音。

除此之外，以下一些原因也同样会导致次声波的产生。

一般的建筑物，通常其内部的各个房间（或单元）是通过室内的门、窗户、墙壁、地面、天花板等物体与室外环境相互隔开的，这就造成了房间内部与外部的环境，在温度、气压等方面存在着一定的差异。

特别是对于那些门、窗紧闭、封闭性较好的房间，这种室内外的环境差异就更大些。

当入侵者试图进室作案时，必定要选择在这个房间的某个位置打开一个通道,如打碎玻璃，强行进入。

由于室内外环境不同所造成的温差、气压差，会在缺口打开的瞬间时产生气流，并伴随产生超低频的机械振动波，即为次声波，其频率甚至可低于10Hz以下。

四.课程设计小结与体会

在这个报警电路的设计制作工程中，我们耗费了较大的人力和物力。

在设计完电路图后，基本的理论工作已经完成，接下来是动用工具进行焊接了，这对我们焊接电路板的能力有不小的要求，在电路布线上既要做到准确到位又要保证元件布局合理美观大方。

在没有印制电路板的情况下，为节省焊接时间，我们必须学会如何巧妙的利用普通板上已有的线路。

在焊接时务必小心认真，避免虚焊、漏焊、错焊。

同时正确选择元件，避免弄混弄错，尽量一次焊对，曾有人因为某个重要原件反复焊错，拆了焊，焊了拆，最终将元件损坏。

完成焊接后就要进行调试，我在调试时为避免变压器输出电压过大将报警电路烧坏，先测试了电压源电路的输出电压，约为16.7V，基本符合要求。

在接好电源电路后，报警电路曾先后出现不报警、不延迟即报警等问题。

在对电路反复检查，核对，分析之后逐一排除了这些问题，最终该报警电路达到了比较理想的效果。

通过此次生产实习一方面提高了综合运用所学知识进行电路设计的动手实践能力。

一方面掌握红外线探测防盗器的原理及设计制作，熟悉实用电路设计的一般过程。

五.参考文献

【1】康光华。

电子技术基础【M】。

高等教育出版社，1998

【2】何利民。

单片机实验与实践教程

（2）【M】。

北京。

北京航空航天大学出版社，2006

【3】张毅刚，单片机原理及应用【M】。

北京。

高等教育出版社。

2002

【4】王建校，杨建国。

51系列单片机及C51程序设计【M】.北京。

科学出版社。

2002

【5】闫石。

数字电路技术基础【M】。

北京。

高等教育出版社，1998

【6】谭辉。

nRf401无线收发芯片的长距离通信设计【M】。

今日电子。

2004.