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1、基于Proteus的红外报警器的设计摘要本文设计了由光学系统、热释电红外传感器、信号处理电路、放大电路和报 警电路组成的红外报警器，并对报警系统的可行性进行研究。信号处理电路和 报警电路分别由BISSOO01、AT89C52及其各自外围电路构成。当人侵入探测区 域，人体发出的红外辐射通过菲涅尔透镜聚焦，被热释电元接收，并转化成微 弱的电信号，再通过信号处理电路对其进行处理，以此控制由单片机构成的报 警电路工作。本设计的核心是热释电红外传感器，其滤波片将通过的红外线波 长限定在710m之间，而人体辐射的红外线中心波长为910m,这使得其 成为一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。它可以测出10
2、20米范围内 人的行动。研究结果表明，热释电红外传感器及其信号处理电路的性能直接决 定报警器的灵敏度。关键词：热释电红外传感器；信号处理；Bissoooi； at89C52Design of Infrared Alarm System Base on ProteusAbstractThis paper introduces the design of infrared alarm which compose by the optical system, pyroelectric infrared sensor and signal processing circuit, amplifying
3、circuit and alarm circuit, and research the feasibility of alarm system. Signal processing circuit and alarm circuit compose by BISS0001 ,AT89C52 respectively, and their peripheral circuit human body launch infrared radiation and through out the Fresnel lens focus when people intrusion detection are
4、a, and received by pyroelectric infrared sensor, again through the signal processing circuit will be weak signal into electrical signals to Control of microcomputer constitutes alarm circuit work. The core of this design is pyroelectric infrared sensors, its filtering through infrared wavelengths ta
5、blet within 7 10m, and human radiation infrared center fbr 9 10m wavelength, which makes it become a kind of special used to detect human radiation infrared sensors. It can detect a 10 to 20 meters geographical area action. The results of the study show that, pyroelectric infrared sensor and signal
6、processing circuit performance directly determine alarm sensitivity.Keywords: Pyroelectric infrared sensors; Signal processing;B!SS0001; AT89C521绪论11 1 2系统总体方案设计22 2 2 2 3模块设计44 4 5 5 7 89Bissoooi9AT89C5212144软件仿真1616keil 简介16Proteus 简介1616keil 编程16Proteus 仿真17程序实现185硬件实现202020总结21参考文献22随着人们生活水平的提高，
7、对生活质量也有了较高要求。安防作为评价生 活质量的重要指标，就显得尤为重要。而市面上有关安防的报警设备种类繁多， 主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光式防盗报警器 等。如何选择一款简单易行的报警器呢？这正是本文要探讨的问题。本文研究 的热释电红外报警器制作简单，成本低廉，安装方便快捷，性能稳定。设计中 巧妙地运用单片机作为报警电路控制端，显著提高系统的灵活性，为后续开发 提供广阔的空间。本设计旨在为现代住宅防盗而设计的家庭式电子防盗系统。 它与传统防盗报警器相比有诸多优越性，不但可以布防于单一住宅区，而且还 可用于较大规模的住宅区防盗系统。红外报警器主要依赖于传感技术，因此
8、我们有必要了解传感器的发展状况。 传感技术是21世纪各国在高科技发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将 传感技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起日本就率先将传 感技术作为高科技发展的桥头堡，西方发达国家也将其作为科技发展的重中之 重。中国虽然起步比较晚，但也发展迅速。在这种新形势下，红外报警器也应 运而生。本文所研究的红外报警器是运用热释电红外传感器。其顶部附着的滤光片 能将通过的红外线波长限定在710m之间，而人体辐射的红外线中心波长为 910m,这使得其成为一种专门用作探测人体辐射的红外线的传感器。其工 作性能良好，不易出现不报和误报的现象，安全可靠。设计中还运用Biss
9、oooi构成信号处理电路，对微弱的电信号进行处理，增 强了系统的稳定性及可行性。2系统总体方案设计方案一如图2-1所示。图2/方案-结构框图方案二如图2-2所示。图2-2方案二结构框图方案一和方案二所用器件基本相同，电路中均包含光学系统，热释电红外传感器，信号处理电路，放大电路，AT89C52单片机。只是在输出模块方案一 增加了一个由74LS373构成的锁存电路以及LM386音频放大电路。理论上，方案一更合理，锁存电路的加入使系统运行更稳定；音频放大电路 则能将报警的声音放大。但通过PrOteUS仿真发现，方案二更具可行性。Proteus 仿真的结果是方案二报警声音响亮，并且能够按照单片机中预
10、先烧写的程序发 出有规律的报警声音。从市场的角度，方案二也更具可行性。方案二电路结构 较方案一更简单，制作成本也明显低于方案一。综上所述，方案二明显优于方 案一，因此选用方案二。3模块设计图3-1 +5V电源电路电路的工作原理：此电源电路通过TRl变压器将峰值为31IV的交流电压 转化为有效值约为12V的交流电压，然后利用桥式整流器BPl将交流电压转化 为直流电压。这里用桥式整流器而不是用二极管实现整流，是因为桥式整流是 对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为 标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。桥式 整流器利用四个二极管，两两对接。输
11、入正弦波的正半部分时两只管导通，得 到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接 的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。因此，桥式整流器对输入正弦波的 利用效率比半波整流高一倍。，最高反向峰值电压从50V到IoOoV。接着C3, C5对电压信号进行滤波处理。理论上，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越 高。但实际上超过lF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率 高后反而阻抗会增大。因此，在设计中用一个电容量较大电解电容并联了一个 小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高频阻低频。 电容越大低频越容易通过，电容越小高频越容易通过。此电路中,大电容
12、(2000 F)滤低频，小电容(33PF)滤高频。C4,C6功能相同。Ul为一个三端稳压集成电路7805,使输出为+5V直流电压。在做实物的过程中，并没有做电源电路，而是直接用电脑USB供电。USB 接口定义如图32所示。由图32可知，本设计只用到1、4管脚，并将它们分 别作为电源的正负极；而2、3管脚为数据接口，本设计不会用到。MC 6图3-2 USB接口定义本设计中光学系统采用菲涅尔透镜（如图33所示）。图3-3菲涅尔透镜菲涅尔透镜多是由聚烯燃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另 一面刻录了由小到大的同心圆。它将入射光的波长限制到10m左右（人体 红外线辐射的峰值）。在很多时候相当于
13、红外线及可见光的凸透镜，效果较好, 但成本较普通的凸透镜低很多。其作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区 域内分为若干个明区和暗区，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前 走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入高灵敏区”，这样 就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。 使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信 号。热释电红外传感器如图3-4所示。图3-4热释电红外传感器热释电红外传感器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感 器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。主要是由一种高热电系数 的材料，如错钛酸铅系陶瓷
14、、铝酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*lmm的探测 元件。在每个探测器内装入两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联， 以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。人体都有恒定的体温，一般在37度， 所以会发出特定波长10m左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发 射的10m左右的红外线而进行工作的。一旦人侵入探测区域内，人体发射的1 0m左右的红外线通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外探测元件。红外探测元件 在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后 续电路经检测处理后就能产生报警信号。它和放大电路相配合，可将信号放大7 O分贝以上，这样就可以测出IO20米范围内人的行动。被
15、动式热释电红外探头的优缺点：优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。缺点：*容易受各种热源、光源干扰；*被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；*环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 抗干扰性能：防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度（23米），对探测范围 内地面上地小动物，一般不产生报警；抗电磁干扰：，一般手机电磁干扰不会引起误报；抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻 璃照射，不产生报警。红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外 线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向（即与半径垂直的 方向）移动则最为敏感（如图35所示）。在现场选择合适的安装位置是避免红 外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。一旦有人侵入监控区域时热释电红外传感器将和菲涅尔透镜共同作用，对 红外信号接收后送交信号处理电路。其工作原理如图3-6所示。图3-6人体通过传感器时产生的信号信号处理及放大电路设计如图3-7所示。ONO图3-7 （a）信号处理及放大电路图3-7(
