红外感应报警器的设计毕业设计.doc

目 录

摘要 2
1 绪论 3
1.1设计概述 3
1.2 设计背景 3
1.3 设计要求 3
1.4 设计意义 3
2 系统方案设计与研究 4
2.1设计过程 4
2.2方案选定 4
3 红外线传感器概述 5
3.1 红外线传感器 5
3.2 红外线传感器的特点 5
3.3 主要特性 5
4 LM358芯片 5
4.1 LM358概述 5
4.2 芯片特点 6
4.3电气特性 6
5 LM393芯片 7
5.1 LM393概述 7
5.2 芯片特点 7
5.3 电气特性 7
5.4 典型电路 8
6 电路设计 9
6.1红外线传感器 9
6.2 信号放大电路 9
6.3 电压比较器 9
6.4 音响报警电路 10
6.5 延时电路 10
6.6 12V电源电路 11
6.7 红外线感应报警电路 11
7 总结与展望 12
参考文献 14
致 谢 15
附录1 元件清单 16
附录2 电路原理图 17
附录3 源程序 18

红外感应报警器的设计

摘要:该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。

关键词：红外线 热释电效应 菲涅尔透镜

1

1 绪论
1.1设计概述
本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。
1.2 设计背景
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。 报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器，也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器，超声波防盗报警器,红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器，红外报警器，红外线声光报警器。 其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。
1.3 设计要求
1．熟悉电路的工作原理；
2．掌握该电路中元器件的识别方法；
3．掌握电路的调试方法；
4．熟悉电路简单的故障分析方法；
5．论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。
1.4 设计意义
加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。
2 系统方案设计与研究

2.1设计过程
整个电路设计可分为以下几个单元电路：红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等。当一些不法分子跨过防范区时，会引起红外感应发生变化。这时红外辐射经过光学系统在热电红外感应器PIS探测元上，红外感应器将输出电压信号，然后经过信号放大，并传送给信号采集与处理单元电路，最后向单片机输入高电平的数字信号。然而，对于有些情况，我们也可以通过键盘设置最佳响应报警时间来对不法分子进行区别，然后由单片机通过信号采集与处理电路传来的数字信号进行判别，是否启动报警。如果启动报警器，单片机则控制语音芯片对不法分子进行警告，进而使主人及周边的人得知有事发生，并记录报警的时间和不法分子录音，同时人们可通过键盘上的按键查询不法分子作案报警时间，最后在液晶屏上显示报警时间。
2.2方案选定
人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。直流电源有正、负两个电极，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。在设计采用的是5V的芯片，所以电路设计为5V的电源。
2.3红外人体报警器安装要求
被动红外人体报警器是一种在安防工程中使用极为普遍的一类探测器。但要其正常使用，既要防止漏报，又要减少误报，主要是将误报现象降到最低的限度。要做到这一点，必须首先要了解被动红外探测器的一些基本概念及其技术特点，这样才能根据这些基本的技术特点，从安装、调试、使用等各个环节，按照探测器的基本技术特点，这样才能最大限度的发挥探测器的最大功效。 红外人体报警器误报率与安装位置和方式有很大关系，一般应注意以下几点： z 红外人体报警器应离地面2到2. 2米； z 红外人体报警器要远离空调、射灯等空气温度变化敏感的地方； z 红外人体报警器探测范围不能有隔板、大型家具、屏风等遮挡物； z 红外人体报警器最好不要直接对着窗口，否则室外的热气和人员频繁的 流动会引起报警器误报。 z 红外人体报警器对人体敏感程度还和人的运动方向有关，它对于径向移 动反应最不敏感，而对于切向方向移动最为敏感。安装时注意选择合适的位置，避免红外探头误报，以便得到最佳检测灵敏度。
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3 红外线传感器概述
3.1 红外线传感器
红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。　　
3.2 红外线传感器的特点
红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。
3.3 主要特性
l 高灵敏度：400°C/750°F或 250°C / 480 °F
l 红外光谱： 1至 3 µm
l 由自监测功能实现数字式控制
l 无需光学调整
l 使用维护方便
l 专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中(IP66)
l 设有空气吹扫装置和水冷却系统
l 提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆

3.4 LM358芯片

3.4.1 LM358概述
LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
3.4.2 芯片特点
l 内部频率补偿。
l 直流电压增益高(约100dB) 。
l 单位增益频带宽(约1MHz) 。
l 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。
l 低功耗电流，适合于电池供电。
l 低输入偏流。
l 低输入失调电压和失调电流。
l 共模输入电压范围宽，包括接地。
l 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。
l 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)
3.4.3电气特性
l 输入偏置电流45 nA
l 输入失调电流50 nA
l 输入失调电压2.9mV
l 输入共模电压最大值VCC~1.5 V
l 共模抑制比80dB
l 电源抑制比100dB 
l 8脚:电源VCC
l 4脚:接地
l 1、7脚：输出端
l 3、5脚：同相输入端
l 2、6脚：反相输入端

图 3-1 电气特性电路图

3．5 LM393芯片
3.5.1 LM393概述
LM393 为双电压比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。
3.5.2 芯片特点
l 工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；
l 消耗电流小，Icc=0.8mA；
l 输入失调电压小，VIO=±2mV；
l 共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；
l 输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；
l 输出可以用开路集电极连接“或”门；
3.5.3 电气特性
l 8 脚：电源＋
l 4 脚：电源－
l 1 脚：比较器 A 输出
l 2脚：比较器 A 反相输入
l 3 脚：比较器 A 同向输入
l 5 脚：比较器 B 同向输入
l 6 脚：比较器 B 反相输入
l 7 脚：比较器B输出。
3.5.4 典型电路

图3-2典型电路图
4 电路设计
4.1红外线传感器
红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。
4.2 信号放大电路

图4-2信号放大电路图
信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由 IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。
4.3电压比较器

图4-3 电压比较器电路图
电压比较器如图4-3，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A①脚输出的信号电压到达IC2B的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时IC2B的⑦脚由原来的高电平变为低电平。
4.4 音响报警电路
图4-4音响报警电路图
如图4-4，IC4A LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2 导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变， 故通过R14向 C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。
4.5 延时电路

图4-5延时电路图
如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。
4.6 12V电源电路
由功率为12V 5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。

图4-6 12V电源电路图
4.7 红外线感应报警电路

图4-7 红外线感应报警电路图
5 总结与展望
把论文结束的瞬间，觉得自己又回到了在学校学习，拿着书本翻阅资料，不懂的会追根究底，虽然没有那么多的时间将问题深思熟虑，考的不周全，学习的感觉很棒，吸收知识很充实。
经过半个月的打理，毕业设计总归完成了。我喜欢设计，这是我三年大学生活对我作出的努力的体现。就这样，我是积极地去做我的毕业设计。
本设计中所阐述的仅仅是一种简易的红外线感应报警器电路设计。我是一个追求创新的人，大学里我一半的学习成果来自于课堂，另一半来自于我的课外阅读，我喜欢阅读搜索一些电子方面的材料，自学过cadence电路设计，AVR单片机，PIC单片机，Photoshop等，现在准备学习ARM嵌入式系统以及MSP430单片机，总结下来，我自学的只是一点皮毛，肤浅的东西，苦于没有指导老师。本来还兴奋的思考着，工作两年以后考研呢，现在觉得有点天方夜谭了，呵呵，下面还是谈谈设计吧。
总之，不论工作还是学习，都要理论联系实际，运用相关的理论知识，通过对电路原理的介绍和探究，得出其制作方案与实践应用原理，并重点研究了其相关的核心技术和应用理论。相信，在现实生活中该理论一定能得到很好的应用和更为广阔的发展。
一开始做毕业设计时那才叫新鲜啊，所以我很积极，课题下来一周后，我完成了第一版本，可想而知，含金量太低，太老套，没有创新的观点，所以我选择放弃这一个版本，之后我便开始追求我所谓的创新毕业设计，也就是在课题的基础上发挥一下，呵呵。还有，就是之前觉得吧，毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，只要有点专业基础就会很简单，但现在才发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高，同时学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，而自己需要学习的东西还有很多。
在毕业设计过程中，我也上网查阅了许多资料，掌握了科技文献的检索方法，大大提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。反过来，分析调试过中的得失，能加深对理论的理解。我也将许多遗忘的知识又给温习了。
通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
本课题在选题及研究过程中得到雷求胜老师悉心指导和同学的热心帮助。雷老师为我指点迷津，帮助我开拓思路使我可以顺利完成设计。
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

参考文献
[1]电子技术基础.西安交通大学,2008.8 40-55
[2]PIC单片机原理与应用.机械工业出版社2010.1 19-39
[3]51单片机及其C语言程序开发实例.清华大学出版社.2008.12 (完整)
[4]李平、李亚荣、关天民.ISD1420的高响度语音电路设计.大连交通大学,2005.1
[5]唐明道.杨林武.ISD1420单片语音录放电路应用.电子技术杂志1998

致 谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业。人最宝贵的年华有几个三年，在这里我度过了让我真正成长成熟的三年，记得刚进学校是我是多么的无助与陌生，三年的异地大学生活使我变的成熟，坚强和独立。
感谢我的所有任课老师，他们严谨细致、认真讲解，他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
三年的大学生活中，它们不管在生活还是学习上都给我很大的帮助，让我从腼腆的小男孩变成能独立面对社会的毕业生。
首先向跟随我们三年的班主任老师致以最诚挚的感谢，他不仅是我的老师，更是我的益友，在我的三年大学生活中他不仅给予我们学习上的帮助还给我生活上很多帮助，锻炼我的各方面能力，使我步入社会时能很快很好的融入。还要感谢的是在我平时学习中给我很大帮助的老师们，他们渊博的知识，严谨的治学，让我不仅学到了扎实的专业知识，还教会了我如何做人，面对问题养成了沉着冷静，努力解决。上班了，面对自己不熟悉的环境，我要适应，上班了没有很多的时间看书，更没有多少时间来做毕业设计，在我现在做这个设计时，离我离开学校有半年多了，很多知识我们已经忘掉了，在这里我要感谢雷求胜老师，在百忙之中抽出时间辅导我，帮助我做毕业设计辅导，使我节省和很多时间，顺利完成毕业设计。
最后要感谢的是我的父母，因他们的给予我才能在这校园里完成我的大学梦想，使我的人生阅历提高，增长见识，提高了自己个方面的素质和涵养。也要感谢我的同学。，因为我们团结我们才能高效的完成毕业设计。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！
在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

附录1 元件清单

编号
名称
型号
数
量
编号
名称
型号
数
量
R1
电阻
47K
1
C10
电解电容
470u/25V
1
R2
电阻
1M
1
C11
涤纶电容
0.1u
1
R3
电阻
1K
1
VD1-VD5
整流二极管
IN4001
5
R4
电阻
4.7K
1
U
全桥
2A/50V
1
R5、R6、R9、R12、R13、R15
电阻
100K
6
VT1
晶体三极管
9014
1
R7、R10、R11、
R17
电阻
10K
4
VT2
晶体三极管
MPSA13
1
R8、R16
电阻
300K
2
VT3
晶体三极管
8050
1
R14
电阻
470K
1
IC1
红外线传感器
Q74
1
R18
电阻
2.4K
1
IC2
运算放大器
LM358
1
R19
电阻
220Ω
1
IC3
比较器
LM393
1
R20
电阻
560K
1
IC4
三端稳压器
78L06
1
C1、C2、C6、C8、C9
电解电容
47u/16V
5
BL
电磁讯响器
U=12V
1
C3、C5
电解电容
22u/16V
2
T
电源变压器
12V 5W
1
C4
涤纶电容
0.01u
1
S
钮子开关

1
C7
电解电容
220u/16V
1

附录2 电路原理图

附录3 源程序
程序名： ISD1402 语音芯片分段录放音调试
编写人： 李典
初写时间： 2010年6月
程序功能： 实现对ISD1420 语音芯片的分段录放音
实现方法： 用定时器产生最小125MS的录音长度值
CPU说明： 89S51 24-PC 12MHZ晶振
修改日志：
NO.1-2010.6.10 增加了地址极限保护功能，防止录音出错。
-------------------------------------------*/
;------------------------------------------初定义
ISDDAT EQU P1 ;语音地址线
KEYRED EQU P3.3 ;录音按键
ISDRED EQU P3.0 ;录音使能（低有效）
KEYPLAYL EQU P3.4 ;长放音键
ISDPLAYL EQU P3.2 ;长放音使能
KEYPLAYS EQU P3.5 ;短放音按键
ISDPLAYS EQU P3.1 ;短放音使能
KEYSET EQU P3.6 ;
XX EQU P1.7 ;调试用灯
STOPIN EQU P3.7 ;放音停止脉冲输入
LED1 EQU P0 ;静态数码管第一位 ;数码管显示第一位（十位）
LED2 EQU P2 ;静态数码管第二位 ;数码管显示第二位（个位）
WRAM EQU 20H ;录音地址寄存器 ;数码管显示值寄存器
WBIT1 EQU 21H ;放弃此次录音寄存器;
WW EQU 22H ;
WBIT3 EQU 23H ;
;-------------------------------------------------------------------程序入口
ORG 0000H
JMP ISD_START
ORG 000BH
JMP TT0
ORG 0030H
;----------------------------------------------程序开始
ISD_START:
MOV R1,#8
MOV R0,#WRAM
RAM1:
MOV @R0,#0
INC R0
DJNZ R1,RAM1
SETB ISDPLAYL
SETB ISDRED
SETB ISDPLAYS
SETB KEYSET
MOV R2,#3
MOV TMOD,#01H ;定时计数器工作方式
MOV TH0,#9EH ;初值（9E58H--25MS）
MOV TL0,#58H ;
SETB ET0 ;开T0允许
SETB EA ;开总中断
MOV ISDDAT,#0FFH
MOV WRAM,#00H
CALL DISPLAY
MOV WBIT1,#0
LOOP: ;录音部分
JB KEYRED,N1
CALL DL20MS
JB KEYRED,N1
MOV ISDDAT,WRAM
MOV WBIT1,WRAM
MOV WBIT3,WRAM
CLR ISDRED
SETB TR0 ;启动定时器
M0:
JNB P1.6,M1 ;地址极限值保护
JNB P1.7,M1
JMP M2
M1:
JNB KEYRED,M0
M2:
SETB ISDRED
CLR TR0
N1: ;回放刚才录音
JB KEYPLAYL,N2
CALL DL20MS
JB KEYPLAYL,N2
MOV ISDDAT,WBIT1
CLR ISDPLAYS
CALL DL60MS
SETB ISDPLAYS
N2: ;加地址功能，设定放音地址
JB KEYPLAYS,N3
CALL DL20MS
JB KEYPLAYS,N3
INC WBIT1
MOV ISDDAT,WBIT1
CALL DISPLAY2
CALL DL60MS
N3: ;清除刚才录音
JB KEYSET,N4
CALL DL20MS
JB KEYSET,N4
MOV ISDDAT,WBIT3
MOV WRAM,WBIT3
MOV WBIT1,WBIT3
CALL DISPLAY
N4:
JMP LOOP
;-------------------------------------------数码管显示程序
DISPLAY:
MOV WW,WRAM
JMP GO
DISPLAY2:
MOV WW,WBIT1
GO:
MOV A,WW ;静态数码管显示
MOV DPTR,#TAB1
ANL A,#0F0H
SWAP A
MOVC A,@A+DPTR
MOV LED1,A
MOV A,WW
ANL A,#0FH
MOVC A,@A+DPTR
MOV LED2,A
RET
;----------------------------------LED数码管显示表(0-F) TAB1
TAB1: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
DB 88H,83H,0A7H,0A1H,86H,8EH
;---------------------------------------------------------T0中断
TT0:
MOV TH0,#9EH ;重装初值（25MS）
MOV TL0,#58H ;
DJNZ R2,TT0EXIT ;1位的录音时长（125MS）
MOV R2,#3 ;
INC WRAM
CALL DISPLAY
TT0EXIT:
RETI ;T0中断结束
;-----------------------------------延时子程序
DL20MS: ;20毫秒延时，主要用于去抖动。(100,100)
MOV R6,#100
DL20MS_1:
MOV R7,#100
DJNZ R7,$
DJNZ R6,DL20MS_1
RET
DL60MS: ;60 毫秒延时
CALL DL20MS
CALL DL20MS
CALL DL20MS
RET
DL05S: ;1秒延时，用在了开始等待。(50)
MOV R5,#50
DL05S_1:
CALL DL20MS
DJNZ R5,DL05S_1
RET
;---------------------------------------结束
END