1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經濟的日益發(fā)展，防盜成了人們越來越關心的問題。鐵門鐵窗等已經不能給人們帶來太多的安全感，社會對報警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術及時發(fā)現(xiàn)侵進入破壞行為、產生聲光報警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當?shù)姆婪洞胧?lt;/p><p&g

2、t;　　室內防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設備廣泛應用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜器進一步完善和提高。</p><p>　　這是一種基于單片機信號處理技術的防盜檢測器的軟硬件設計方法。應用該方法設計的系統(tǒng)在反應速度、誤報率、漏報率以及抗干擾能力方面都具有較好性能。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳

3、感器的紅外輻射與紅外探測的原理，設計的新型探測器，測量范圍廣, 響應速度快, 靈敏度高，抗干擾能力強，安全可靠 。并采用單片機89C51作為人體探測系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經過比較放大之后，輸入單片機進行數(shù)據(jù)判斷及處理。當檢測到有被測物體進入測量范圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警信號，等待一段延遲時間后自動消除報警信號，并可手動解除報警信號。當有主人在家系統(tǒng)無需報警時,可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測到有人經過時照明燈亮,

4、等待一段延遲時間后自動熄滅,并可手動來控制延遲時間的長短。系統(tǒng)的另外一個功能是檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制，當探測頭探測到有人經過時,系統(tǒng)自動計數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報警信號，并通過LED顯示檢測到的人數(shù)與最大容量報警人數(shù)。系統(tǒng)使用單片機與PC機通信原理，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計算機統(tǒng)一處理。</p><p>　　關鍵詞: 熱釋電傳感器 單片機 聲光

5、報警 鍵控</p><p><b>　　第一章 傳感器</b></p><p><b>　　1.1傳感器的定義</b></p><p>　　根據(jù)中華人民共和國國家標準(GB 7665—1987),傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。對此定義需要明確一下幾點：</p>

6、<p>　　(1)傳感器是一種能夠檢測被測量的器件或裝置;</p><p>　　(2)被測量可以是物理量、化學量或生物量；</p><p>　　(3)輸出信號要便于傳輸、轉換、處理和顯示等，一般是電參量；</p><p>　　(4)輸出信號要正確地反映被測量的數(shù)值和變化規(guī)律等，即兩者之間要有確定的對應關系，且應具有一定得精確度。</p>&l

7、t;p>　　1.2 傳感器的組成</p><p>　　傳感器一般由敏感元件、轉換元件和轉換電路三部分組成，如圖1-1所示。</p><p>　　被測量 電參量</p><p>　　圖1-1 傳感器的組成框圖</p><p

8、>　　(1)敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的其他物理量的元件。</p><p>　　(2)轉換元件也叫傳感元件，是將敏感元件的輸出量轉換成電參量（電阻和電容等）的元件。</p><p>　　(3)轉換電路將元件輸出的電參量轉換為電壓、電流或頻率的電路。如果轉換元件的輸出已經是電壓、電流或電頻率，則不需要轉換電路。</p><p>　　1.3

9、 傳感器的應用領域</p><p>　　傳感器是獲取自然領域中各種信息的主要途徑和手段，是構成現(xiàn)代信息技術的三大支柱之一。目前傳感器涉及的領域非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)生產尤其是自動化生產過程找中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或是最佳狀態(tài)，并使產品達到最好的質量。因此可以說沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代生產也就失去了基礎。</p><p>　　1.4 傳感器

10、的發(fā)展趨勢</p><p>　　社會需求是傳感器技術發(fā)展的強大動力。隨著現(xiàn)代科學技術，特別是微電子技術和信息產業(yè)的飛速發(fā)展，以及計算機的普及，傳感器在新的技術革命中的地位和作用將更為突出，一股競相開發(fā)和應用的熱潮已在世界范圍內掀起。新現(xiàn)象、新原理、新材料是發(fā)展傳感器技術、研究新型傳感的重要基礎，每一種新原理、新材料的發(fā)現(xiàn)都會伴隨這新的傳感器種類誕生。傳感器還朝著微型化、智能化和多功能化發(fā)展。</p>

11、<p><b>　　1.5 紅外傳感器</b></p><p>　　紅外傳感器是利用紅外線來探測物體的測量器件，內部發(fā)射特殊紅外線光波，相當數(shù)據(jù)流，也就是數(shù)字信號轉成紅外信號---紅外信號轉成數(shù)字信號（達到控制，信號傳輸?shù)男Ч?紅外傳感器屬于精密型傳感器，它具有相當好的測量針對性。</p><p>　　紅外線傳感器包括光學系統(tǒng),檢測元件和轉換電路.光學

12、系統(tǒng)按結構不同可 分為透射式和反射式兩類. 檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測 元件.熱敏元件應用最多的是熱敏電阻.熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高, 電阻發(fā)生變化, 通過轉換電路變成電信號輸出. 光電檢測元件常用的是光敏元件, 通常由硫化鉛,硒化鉛,砷化銦,砷化銻,碲鎘汞三元合金,鍺及硅摻雜等材料制成. 如圖1-2所示。</p><p>　　圖 1-2紅外傳感器工作原理</p><

13、;p>　　1.6 紅外傳感器的技術參數(shù)</p><p>　　1 響應率：所謂紅外傳感器的響應率就是其輸出電壓與輸入的紅外輻射功率之比。</p><p>　　2 響應波長范圍：紅外傳感器的響應率與入射輻射的波長有一定的關系。</p><p>　　3噪聲等效功率：若投射到傳感器上的紅外輻射功率所產生的輸出電壓正好等于傳感器本身的噪聲電壓，這個輻射功率就叫做噪聲等效

14、功率。噪聲等效功率是一個可測量的量。</p><p><b>　　第二章 紅外線</b></p><p><b>　　2.1 紅外線</b></p><p>　　紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學家霍肯尓于1800年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度

15、計，試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。紅外線具有：1.有熱效應2.穿透云霧的能力強因此得到結論：太陽光譜中，紅光的外側必定存在看不見的光線，這就是紅外線。</p><p>　　19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)

16、并可以測量。20世紀初開始，測量了大量的有機物質和無機物質的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術在物質分析中的價值。30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代，以后，它發(fā)展成在物質分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良、結構牢靠。50年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年初期，對于1～3、3～5和8～13微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。

17、在同一時期內，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用。從60年代中葉起，紅外探測器和系統(tǒng)的發(fā)展體現(xiàn)了紅外技術的現(xiàn)狀及發(fā)展方向。</p><p>　　17～18世紀，許多物理學家認為，光（包括紅外光和紫外光）具有波動的性質,有一定的傳播速度,波長是它的特征參數(shù)并可以測量?？梢姽獾牟噬煌从沉怂鼈兊牟ㄩL不同。紫光的波長最短,紅光的波長最長,紅外輻射的

18、波長則更長，紫外光的波長比紫光更短。1864年，英國物理學家J.C.麥克斯韋從理論上總結了當時已有的電磁學規(guī)律,提出了存在電磁波的可能性,它的傳播速度可用純電學量計算出來。后來的實際測量證明，其傳播速度就是光速。因而猜想，光波就是電磁波。1887年，德國科學家H.R.赫茲用實驗證實了這一猜想。已知帶電體受到擾動就發(fā)射出電磁波。擾動越強烈，發(fā)射出電磁波的能量就越大，波長就越短。</p><p><b>　

19、　紅外技術</b></p><p>　　紅外技術是研究紅外輻射的產生、傳播、轉化、測量及其應用的技術科學。</p><p>　　紅外技術的內容包含四個主要部分：</p><p>　　1.紅外輻射的性質，其中有受熱物體所發(fā)射的輻射在光譜、強度和方向的分布；輻射在媒質中的傳播特性--反射、折射、衍射和散射；熱電效應和光電效應等。</p><

20、;p>　　2.紅外元件、部件的研制，包括輻射源、微型制冷器、紅外窗口材料和濾光電等。</p><p>　　3.把各種紅外元、部件構成系統(tǒng)的光學、電子學和精密機械。</p><p>　　4.紅外技術在軍事上和國民經濟中的應用。由此可見，紅外技術的研究涉及的范圍相當廣泛，既有目標的紅外輻射特性，背景特性，又有紅外元、部件及系統(tǒng)；既有材料問題，又有應用問題。與紅外線相關的技術還有：探測技術

21、;精確制導技術;光電子技術;先進材料技術</p><p>　　2.3 紅外技術的發(fā)展史 </p><p>　　自從1800年英國天文學家F·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射至今，紅外技術的發(fā)展經歷了將近兩個世紀。從那時開始，紅外輻射和紅外元件、部件的科學研究逐步發(fā)展，但發(fā)展比較緩慢，直到1940年前后才真正出現(xiàn)現(xiàn)代的紅外技術。當時，德國研制成硫化鉛和幾種紅外透射材料，利用這些元、

22、部件制成一些軍用紅外系統(tǒng)，如高射炮用導向儀、海岸用船舶偵察儀、船舶探測和跟蹤系統(tǒng)，機載轟炸機探測儀和火控系統(tǒng)等等。其中有些達到實驗室試驗階段，有些已小批量生產，但都未來得及實際使用。此后，美國、英國、前蘇聯(lián)等國競相發(fā)展。特別是美國，大力研究紅外技術在軍事方面的應用。目前，美國將紅外技術應用于單兵裝備、裝甲車輛、航空和航天的偵察監(jiān)視、預警、跟蹤以及武器制導等各個領域。</p><p>　　紅外技術發(fā)展的先導是紅外探

23、測器的發(fā)展。1800年，F(xiàn)·W·赫歇爾發(fā)現(xiàn)紅外輻射時使用的是水銀溫度計，這是最原始的熱敏型紅外探測器。1830年以后，相繼研制出溫差電偶的熱敏探測器、測輻射熱計等。在1940年以前，研制成的紅外探測器主要是熱敏型探測器。19世紀，科學家們使用熱敏型紅外探測器，認識了紅外輻射的特性及其規(guī)律，證明了紅外線與可見光具有相同的物理性質，遵守相同的規(guī)律。它們都是電磁波之一，具有波動性，其傳播速度都是光速、波長是它們的特征參數(shù)并

24、可以測量。20世紀初開始，測量了大量的有機物質和無機物質的吸收、發(fā)射和反射光譜，證明了紅外技術在物質分析中的價值。30年代，首次出現(xiàn)紅外光譜代，以后，它發(fā)展成在物質分析中不可缺少的儀器。40年代初，光電型紅外探測器問世，以硫化鉛紅外探測器為代表的這類探測器，其性能優(yōu)良、結構牢靠。50年代，半導體物理學的迅速發(fā)展，使光電型紅外探測器得到新的推動。到60年初期，對于1～3、3～5和8～13微米三個重要的大氣窗口都有了性能優(yōu)良的紅外探測器。在

25、同一時期內，固體物理、光學、電子學、精密機械和微型致冷器等方面的發(fā)展，使紅外技術在軍、民兩用方面都得到了廣泛的應用</p><p>　　2.4 紅外探測器</p><p>　　紅外探測器是將入射的紅外輻射信號轉變成電信號輸出的器件。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來

26、度量紅外輻射的強弱?，F(xiàn)代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應和光電效應。這些效應的輸出大都是電量，或者可用適當?shù)姆椒ㄞD變成電量。一個紅外探測器至少有一個對紅外輻射產生敏感效應的物體，稱為響應元。此外，還包括響應元的支架、密封外殼和透紅外輻射的窗口。有時還包括致冷部件、光學部件和電子部件等。</p><p>　　從目前應用的情況來看，紅外探測有如下幾個優(yōu)點：環(huán)境適應性優(yōu)于可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力；隱

27、蔽性好，一般都是被動接收目標的信號，比雷達和激光探測安全且保密性強，不易被干擾；由于是目標和背景之間的溫差和發(fā)射率差形成的紅外輻射特性進行探測，因而識別偽裝目標的能力優(yōu)于可見光；與雷達系統(tǒng)相比，紅外系統(tǒng)的體積小，重量輕，功耗低；作為高新技術的紅外探測技術在未來的應用將更加廣泛，地位更加重要。紅外探測器是將不可見的紅外輻射能轉變成其它易于測量的能量形式的能量轉化器，作為紅外整機系統(tǒng)的核心關鍵部件，紅外探測器的研究始終是紅外物理與技術發(fā)展的

28、中心。</p><p><b>　　紅外報警器 </b></p><p>　　紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就

29、會報警。紅外線報警器 在電影《偷天換日》和其它的電影、電視劇中我們?？梢钥吹?，神偷在偷取寶物時，總會有一個把風的在外面用電腦監(jiān)測著。電腦屏幕上面，顯示著神偷周圍有一根根紅線，如果神偷不小心“觸”到了這根紅線，那么報警器就會發(fā)響。這就是紅外線報警器，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 報警器的結構圖</p><p>　　被動式報警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。物理學上告訴我們，

30、當物體的溫度高于0K的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當感應到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。</p><p>　　在室溫條件下，任何物品均有輻射。溫度越高的物體，紅外輻射越強。人是恒溫動物，紅外輻射也最為穩(wěn)定。探測器本身不發(fā)射任何能量而只被動接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射。探測器

31、安裝后數(shù)秒種已適應環(huán)境，在無人或動物進入探測區(qū)域時，現(xiàn)場的紅外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進來，經光學系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產生突變電信號，而發(fā)出警報。紅外探測器主要由光學系統(tǒng)、熱傳感器（或稱為紅外傳感器）及報警控制器等部分組成。其核心是不見是紅外探測器件，通過關學系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內的熱輻射的變化。紅外傳感器的探測波長范圍是8～14μm，人體輻射的紅外峰值波長約為10μm，正好在范圍以內。報警器的工作電路圖

32、如2-2所示。</p><p>　　圖2-2 報警器的工作電路圖</p><p>　　3、系統(tǒng)硬件模塊設計</p><p><b>　　3.1、電源電路</b></p><p>　　整流橋對1,2端輸入的12V交流電進行整流，從而有利于后面的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓。直接采用芯片穩(wěn)壓，LM7806將電壓穩(wěn)定在6V直流電壓上，由1端輸入

33、，3端輸出。</p><p>　　3．2、報警執(zhí)行電路</p><p>　　芯片CX20106A的管腳注釋：</p><p>　　l腳：紅外信號輸入端，接紅外接收管VDL。</p><p>　　2腳：該腳與GND之間連接RC串聯(lián)網絡，它們是負反饋串聯(lián)網絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R或減小C，將使負

34、反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，選用參數(shù)為R4=4.7Ω，C4=3.3μF。</p><p>　　3腳：該腳與GND之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，參數(shù)為3.3μF。</p><p><b>　　4腳：接

35、地端。</b></p><p>　　5腳：該腳與電源端VCC接入一個電阻，用以設置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200kΩ時，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，則中心頻率f0≈38kHz。</p><p>　　6腳： 該腳與GND之間接入一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。</p><p

36、>　　7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22kΩ，沒有接收信號時該端輸出為高電平，有信號時則會下降。</p><p>　　8腳： 電源正極，4.5V～5V。</p><p>　　3.3、三極管反相電路</p><p>　　用三極管9013將基極和集電極的電位反相，即在截止狀態(tài)和飽和導通狀態(tài)下

37、的兩種情況。且三極管也起增益放大的作用。R6,R7，R8均為偏置電阻，分別取值為10k,5.1k,10k。</p><p>　　3.4、延時控制電路</p><p>　　R9,C8分別為延時電阻和延時電容，延時長度T=R9*C8*1.1，R9=1M，C8=100UF，即延時大約兩分鐘。為防止該NE555被反相電動勢擊穿，則并聯(lián)保護二極管VD5。 （JDQ為繼電器）</p>&

38、lt;p>　　3.5、報警發(fā)聲電路</p><p>　　IC5選用KD -9561四聲模擬聲集成電路，SEL1,SEL1不接，則發(fā)出報警聲，R10=240k以符合芯片要求。BL選用YD100 -1型8Ω,0.5W電動揚聲器，由該KD-9761和三極管8050驅動。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)總電路圖</b></p><p>&l

39、t;b>　　總結與展望</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　從傳感器考試結束，我就開始了我的傳感器課程設計工作。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。歷經了好多天的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的課程設計終于落下了帷幕。</p><p>　　幾周設計對熱釋電紅

40、外防盜報警器的設計，大大提升了自己的能力，對自己知識面的擴展都有了很大的提高，我也深深的體會到，實踐必須在充分理解電路原理的基礎上，才能做到目標明確，操作準確。我也將許多遺忘的知識又給溫習了。這段旅程看似荊棘密布，實則蘊藏著無盡的寶藏。</p><p>　　在不斷的修改及創(chuàng)新終于看到了自己的勞動成果，真不愧是“梅花香自苦寒來”。當然由于時間關系和水平有限，設計中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的進一步設計過程

41、中不斷完善。</p><p><b>　　展望</b></p><p>　　通過了整個課程設計的過程，我學到了很多新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實自己，爭取在所學領域有所作為。腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設計中最大的收益。我想是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工

42、作有很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉篤仁，傳感器原理及應用技術[M] 西安；西安電子科技大學出版社，2003.</p><p>　　[2] 宋文緒. 傳感器與檢測技術. 北京: 高等教育出版社，2004.</p><p>　　[3] 何希才.傳感器及其應用實例.北