【正文】 、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(jī)系統(tǒng)處理后方便和ＰＣ機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。 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(dāng)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(dá)到了探測移動人體的目的。 該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數(shù)。電路結(jié)構(gòu)做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器 、家庭智能報警器、單片機(jī)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、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。 就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試等幾個階段，就本設(shè)計來說也包括這些過程。它們的進(jìn)程框圖如 圖 22 所示。 14 圖 22 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖 從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳探頭電路 、報警 電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、 LED 顯示控制電路 及相關(guān)的控制管理軟件組成 ；它們之間的構(gòu)成框圖如 圖 23總體設(shè)計框圖所示： 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試 開始 確定設(shè)計方案 排 除故障 系統(tǒng)運(yùn)行 完成研制 CPU AT89C 51 復(fù)位電路 信號檢測電路 報警執(zhí)行電路 LED 發(fā)光顯示 放大 驅(qū)動 驅(qū)動 15 圖 23 總體設(shè)計框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) ST89C52。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大電路、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(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)過軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲 10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，然后通過 LED 顯示報警次數(shù)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警 10s 鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。 根據(jù)實際要求，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，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。 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?fàn)顩r，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(jì)性和可靠性。 探測器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房 ，臥室等，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)時，一旦有人入侵，與之相應(yīng)的報警探測器立即向用戶端自動報警主機(jī)發(fā)出報警信號，接到警情事件后，自動報警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場聲 (蜂鳴器 )報警，同時顯示出出事位置。 系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 本系統(tǒng)主要有電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、振動位移傳感器模塊、16 ST89C52控制電路、警鈴電路部分組成。下面我們將簡要介紹傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)。 傳感器技術(shù) 感應(yīng)器技術(shù)是信息采集技術(shù)的第一步，感應(yīng)器是將能夠感受到的及按規(guī)定被測量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或 裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指感應(yīng)器中能直接感受或響應(yīng)被測量 (輸入量 )的部分，轉(zhuǎn)換元件是指感應(yīng)器中能將敏感元件感受的或響應(yīng)的感應(yīng)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。 感應(yīng)器的作用： （ 1） 信息的收集。對某種特定要求，需檢測目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)或裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。 （ 2） 信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號、代碼、圖形等多種形式記錄在紙或膠片上的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)、傳真機(jī)等易處理的信號數(shù)據(jù)，或者讀出記錄在各種媒介上的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 （ 3） 控制信息的 采集。檢測控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標(biāo)值。 現(xiàn)在有關(guān)家庭防盜的傳感器非常多，有無線人體熱釋電傳感器、無線門磁傳感器、振動位移傳感器、紅外線反射開關(guān)無線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達(dá)波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠探測的需要，而且還需經(jīng)濟(jì)實用和安裝操作簡便，所以選用了無線人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當(dāng)盜賊企圖從門窗進(jìn)入室內(nèi)時，無線人體熱釋電傳感器能檢測到人體移動的紅外信號。 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常 廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶的歡迎。 被動式熱釋電紅外探測器的工作原理： 在自然界，任何高于絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，17 其紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。人體都有恒定的體溫，一般在 37℃ ,所以會發(fā)出特定波長 10um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10um左右的紅外線通過菲泥爾濾波光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用一些熱釋電元件（強(qiáng)介電質(zhì)材料如鈦鎬酸鉛、鈦酸鋇等）作成。這 種元件在接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化最終將以電壓或電流的形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。 被動式熱釋電紅外探測器的特性：這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為 10um左右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。 被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用 ，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的能量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理并報警。 抗干擾性能： 防小動物干擾：探測器安裝在推薦的使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動物，一般不產(chǎn)生報警。 抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408（安全防范國家標(biāo)準(zhǔn)）的要求，一般手機(jī)電磁干擾不會引起誤報。 正確的安裝應(yīng)滿足下列條件 : （ 1） 紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面 。 （ 2） 紅外線 熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 18 （ 3） 紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。 （ 4） 紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動的地方。 振動位移傳感器 ： 高靈敏振動位移傳感器 ， 是一種集振動和位移測 量 于一身的全方 位 固態(tài)控制器件 ,是目前作為狀態(tài)檢測和報警的最佳選擇 ， 傳感部分采用目前先進(jìn)固態(tài)加速度檢測器件 ， 既對振動有很高的檢測靈敏度 ， 又對周圍環(huán)境的聲音信號抑制 ， 具有很強(qiáng)的 抗 干擾能力 ， 可廣泛應(yīng)用于機(jī)動車 、 保險柜 、 門窗等場合的防盜裝置中 ，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片 ， 應(yīng)用非常方便 ， 可直接帶動小功率負(fù)載 。 熱釋電紅外線傳感器 簡介 熱釋電紅外線傳感器是 80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動檢測等。 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(dāng)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(dá)到了探測移動人體的目的。 PIR 的原理特性 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探19 測距離，一般在探測器的 前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 1020 米范圍內(nèi)人的行動。 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(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “ 盲區(qū) ” 進(jìn)入 “ 高靈敏區(qū) ” ，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 910um，而探測元件的波長靈敏度在 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 710um，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 。 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi) ， 人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的 熱量不同 ，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理 而輸出電壓信號。 在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量 變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。 PIR 結(jié)構(gòu)特性及安裝 使用時 D端接電源正極， G端接電源負(fù)極， S端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對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探測元上，從而使傳 感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長20 范圍為 。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，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 。 當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號通過一個由 C C R R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為 16Hz，下限截止頻率為 6Hz。由于熱釋電紅外 傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有 １ mV左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為 ），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。本設(shè)計運(yùn)用集成運(yùn)算放大器 LM317來進(jìn)行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。 本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種 雙探測元的結(jié)構(gòu) 。 其工作電路原理及設(shè)計電路如圖 25 所示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷 信號經(jīng)過 場效應(yīng)管FET 放大后，經(jīng)過 C2， R1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過 三極管 Q2 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平 。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 圖 25 熱釋電紅外傳感器原理圖 21 圖 26 菲涅爾透鏡 被動紅外探測器光學(xué)系統(tǒng)的類型 被動紅外探測器光學(xué)系統(tǒng)包括菲涅爾透鏡、拋物面反射鏡、遮擋片三種類型。 圖 28 雙元紅外傳感器示意圖 菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR 上；第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)。 菲涅爾透鏡是凸透鏡，將物體的紅外影像投射在熱電元件表面。 熱釋電 紅外傳感器其熱釋電器件及前置放大電路封裝在圓型金屬帽內(nèi)，金屬帽頂22 部方型開孔鑲嵌有抗冷白光的硅紅外濾光片，底部有金屬引腳，分別為電源引腳，地線引腳，熱電信號輸出腳。 熱釋電器件是熱釋電傳感器的核心元件，是將熱輻射變?yōu)殡娏鞯膭討B(tài)能量轉(zhuǎn)換元件，熱釋電器件的電特征屬性是一個以熱電晶體薄膜為電介質(zhì)的平板電容器，隨著溫