熱釋電紅外線防盜報(bào)警器的研制,大學(xué)論文

熱釋電紅外線防盜報(bào)警器的研制,大學(xué)論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【】【】【】【】【】熱釋電紅外線防盜報(bào)警器的研制紅外線報(bào)警器論文：熱釋電紅外線防盜報(bào)警器的研制內(nèi)容摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,人們的安全意識(shí)越來(lái)越強(qiáng),基于此種情況各種不同的報(bào)警器也越來(lái)越多。華而不實(shí)以熱釋電人體紅外線防盜報(bào)警器最為突出,它以其相當(dāng)高的靈敏度和可靠性,深受廣大用戶的喜歡。本文就是以熱釋電人體紅外線檢測(cè)為核心,結(jié)合各種報(bào)警電路裝置及其外圍輔助電路,構(gòu)成了一個(gè)集防盜、防火等多種檢測(cè)功能為一體的多功能防盜報(bào)警系統(tǒng)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：熱釋電;紅外線;報(bào)警器;傳感器;1.系統(tǒng)構(gòu)造本系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器電路,觸摸式傳感器電路,邏輯控制電路及報(bào)警電路四部分組成。熱釋電人體紅外傳感器電路采用熱釋電人體紅外傳感器檢測(cè)人體紅外信號(hào)再由專用模塊放大,鑒頻,延遲等產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。觸摸式傳感器電路常用導(dǎo)電布、導(dǎo)電膜或金屬線將保險(xiǎn)柜、文物柜或其他貴重物品、展品保衛(wèi)起來(lái)。該報(bào)警裝置一經(jīng)觸發(fā)便能自動(dòng)報(bào)警。在家庭中我們能夠在陽(yáng)臺(tái)邊、防護(hù)欄、空調(diào)室外機(jī)等處布防,一旦有人企圖攀爬即可發(fā)出警報(bào)。2.電路講明(1)熱釋電人體紅外線傳感電路熱釋電紅外傳感器是一種非接觸方式檢測(cè)人或物體等被測(cè)對(duì)象的熱釋紅外線。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中,熱釋電紅外探測(cè)器由于檢測(cè)溫度范圍大(-80~1500℃),在整個(gè)光波范圍內(nèi)頻率響應(yīng)均勻,靈敏度高,技術(shù)性能穩(wěn)定安全可靠而遭到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。采用熱釋電人體紅外傳感器制造的被動(dòng)紅外探測(cè)器,用于控制自動(dòng)門,自動(dòng)臺(tái)燈及高級(jí)光電玩具等。人體都有恒定的體溫,一般在37度,所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線,被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)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(guò)菲涅爾濾光片加強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡,向外釋放電荷,后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似,是指由于溫度的變化而引起晶體外表荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成,在元件兩個(gè)外表做成電極,在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有T的變化時(shí),熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷Q,即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高,在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失,即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí),T=0,則傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū),因人體溫度與環(huán)境溫度有差異不同,產(chǎn)生T,則有T輸出;若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng),則溫度沒(méi)有變化,傳感器也沒(méi)有輸出了。(2)熱釋電傳感器內(nèi)部構(gòu)造熱釋電傳感器的內(nèi)部構(gòu)造由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管,高阻值電阻,濾光窗,菲涅爾透鏡等構(gòu)成。熱釋電體是一種具有強(qiáng)烈自發(fā)極化效應(yīng)的電介質(zhì)材料如鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷、鉭酸鋰(LiTaO3)單晶體等,這類介質(zhì)的外表平?？坎东@大氣中的浮游電荷保持平衡,當(dāng)遭到熱輻射而產(chǎn)生溫度變時(shí),介質(zhì)內(nèi)部極化狀態(tài)隨之發(fā)生變化,由于內(nèi)外層電荷變化速度發(fā)生失步現(xiàn)象,使得介質(zhì)外表出現(xiàn)熱釋電效應(yīng)。熱釋電元件的等效電阻高達(dá)1010,為了獲得最佳噪聲系數(shù),必須進(jìn)行阻抗匹配,前置極一般采用高輸入阻抗,低噪聲JFET與其匹配。制作時(shí),熱釋電體、輸入電阻器、第一級(jí)JFET通常封裝于一個(gè)管殼內(nèi),成為一個(gè)不可分割的整體。圖1熱釋電紅外傳感器等效電路第一級(jí)JFET輸出信號(hào)的信噪比由熱釋電紅外傳感器決定。同時(shí),為了使熱釋電紅外傳感器只對(duì)紅外光譜中某一段紅外輻射敏感,必須在熱釋電體前設(shè)置濾光片。當(dāng)熱釋電紅外傳感器作為入侵防盜報(bào)警使用時(shí),主要是使熱釋電紅外傳感器波長(zhǎng)在0.2~20m范圍內(nèi)幾乎是穩(wěn)定不變的,在傳感器的設(shè)計(jì)中,熱釋電體表貼上波長(zhǎng)為7~10m的濾光片,這樣能夠避免太陽(yáng)光的輻射和其他的紅外輻射的干擾,進(jìn)而減少虛報(bào)。由于熱釋電紅外傳感器主要對(duì)人體目的移動(dòng)做出響應(yīng),根據(jù)人行走的頻率計(jì)算結(jié)果,電流的頻率響應(yīng)最好在0.1~10Hz之間。這樣既能夠截止過(guò)低頻率的信號(hào),可以以截止較高頻率的信號(hào)。由于小于0.1Hz信號(hào)易受外界環(huán)境溫度變化和元件參數(shù)改變的影響,大于10Hz的信號(hào)從圖2能夠看出,噪聲電壓隨著頻率的增大而迅速增大,加之當(dāng)信號(hào)頻率接近50Hz電源頻率時(shí),易受50Hz電磁干擾,因而在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)輸出噪聲電壓變化及信號(hào)頻帶要求。采用有源帶通濾波器消除干擾,提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。圖2熱釋電人體紅外傳感器的應(yīng)用中,當(dāng)前采用帶通放大器,放大器的中心頻率一般在1Hz左右。放大器帶寬對(duì)靈敏度和可靠性的影響大。帶寬窄,噪聲小,誤測(cè)率低;帶寬寬,噪聲大,誤測(cè)率高,但對(duì)快,慢速移動(dòng)的影響好。放大器信號(hào)的輸出能夠是電平輸出,繼電器輸出或可控硅輸出等多種方式。(3)BISS0001(人體熱釋電紅外感應(yīng)集成電路)BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比擬器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置,十分適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域,或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。圖3BISS0001管腳圖圖4BISS0001內(nèi)部構(gòu)造圖圖4為BISS0001的內(nèi)部構(gòu)造圖,運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大,然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大,再經(jīng)過(guò)電比擬器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器接通負(fù)載。(4)熱釋電人體紅外報(bào)警器總體電路圖圖5熱釋電紅外報(bào)警電路它是采用熱釋電紅外傳感器及BISS0001組成的報(bào)警系統(tǒng)。在圖5中,采用熱釋電人體紅外器進(jìn)行接收人體紅外信號(hào),接收到的信號(hào)在經(jīng)過(guò)R1,C1進(jìn)行隔交(去除溝通干擾),限幅,整流輸入到BISS0001的14管腳,經(jīng)14,15管腳一級(jí)放大后由16口輸出。輸出信號(hào)由電阻R6和電容C3進(jìn)行耦合,其后由13管腳輸入,二級(jí)放大,由12管腳輸出。再經(jīng)雙向鑒幅,狀態(tài)控制器,從2端口輸出。經(jīng)過(guò)處理后有2管腳輸出再由VT8050進(jìn)行電流控制接通負(fù)載(報(bào)警器)。8,11管腳接電源,7管腳接地。10管腳為運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端,外接較大的電阻。3,4管腳為延遲端口,由R10,C6來(lái)完成延時(shí)。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整,值為Tx24576xR9C7;5,6管腳為封鎖端口,由R9,C7組成,觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整,值為Ti24xR10C6。9端口為觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時(shí)禁止觸發(fā);當(dāng)VcVR時(shí)允許觸發(fā),R3為光敏電阻,用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí),若環(huán)境較亮堂,R3的電阻值會(huì)降低,使9腳的輸入保持為低電平,進(jìn)而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。1管腳為可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。SW1是工作方式選擇開(kāi)關(guān),當(dāng)SW1與1端連通時(shí),芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式;當(dāng)SW1與2端連通時(shí),芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。以下為熱釋電人體紅外防盜報(bào)警器的兩種工作方式:a.不可重復(fù)觸發(fā)方式:圖6不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形圖6所示的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形,來(lái)講明其工作經(jīng)過(guò)。首先,根據(jù)實(shí)際需要,利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路,將信號(hào)放大。然后利用C3,R6進(jìn)行耦合信號(hào)輸送給運(yùn)算放大器OP2,再進(jìn)行第二級(jí)放大,同時(shí)將直流電位抬高為VM(0.5VDD)后,將輸出信號(hào)V2送到由比擬器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器,檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD,所以,當(dāng)VDD=5V時(shí),可有效抑制1V的噪聲干擾,提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個(gè)條件比擬器。當(dāng)輸入電壓VcVR(0.2VDD)時(shí),COP3輸出為低電平封住了與門U2,禁止觸發(fā)信號(hào)Vs向下級(jí)傳遞;而當(dāng)VcVR時(shí),COP3輸出為高電平,進(jìn)入延時(shí)周期。當(dāng)A端接0電平常,在Tx時(shí)間內(nèi)任何V2的變化都被忽略,直至Tx時(shí)間結(jié)束,即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時(shí)間結(jié)束時(shí),Vo下跳回低電平,同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時(shí)間內(nèi),任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)(高電平),可有效抑制負(fù)載切換經(jīng)過(guò)中產(chǎn)生的各種干擾。b.可重復(fù)觸發(fā)工作方式圖7可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形圖7所示的可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形,來(lái)講明其工作經(jīng)過(guò)。可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=0、A=0期間,信號(hào)Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=1、A=1時(shí),Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài),并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時(shí)間內(nèi),只要Vs發(fā)生上跳變,則Vo將從Vs上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè)Tx周期;若Vs保持為1狀態(tài),則Vo一直保持有效狀態(tài);若Vs保持為0狀態(tài),則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài),并且,同樣在封鎖時(shí)間Ti時(shí)間內(nèi),任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。兩種工作方式各有好處,我們選用的是可重復(fù)觸發(fā),將1管腳接電源。只要有人在它將不停的觸發(fā)報(bào)警,增加了電路的可靠性。即熱釋電人體紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)。以下為參考文獻(xiàn)[1]彭軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].西安:西