【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 探測(cè)的基本原理就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。 另外一個(gè)器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有折射式和反射式兩種形式。菲涅爾透鏡在被動(dòng)紅外探測(cè)器中起到兩個(gè)作用：第一是聚焦作用，就是將熱釋的紅外信號(hào)折射或反射在熱釋電紅外傳感器上；第二個(gè)作用是在警戒區(qū)內(nèi)劃分若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，這樣進(jìn)入警戒區(qū)的移動(dòng)物體就能以溫度變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，熱釋電紅外傳感器也就能產(chǎn)生變化的電信號(hào)[14]。一般人體的恒定體溫在37℃左右，能夠發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線。被動(dòng)式紅外探頭就是將人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強(qiáng)后再聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，一旦接收到移動(dòng)人體紅外輻射溫度變化就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，其后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變換。由于熱電解元件輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式。故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料。為了對(duì)某一波長(zhǎng)范圍的紅外輻射有較高的敏度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外[15]。 紅外線傳感器的類型紅外線傳感器依動(dòng)作可分為：，藉熱取出電阻值變化及電動(dòng)勢(shì)等輸出信號(hào)之熱型。熱型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)，其中最具代表性者有測(cè)輻射熱器(Thermal Bolometer)，熱電堆(Thermopile)及熱電(Pyroelectric)元件。熱型的優(yōu)點(diǎn)有：可常溫動(dòng)作下操作，波長(zhǎng)依存性(波長(zhǎng)不同感度有很大之變化者)并不存在，造價(jià)便宜；缺點(diǎn)：感度低、響應(yīng)慢；量子型的優(yōu)點(diǎn)：感度高、響應(yīng)快速；缺點(diǎn)：必須冷卻(液體氮?dú)?、有波長(zhǎng)依存性、價(jià)格偏高；紅外線的波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)而比電波短。紅外線讓人覺得只是由熱的物體放射出來，可是事實(shí)上不是如此，凡是存在于自然界的物體，如人類、火、冰等等全部都會(huì)射出紅外線，只是其波長(zhǎng)因其物體的溫度而有差異而已。人體的體溫約為3637℃，所放射出峰值為910μm的遠(yuǎn)紅外線，另外加熱至400700℃的物體，可放射出峰值為35μm的中間紅外線。 紅外線傳感器的特性 ，所以熱釋電元件必須對(duì)波長(zhǎng)為10μm左右的紅外輻射非常敏感。 ，使紅外線熱釋電傳感器僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在其輻射照面通常覆蓋特殊的菲涅爾濾光片。 ，其傳感器包含兩個(gè)電極化方向相反的互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，探測(cè)器無信號(hào)輸出。 ，人體紅外輻射通過鏡面聚焦的同時(shí)也將被熱釋電元所接收，由十兩片熱釋電元件接收到的熱量不同導(dǎo)致熱釋電也不同，他們不能互相抵消，這時(shí)通過信號(hào)處理報(bào)警。 ，就會(huì)有不同的焦距即感應(yīng)距離，這樣監(jiān)控視場(chǎng)也不相同，當(dāng)視場(chǎng)越多時(shí)，則控制作用越嚴(yán)密。 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭本身不發(fā)生任何類型的輻射，具有器件功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。 另外，人體的運(yùn)動(dòng)方向也在很大程度上影響著紅外線熱釋電傳感器對(duì)人體的敏感程度。當(dāng)人體徑向移動(dòng)時(shí)，紅外線熱釋電傳感器反應(yīng)最不敏感，當(dāng)人體按橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動(dòng)時(shí)，則紅外線熱釋電傳感器的反應(yīng)最為敏感。所以，要想獲得最佳檢測(cè)靈敏度，選擇合適的安裝位置是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，否則將會(huì)出現(xiàn)熱釋電紅外探測(cè)器誤報(bào)警。 溫度傳感器溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過了其他的傳感器。 從17世紀(jì)初人們開始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器[16]。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。 溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。溫度傳感器熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 溫度傳感器的工作原理和使用要求 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。溫度傳感器熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： ；，以防短路；；。 溫度傳感器熱電偶和熱電阻的分類常用溫度傳感器熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶。我國(guó)從1988年1月1日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型溫度傳感器熱電偶。常用的溫度傳感器熱電阻可分為精通型溫度傳感器熱電阻，鎧裝溫度傳感器熱電阻，端面溫度傳感器熱電阻，隔爆型溫度傳感器熱電阻工業(yè)常用溫度傳感器熱電阻感溫元件（電阻體）從溫度傳感器熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過溫度傳感器熱電阻阻值的變化來測(cè)量的，因此，溫度傳感器熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。為消除引線電阻的影響一般采用三線制或四線制。鎧裝溫度傳感器熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為28mm，最小可達(dá)1mm。與普通型溫度傳感器熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測(cè)量滯后小；、耐振，抗沖擊；，便于安裝。端面溫度傳感器熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向溫度傳感器熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度[17]。隔爆型溫度傳感器熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型溫度傳感器熱電阻可用于B1aB3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。 氣體傳感器氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測(cè)頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)行更快速的測(cè)量。 氣體傳感器的工作原理氣體的采樣方法直接影響傳感器的響應(yīng)時(shí)間。目前，氣體的采樣方式主要是通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散法，或是將氣體吸入檢測(cè)器。根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型。 要進(jìn)行具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)?，即使是測(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 氣體傳感器的性質(zhì)和分類穩(wěn)定性：傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指?jìng)鞲衅鬟B續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號(hào)在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。 響應(yīng)特性 （反應(yīng)時(shí)間）：傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因而頻率低的傳感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn) (穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差[18]。線性范圍：傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來極大的方便。靈敏度：靈敏度的選擇通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲挠跀_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。氣體傳感器是化學(xué)傳感器的一大門類，從工作原理、特性分析到測(cè)量技術(shù)，從所用材料到制造工藝，從檢測(cè)對(duì)象到應(yīng)用領(lǐng)域，都可以構(gòu)成獨(dú)立的分類標(biāo)準(zhǔn)，衍生出一個(gè)個(gè)紛繁龐雜的分類體系，尤其在分類標(biāo)準(zhǔn)的問題上目前還沒有統(tǒng)一，要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)分類難度頗大。 通常以氣敏特性來分類，主要可分為：半導(dǎo)體型氣體傳感器、電化學(xué)型氣體傳感器、固體電解質(zhì)氣體傳感器、接觸燃燒式氣體傳感器、光化學(xué)型氣體傳感器、高分子氣體傳感器等。第三章 家居安防系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為主控模塊的核心，GSM短信息系統(tǒng)進(jìn)行無線通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，它具有節(jié)約建設(shè)費(fèi)用、節(jié)約維護(hù)費(fèi)用、節(jié)約使用費(fèi)、方便實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。通過紅外傳感器對(duì)人體的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)防盜，CO傳感器的信息采集防止煤氣泄漏，溫度傳感器監(jiān)測(cè)室溫，防止火災(zāi)。通過簡(jiǎn)單的電氣控制電路作為控制模塊的核心，結(jié)合GSM模塊實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程控制家電的開關(guān)，方便生活[19]。 主模塊的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選型 針對(duì)一定的用途，恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要的。有句古話為“殺雞焉用牛刀”就是說做事要選用合適的工具。對(duì)于明確的應(yīng)用對(duì)象，選擇功能過少的單片機(jī)，無法完成控制任務(wù)。選擇功能過強(qiáng)的單片機(jī)，則會(huì)造成資源浪費(fèi)，使產(chǎn)品的性能價(jià)格比下降。目前，市面上的單片機(jī)不僅種類繁多，而且在性能方面也各有不同。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的需求要選擇合適的單片機(jī)，選擇單片機(jī)時(shí)要注意下幾點(diǎn): (1)單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲(chǔ)器容量，中斷能力及I/O口引腳數(shù)量等； (2)單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙串口，RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)，EEPROM接口等； (3)單片機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)，對(duì)于程序存儲(chǔ)器來說，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器和OTP(一次性可編程)存儲(chǔ)器相比較，最好是選擇Flash存儲(chǔ)器； (4)芯片的封裝形式，如DIP封裝，PLCC封裝及表面貼附封裝等。選擇DIP封裝在搭建實(shí)驗(yàn)電路時(shí)會(huì)更加方便一些； (5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)，如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)芯片； (6)單片機(jī)的工作電壓范圍，例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器時(shí)，使用2節(jié)干電池供電，； (7)單片機(jī)的抗干擾性能好； (8)編程器以及仿真器的價(jià)格，單片機(jī)開發(fā)是否支持高級(jí)語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)； (9)供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。 根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實(shí)際情況綜合考慮，本設(shè)計(jì)決定選用 ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。 AT89C52單片機(jī)的主要特點(diǎn)本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89系列單片機(jī)中的AT89C52, AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能的8位CMOS微控制器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系列和引腳完全兼容。具有超強(qiáng)的三級(jí)加密功能，其片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，編程/擦除速度快。AT89C52的主要特點(diǎn)有: (1)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器為電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM，容量8KB，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量256字節(jié)，最大尋址空間64KB； (2)三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； (3)可利用兩根I/O口線作為全雙工的串行口，有四種工作方式，可通過編程設(shè)定； (4)內(nèi)部ROM中開辟了四個(gè)通用工作寄存器區(qū)，共32個(gè)通用寄存器，以適應(yīng)多種中斷或子程序嵌套的情況；