【文章內(nèi)容簡介】 n Ceramic 公司的 SCA02 RS02D 等。雖然它們的型號不一樣，但其結(jié)構(gòu)、外型和特性參數(shù)大致相同，大 圖 1 熱釋電傳感器實物圖部分可以彼此互換使用。 熱釋電紅外線傳感器由探測元、濾光窗和場效應(yīng)管阻抗變換器等三大部分組成，如圖 01 所示。對不同的傳感器來說，探測元的制造材料有所不同。如 SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成； P2288 由 LiTaO3 制成。將這些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個等效的小電容。因為這兩個小電容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小電容能自身產(chǎn)生極化，在電容的兩端產(chǎn)生極性相反的正、負電荷。傳感器中兩個電容是極性相 反串聯(lián)的。 本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進行了很大的改進，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相連接，利用計算機統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機內(nèi)存儲起來， 方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。 目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點： （ 1） 壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當主機停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。 （ 2） 開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效范圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。 （ 3） 遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所 以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，7 價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和 PC 機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。 紅外線 作為一種 不 可 見光 ，有 很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用 。紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術(shù) ,其功能也非常 先進。其中包括被動式熱釋電型紅外報警器 ,也即是本文將研究的產(chǎn)品。還有紅外監(jiān)控無線報警器 ,超聲波防盜報警器 ,紅外線防盜報警器 ， 高靈敏紅外報警器 ， 觸摸式延時防盜報警器 , 觸摸式防盜報警器 ,紅外報警器 , 紅外線聲光報警器等。 設(shè)計背景 該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線，當人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。 農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動性增大，社會治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會的基本單元“安全防范問題就顯得尤為重要”。傳統(tǒng)的機械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在 實際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時間久了會有高空墜物的危險等。 所以作為新一代的智能安全防盜報警器系統(tǒng)就應(yīng)運而生，并日益受到廣泛的重視和運用。另外，為了進一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級標準，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項目中。 數(shù)字化、無線化、集成化是防盜報警系統(tǒng)進一步發(fā)展的要求，所以我們不難發(fā)現(xiàn)防盜報警 的技術(shù)發(fā)展趨勢： （ 1）更穩(wěn)定可靠：如探測器可抗 RFI/EMI（電磁干擾 /射頻干擾）、防雷電等，以適應(yīng)惡劣氣候； （ 2）更多樣的功能：如探測器可調(diào)頻、防遮擋、防噴蓋、防破壞等； 8 （ 3）更精美、小巧的外觀：以符合品味日益提高的室內(nèi)裝潢需求； （ 4）更智能化的設(shè)計：方便地設(shè) /撤防，人性化的操作界面； （ 5）更強大的聯(lián)網(wǎng)功能； （ 6）更方便的擴展性。 上述發(fā)展趨勢，事實上都建立在數(shù)字化、無線化、集成化的三大核心技術(shù)基礎(chǔ)上。 設(shè)計任務(wù)與要求 當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，在電容兩端產(chǎn)生極性相反、 電量相等的正、負電荷，所以，正負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。 當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域 內(nèi)時，照射到兩個電容上的紅外線光能 能量相等，且達到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消，傳感器仍然沒有信號輸出。 當人體在傳感器的檢測區(qū)域內(nèi)移動時，照射到兩個電容上的紅外線能量不相等，光電流在回路中不能相互抵消，傳感器有信號輸出。綜上所述，傳感器只對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用。 濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，能夠有效地濾除~14um 波長以外的紅外線 。人體的正常體溫為 36~℃，即 309~，其輻射的最強的紅外線的波長為λ m=2989/（ 309~） =~，中心波長為 ，正好落在濾光窗的響應(yīng)波長的中心。所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，以免引起干擾。 （ 1）該設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制和報警等模塊子函數(shù)。 （ 2）本紅外線 防盜 報警系統(tǒng) 由 熱釋電紅外傳感器 、智能報警器 、單片機控制電路、 LED 控制電路 及相關(guān)的控 制管理軟件組成 。用戶終端完成信息采集、處9 理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。 （ 3）系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。 為了探測移動人體 ,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器 ,在這種傳感器內(nèi)部 ,兩個敏感元件反相連接 ,當人體靜止時兩元件極化程度相同 ,互相抵消。但人體移動時 ,兩元件極化程度不同 ,凈輸出電壓不為 0 ,從而達到了探測移動人體的目的。因此 可把 報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，使探測器工作。當有人闖入時， 熱釋電紅外傳感器 將探測到動作， 設(shè)置在監(jiān)測點上 的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出 TTL 電平至 ST89C52單片機，經(jīng)單片機處理運算后 驅(qū)動執(zhí)行報警電路使 警號發(fā)聲。 （ 4） 紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人。此類裝置設(shè)計的要點：其一是能有效判斷是否有人員 活動 ；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。 現(xiàn)時社會治安問題嚴峻 ， 各種入室搶竊、偷盜事件時有發(fā)生 ,治安問題更加突出。為了防護自己，越來越多的 家庭采用智能防盜報警產(chǎn)品。防盜報警系統(tǒng)是利用探測器裝置對建筑物內(nèi)外重要地點和區(qū)域進行布防，探測。當探測器探測到非法入侵，報警器工作狀態(tài)變?yōu)閳缶癄顟B(tài)， 產(chǎn)生報警聲。本論文的目的就是設(shè)計出一種符合上述要求的防盜報警系統(tǒng)。本文所研制的報警器的功能要求如下 : （ 1）可實現(xiàn)非法入侵報警； （ 2）采用復(fù)合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和振動位移傳感器并接使用，增加報警可靠性； （ 3）蜂鳴器報警，并能顯示出出事地點； （ 4）采用雙電源技術(shù)，主電源停電或被切斷，被動電源自動工作。 防盜報警系統(tǒng)的構(gòu)成 防盜報警系統(tǒng)是用物 理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的10 侵入行為，產(chǎn)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(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。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(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。 防盜報警系統(tǒng)由探測器、傳感器、控制器、報警器、顯示器幾部分構(gòu)成，如圖所示?？刂破鲗崿F(xiàn)對熱釋電紅外探測器和振動位移傳感器的循環(huán)掃描，并控制報 警信號處理電路作出相應(yīng)狀態(tài)處理，如果有報警信號的話，延時 1～ 2秒對該端口進行一次掃描確保真的有險情時立即發(fā)出報警信號，控制報警電路報警，同時通過數(shù)碼顯示單元顯示具體的事發(fā)位置。 圖 11 防盜報警系統(tǒng)構(gòu)成圖 防盜報警器的分類 （ 1）報警探測器按工作原理主要可分為紅外報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外 /微波報警探測器、玻璃破碎報警探測器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器、磁控開關(guān)報警探測器、開關(guān)報警探測器、視頻運動檢測報警器 、聲音探測器等許多種類。 （ 2）報警探測器按工作方式可分為主動式報警探測器和被動式報警探測器。 （ 3）報警探測器按探測范圍的不同又可分為點控報警探測器、線控報警探測器、面控報警探測器和空間防范報警探測器。 （ 4） 防盜探測器 是否 采用電源分類可分為無源和有源兩種 。 （ 5） 從防盜探測器與報警主機（后端處理器）的連接方式可分有線與無線 。 控制器 報警器 探測器 傳感器 11 除了以上區(qū)分以外，還有其他方式的劃分。在實際應(yīng)用中，根據(jù)使用情況不同，合理選擇不同防范類型的報警探測器，才能滿足不同的安全防范要求。報警探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵 行為及各種異常情況。在各種各樣的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的場所很多。這些場所根據(jù)實際情況也有各種各樣的安全防范目的和要求。因此，就需要各種各樣的報警探測器，以滿足不同的安全防范要求。 2 總體設(shè)計方案 智能住宅安防報警系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展狀況，根據(jù)我國住宅建設(shè)的實際情況，為滿足新時期居民的居住要求，并充分考慮其經(jīng)濟性和可靠性。 方案選擇 防盜報警系統(tǒng)一般是由入侵探測器、防盜報警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。它的最簡單形式是本地（家庭、單位）報警系統(tǒng)，它的組成部分是 入侵探測器和本地報警控制器，以及聲光報警器。 熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于 探測元 輸出的是電荷信號，不能直接使用，因而需要將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。場效應(yīng)管輸入阻抗高達 104MΩ ，接成共漏極形式 來完成阻抗變換。使用時 D 端接電源正極， G 端接電源負極， S端為信號輸出。 對于移動速度非常緩慢的物體，如陽光，兩個電容上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應(yīng)頻率很低 (一般為~10Hz)，即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄 (一般為 5~15um)，因此 ，傳感器對它們不敏感，因而無輸出。 被動式紅外報警器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。圖中，菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅12 外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而加強其能量幅度。熱釋電紅外傳感器是報警器設(shè)計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號以供信號 處理部分使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。 圖 21 結(jié)構(gòu)框圖 報警器結(jié)構(gòu)圖 是將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結(jié)合使用時的工作原理示意圖。人體輻射的紅外線中心波長為 9~10um，而探測元件的波長靈敏度在 ~20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的 紅外線傳感器。 BISS0001 是一款高性能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外傳感器，廣泛用于 人體通過傳感器產(chǎn)生的信號 安防、自控等領(lǐng)域能。 該系統(tǒng)設(shè)計方案有以下兩種： 方案一； 通過傳感器檢測家庭安全隱患，把檢測結(jié)果送入單片機，通過單片機控制報警燈和高音報警器的啟動。 方案二； 利用固定點電話聯(lián)網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)來實現(xiàn)家庭防盜報警，該系統(tǒng)由編程主機、探測器、門磁和遙控器組成，一旦發(fā)生警情，能把報警信息通過郵電通訊網(wǎng)絡(luò)瞬間遠程傳輸?shù)接脩粼O(shè)定的固定電話上 ，同時向接警中心報告，中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過電子地圖、數(shù)據(jù)庫、電腦語音提示、監(jiān)聽現(xiàn)場情況，顯示發(fā)生警情待 測目 標 光學(xué)系統(tǒng) （菲涅爾透鏡） 熱釋電紅外傳感器 信號處理 報警電路 13 的單位、地址、方位、發(fā)案時間、所轄派出所（巡邏大隊）經(jīng)歷分布，及時調(diào)動警力做出快速處理。 通過比較，方案二能滿足我們實時快捷的要求，更加簡單有效，固本設(shè)計選擇方案二。 系統(tǒng) 總體 設(shè)計 現(xiàn)在市場上有各種各樣的報警器，通過對它們進行分析比較，根據(jù)產(chǎn)品的功能要求和性價比，決定采取以單片機為主要技術(shù)的總體方案設(shè)計。 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強 、靈敏度高