红外线报警（通用8篇）
红外线报警 篇1
一、设计所需仪器和元件
设备:数字示波器、直流稳压电源、信号发生器、万用表。材料:传感器KDS9、面包板 (实验板) 、导线、电阻、电位器、电容、发光二极管、焊锡等。元器件:四运放LM324、比较器LM339等。
二、设计分析及系统框图
2.1藉由信号角度的电路分析
本设计利用被动红外热释电传感器KDS9作为探测源的输入信号, 进行人体靠近预警电路的设计。
关于信号源采样部分。查阅相关资料可知, 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射, 采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰, 提高了传感器的工作稳定性。其工作电压一般为9～12V, 无人靠近时的输出信号一般在1V左右稳定;而当有红外热源 (人体) 靠近时, 输出电平会迅速跳变, 这个跳变量就是本电路需要扑捉的对象。但是, 实际上由于人体靠近所产生的有效电压浮动却非常小, 变化值仅为10～20mV, 其间还夹杂了大量的杂波噪声信号。同时, 由于信号源 (人体) 的不稳定性, 输出脚的电压严格上说应该是一个交变信号, 频率约为1Hz上下变动。因此, 电路中必须包含多级放大和带通滤波部分的设计。
关于信号的输出部分。经两级放大、一级滤波之后, 1Hz频段内的信号预计被放大至少100倍以上, 电压差应该在几伏特之间跳变。如此可以满足实验要求中“0～5V直流输出电压”的要求。同时, 只需再加上一级电压比较器以驱动发光二极管, 通过设定合适的门限值VREF, 从而实现“接近即亮灯报警”。
综上可知, 通过设计电路, 可以实现KDS9输出信号的检测。当信号值超出一定的范围, 电路就可以通过发光二极管来实现报警功能。通过分析可知, 在传感器输出稳定的情况下, 调节比较器的VREF可以实现报警阈值的设置。适当降低VREF, 可以增加报警电路的感应范围, 并有效降低电路自震荡造成的发光二极管闪烁频率, 提高灵敏度。
2.2信号处理流程设计
根据之前的分析, 可归纳出设计电路的信号处理流程图如图1所示:
由于在传感器输出的信号其中夹杂这一些干扰信号, 为了减小对测试结果的影响, 故在第一级放大后设计一个带通滤波放大电路, 在二级放大的同时滤去一些干扰的高频信号。这是一个十分必要的过程, 可以大大改善结果的精度。
比较结果输出端接发光二极管, 在发光二极管前应接一个限流电阻, 可在保护LED的同时使要求完成更顺利。
三、单元电路设计及参数
3.1基本元器件介绍
(1) 被动式热释电传感器KDS9
该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射, 借此感知热源的临近。
在准备过程中, 发现每个KDS9的性能参数都不尽相同。我们组使用的KDS9, 在电源 (D) 脚输入VD=12V恒定稳态情况下, 人靠近时VS输出呈现先降低后上扬的特性。电压初值 (VS) 0=1020mV, 下降的谷值 (VS) min=1006mV, 上扬的峰值 (VS) max=1047mV, 并保持恒定。
(2) 四运放LM324和比较器LM339
LM324系列器件为价格便宜的带有差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比, 它们有失调电压小、电源电压范围宽、对比较信号源的内阻限制较宽、共模范围大和输出端电位灵活等显著优点。
LM339则类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端 (+/-) 和一个输出端。用作比较两个电压时, 任意一个输入端加一个固定电压做参考电压 (VREF) , 另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时, 输出管截止, 相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时, 输出管饱和, 相当于输出端接低电位。因此, 把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。另外, 各比较器的输出端允许连接在一起使用。
3.2一级放大电路
一级放大电路电路图如下:
本级放大电路采用集成运算放大器LM324放大传感器KDS9的输出信号 (Vin) , 输出放大后的电压信号 (Va) 。整个电路采用同向放大设计, 放大增益, 有输出电压Va=11Vin。
3.3带通滤波与二级放大电路
可知KDS9的输出为低频交变信号 (有效频段约为1Hz左右) , 且含有许多杂波。因此电路中在二级放大时加入了带通滤波设计, 以滤除有效频带之外的杂波或噪声。使用LM324构成带通滤波与二级运放电路图如下:
此级设计为反向放大电路, 但为了保证放大后的输出电压 (Ub) 为正, 故而在其正向加入+6V的偏置电压。对该部进行S域分析, 考虑容抗作用, 根据“虚短、虚断”可得输出电压
为验证设计电路的性能, 现试在EWB中仿真。在信号源 (Vin) 加频率1Hz, 幅值为10mV的正弦信号。继而测得a、b点的输出波形, a点幅值约为114mV, b点幅值约为6.9V (并带有一定偏置) 。可以看出, 各级运放效果良好, 带通也确实起到了作用。
3.4输出标定电路
根据设计要求, 输出电压应该在0～5V之间。为便于电路的扩展和之后的标定, 电路中特别设计了用于输出标定的电路 (如图4所示) 。合理调节滑动变阻器R11, 即可实现Ub的分压输出 (Vout) , 使其控制在要求的0～5V之间。这里, 取R11=R10=5.1K。 (Ub∈ (0.6, 0.9) ) , 如此可以实现Vout=0.5Ub∈ (0, 5) 的预计设计要求。
3.5比较电路
本设计的核心是捕获传感器输出电压的跳变值, 并利用其作为驱动LED的触发信号。因此, 在有效放大和滤除高频杂波的基础上, 必须将此时的电路电压Ub (-极) 与某一门限电压VREF (+极) 相较。若电压的波动值在允许的范围之内, 视为无触发信号出现;一旦有人靠近, 电压就出现很大波动, 必然超过门限范围, 继而触发比较器输出相应信号以驱动LED发光。
本设计中使用LM339作为比较器 (电路图见图5) 。考虑到KDS9的输出电压在有人靠近时必然存在一个低电平的跳变, 之后才会逐渐上扬。因此可以选取其在电平降低过程中的某一电压值作为门限VREF。考虑判别的灵敏性, VREF越高越能及时反映电压的跳变, 仪器也就相应的越灵敏。
同时, 在实验过程中发现LED有时会出现自激震荡 (闪烁) 的非正常工作态, 这将严重影响结果的读取。初步推断这是因为滤波电路的电容充放电所致。经反复调试, 我们发现自闪烁的频率f与门限值VREF的选取有关, 即f随VREF的增大而增大。显然, 门限值VREF应尽量取得低些。
综上, 取比较器的门限电压VREF=4.1V。
3.6发光二极管驱动电路
设计中使用发光二极管作为报警, 其驱动电路见图6。人在靠近和远离时LED灯都会点亮一阵后熄灭。为防止二极管过流被击坏, 电路中串入一个500Ω的限流电阻R9。当Ub>VREF时, 比较器输出低电平, 二极管被短接 (熄灭) 。当Ub
四、效果分析
设计电路基本上实现了实验设计的预期要求。在人距KDS9约10cm时, 可以观察到二极管被点亮, 实现了“靠近预警”这一功能。由于调试中传感器效果并不是很理想, 故认为此距离范围已属于较理想的实验效果。以下是各点所测得的参数汇总:
KDS9输出:电压初值 (VS) 0=1020mV, 下降的谷值 (VS) min=1006mV, 上扬的峰值 (VS) max=1047mV, 并保持恒定。
a点:Ua= (9.25～9.35) V。b点:电压初值 (Vb) 0=6.04V, 下降的谷值 (Vb) min=0.6V, 上扬的峰值 (Vd) max=9.6V, 并保持恒定。
五、结论
检测电路在各业中的应用十分广泛。对于这样一个系统电路的设计, 不但要掌握传感器原理、电子线路等多学科的知识, 而且还要有继而不舍的钻研精神, 要善于学习新的知识, 只有将这两方面的知识融会贯通和有机结合, 才能设计出合格的电路来。
本文从最基本的元件选择, 信号处理流程的分析, 到放大电路, 输出电路和比较电路的设计, 完成了整个报警器的初级产品, 最后对该电路进行调试和效果分析, 结果证明该红外探测报警器实现了“靠近预警”功能。
红外线报警 篇2
【关键词】高压电柜 红外测温 报警系统
引言
目前,电力设备的检修工作基本停留在定期停电检修的传统模式下,必须停电进行检修、试验和校验工作,造成一些不必要的电能损失和人力、物力上的浪费。电力设备的在线监测技术的应用,使设备检修工作从计划检修过渡到状态检修,促进电力设备检修技术的科技进步,提高设备运行管理水平,特别是完善无人值班变电站设备监测的技术措施等,都起到了积极的作用。
1 利用红外传感器对高压开关柜内触点进行温度测量
在电力系统中,高压配电柜是重要的控制和保护设备,其控制作用就是根据电网运行要求,投入或退出相关的线路或电力设备;其保护作用就是在线路或电气设备发生故障时,将故障部分从电网中快速切除或隔离,以保证电网无故障部分的正常运行。因此,柜内导电连接处的接触特性直接影响到开关柜工作的可靠性。在电网运行过程中,机械振动、触头烧蚀等原因都可能造成接触处温度升高,引起接触处氧化,使接触电阻进一步增加,温度进一步上升。因此,对柜内触点进行实时的温度监测,实现过热报警是避免重大事故发生及控制故障恶化的有力手段。利用红外传感器进行温度测量就是其中之一,它是通过接收被测目标发出的红外辐射来确定其温度的,并以其速度快、范围宽,且对被测温场无干扰等优势,在高压电力设备的温度在线监测领域中得到越来越广泛的应用。
2 高压电柜红外测温系统结构及功能
2.1 系统总体结构
本温度实时监测系统包括红外测温探头、数据采集单元、数据主控单元3个部分,总体结构见图1。
图1 温度实时监测系统结构图
在系统的最底层是红外测温探头,分别采集柜内N个三相隔离开关触头和导体连接头的温度,通过总线将温度数据上送至数据采集单元。设置报警参数,并在温度超限时报警,同时将温度数据和报警信号通过总线上送至数据主控单元。数据主控单元将N个数据采集单元的信息汇总,并留出通讯口,以便依据标准协议通过RS485总线将整个系统与电站综合自动化系统相连。(N的数值由高压柜内易发生故障、需进行检测的主结线接点数来确定,一般为6、9、12…个)
2.2 系统的硬件实现
2.2.1 红外测温探头的硬件实现
采用红外热电堆传感器作为温度敏感元件,用数字温度传感器测量环境温度, 由于现场监测目标的温度变化范围为0～150 ℃,选取的红外滤光片的波长为7.5～14μm 的红外辐射透过率不低于70%,可以满足要求。在现场,探头的安装方式见图2,测量距离最大为1.2m,目标直径为5 cm,选取的带透镜传感器视场张角为7o,距离系数(D:S,即视场直径与测量距离的比值)约为12:1,能够满足测量要求。
图2 高压电柜上红外测温装置安装简图
选取C8051f410单片机作为探头部分的控制芯片,同时接收DS18B20送入的环境温度信号,单片机将这两路信号处理后由串口输出显示,并经电平转换后由485总线将数据上送至數据采集单元。
2.2.2 数据采集单元和数据主控单元的硬件实现
由于数据采集单元与数据主控单元所需的系统资源大体相同,因此在硬件上兼顾两者的需求,设计成统一的电路,只是通过采用不同的接口、跳线及软件来实现。单元的转换选用ATMEL8位单片机AT89S52作为主控制芯片,外扩了32KB的RAM、64kK的ROM,分别用于数据寄存、历史数据记录和程序存储;芯片内部自带实时时钟记录系统时间;选用128x64点阵液晶显示操作界面、温度数据及报警画面等;利用扩展的I/O口控制5个按键实现系统复位和相关的菜单操作。芯片还具备看门狗功能,它能够在程序出错或外界干拢时对系统复位重启,无论是数据采集单元还是数据主控单元均处于整个系统的中间层。因此,需要扩展单片机的串口,用于传送采集的历史数据。
2.3 系统的软件实现
2.3.1 红外测温探头的软件实现
程序流程见图3, 主程序每秒循环一次,以查询方式取得DS18B20和A/ D转换的数据,以中断方式响应数据采集单元的召唤,并将处理后的数据上送。
图3 红外温度采集程序流程图
2.3.2 数据采集单元和数据主控单元的软件实现
主程序每秒循环一次,将接收到的下属探头或子站的数据加以处理。若温度正常则继续循环,若有异常则弹出报警画面并闪动示警,同时以中断方式与上下层网络通讯。主程序和数据采集程序流程图见图4。
图4 主程序和数据采集程序流程图
3 结束语
高压开关柜温度实时监测网络可以在线监测柜内隔离开关触头及其他连接点的温度,同时根据温升程度发出不同级别的警报,用户可以通过液晶查看各监测点的状态。并通过键盘设置报警参数及环境参数,监测网络既可以独立工作,也可以依据实际需要添加电力系统标准协议或与变电站综合自动化系统相连。
本系统监测网络的测温范围为0～150℃,测温距离1.2m,在30～60℃范围内的测量准确度为±3℃。具有抗干扰性能强、响应速度快、体积小、匹配性好、测量准确的优点,现已在现场装配试运行。
参考文献:
[1]卿太全等编著.传感器应用电路集萃.北京:中国电力出版社,2008
[2]周书铨.红外辐射测量基础.上海:上海交通大学出版社,1991
红外线报警床垫系统研究与设计 篇3
据医学专家介绍,猝死后抢救的黄金时期只有猝死后的5分钟左右,所以说时间就是生命,要使猝死者第一时间内得到抢救,从死亡的边缘线拉回来,就要让家人及其医院第一时间内得知消息,才及时的抢救患者。而猝死往往发生在那么一若瞬间,白天可能有家人的陪护,能够及时发现,但是猝死且多发生在夜晚凌晨,猝死根本无人知晓,当第二天发现时早已为时已晚。然而,基于单片机红外报警的床垫就能实时监测。
(1)系统设计动机:老人基本上都患有心脏病,冠心病等常见的心血管疾病,每年因此而死亡的人数在逐年上升,并且大多数都是因为抢救不及时而导致。晚上患者死亡后,家人及朋友并不能及时的知晓,导致抢救错失良机。
(2)系统设计创新点:红外线检测实时其血液脉动,将其转变为电信号处理,能够随时检测人在晚上睡觉时的心率,查看其身体状况,发病时通过手机发出报警信号,能够提高猝死的抢救时间,降低死亡率。
2系统工作原理
基于红外线的猝死报警床垫,采用HOLTEK单片机为MCU,采用红外感应,数字信号的处理,单片机计算,显示其心跳,必要时报警。工作原理如图1,将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的血管位置,通过红外光对血管的反射,血液的流动信号返回到接受管,经过模块电路调试,由接受管传感器采集脉搏信号,经过前置放大,滤波,单片机处理后可以得到人体的心率值,手机终端实时监控并报警。系统结构如图,患者家人及医生手机安装有其移动终端,当患者睡在床垫上时,重力感应器感应,报警模式启动,离开时,重力消失,报警模式关闭。在启动时,患者因激动,心率突然增加时,语音提示其患者保持冷静,注意休息,当检测到心率突然消失时,发送给其家人或医生,手机产生报警信号。
3系统结构设计及分析
本报警系统床垫采用的HOLTEK单片机MCU作为主控芯片进行设计。重力感应到人体重量,报警系统启动,红外线检测其血液脉动,集成电路将光信号转换成电信号,利用HOLTEK MCU单片机计算及在LED和终端显示,报警,语音报读提醒。其总体框架图如图1所示。
4结语
基于HOLTEK单片机的红外线报警床垫对人体心率检测,当患者在遇到紧急情况时发出报警提示。其主要功能、特色有:
(1)用红外线传感器检测其血液流动,经过模拟,数字集成电路转变成电信号的功能;
(2)HOLTEK单片机计算心跳数据,实现检测心跳的功能;
(3)心率异常时,通过无线Wi Fi技术发送到手机终端,有报警的功效,使患者能在最短的时间内得到及时的抢救;
(4)若心率突然增加时,语音提示患者保持冷静,注意休息;
(5)家人及医生能够实时的检测患者的心率,分析其健康状况。
参考文献
[1]李力.物联网技术在智能化住宅小区中应用的研究[J].电子技术与软件工程,2015(12).
[2]侯志华.广电网络技术在智能化小区的应用[J].电脑知识与技术,2014(18).
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[5]刘艳丽,钟道康.浅谈翰林院小区智能化设置[J].科技与企业,2013(15).
[6]余洪昌.小区智能化安装调试常见问题剖析[J].数字社区&智能家居,2013(12).
红外线防盗报警系统的设计与应用 篇4
它是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。在报警器市场之中, 一般分为USB电脑防偷报警器、电话自动拨号报警器、有线无线兼容报警器、多防区自动语音防盗器、GSM报警器、有线多防区报警器及现场独立型报警器等。而该报警系统具有探测灵敏、报警准确可靠、安装简单的特点, 被广泛用于家庭、别墅、银行、商场等场所。
1 红外线反射式报警系统的原理
1.1 红外报警系统的架构原理图
1.2 红外线反射式报警系统的电路设计图
1.3 红外线报警系统的电路结构及主要元器件选择
该红外线反射式报警系统是有三大部分电路组成, 分别是:电源电路、红外线检测电路、语音报警电路。
电源电路:变压器T、整流二极管VD1、VD2、滤波电容C6、C4、稳压集成电路IC1等元件构成。在实际制作时, T一般选用8W二次电压为双15V的电源变压器, IC1选用LM7812型三端稳压集成电路。220V交流电经过整流、滤波、稳压后, 形成稳定的12V直流电供给给红外线检测电路等后级电路供电。
红外线检测电路:是由红外线反射式探测模块IC2、限流电阻R2、稳压二极管VD3组成。实际制作时, IC2选用TX05D, VD3可选用0.5W、3V稳压二极管。
语音报警电路:由语音集成电路IC3、音频放大集成电路IC4及扬声器BL等外围元器件组成。实际制作时, IC3常选用KD-5608型语音集成电路, 内储有“狗叫声”等报警语音;IC4选用TDA2003型音频放大集成电路;BL选用2W、8Ω的电动式扬声器。
1.4 红外线反射式报警系统的工作原理
电路通电后, 即从模块内部的红外线发射管向胸前方发射38Hz的调制红外线, 当无人闯入监控区域时, TX05D输出低电平, KD-5608不能触发工作, 无报警语音输出, 扬声器BL不发言。报警器工作于监控状态。
当有物体或人进入有效监控区时, 红外线就会有一部分被反射回来, 被与发射管同排安装的光敏接收管收到并转换成同频率的电信号, 由模块内部电路进行放大、解调整形、比较处理后, 在输出端给出高电平信号。使KD-5608受触发工作, 输出“狗叫声”等语言信号。该信号经TDA2003音频功率放大后, 驱动BL后发出响亮的报警声, 通知值班人员有人非法闯入。
1.5 红外线反射式报警系统的安装与调试
该报警电路简洁, 安装与调试的关键为TX05D的安装与调试。由于TX05D属模块化产品, 全部电路可以安装在一个50×30×20mm的塑料盒内。盒的侧面设有状态指示和灵敏度调节孔, 一只红色发光二极管用来指示开关的工作状态, 平时熄灭, 有反射物时发光。灵敏度孔用来调节反射检测距离, 顺时针调距离调大, 逆时针调距离减小 (其最大监控距离可达12m) 实际运用时, TX05D通过一条1.5m的双芯屏线作为输出引线, 其中红色线为电源正极, 白色线为输出端, 铜网接电源负极, 白色线静态时为低电平, 有反射红外线时输出高电平。另外, TX05D采用了调制技术和采用进口带补偿的抗干扰器件, 在一定程度上解决了抗干扰的问题, 可使白天黑夜的灵敏度基本保持一致, 但由于未加入加密电路, 故在离频闪日光灯近距离 (2m以内) 时TX05D会有同步的输出, 使用时应注意回避正对日光灯 (不包括用电子变压器启动的日光灯) 。
2 结语
近年来随着科学技术的不断发展, 社会的不断进步, 安全问题越来越受人们的关注。随着红外线反射式防盗报警器的出台, 大大的改善了防盗系统的性能, 同时节省了布线。把该报警系统与监控系统相结合, 形成了新型的智能安防系统, 为我国安防系统的发展打下了强有力的基础。但是红外线反射式报警系统发展仍处于萌芽阶段, 需要进一步的开发和利用, 为社会主义和谐社会的建设提供良好的安全保障。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[G]第5版.北京:化学工业出版社, 2008.
[2]王俊峰, 孟令启.现代传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.
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[4]孙兵, 包东飞.以VisualBasic为平台开发智能远程报警器软件系统[J].南通纺织职业技术学院学报:综合版, 2003.
红外对射防盗报警器的制作 篇5
一、电路原理介绍
红外线对射防盗报警器实验模型电路原理图见图1。
电路主要由电源电路、红外线发射电路、红外线接收电路、逻辑处理电路和报警电路组成。VT7、VT8及相关元件组成多谐振荡器, 其振荡频率由R14、R15、C8、C9的值决定。振荡信号从VT7的集电极通过R17输入VT6的基极, 经VT6放大后驱动红外线发射管向外界发射信号。当发射管与接收管之间没有物体时, 发射的红外信号被D7接收, 经VT1、VT2两级放大后, 从VT1集电极经C4耦合送入倍压整流电路, 形成一个直流控制电压, 使得VT5饱和导通, IC1的8、9脚输入低电平, 经“非”逻辑处理后, 10脚输出高电平, IC1的3脚输出高电平。这个高电平一路经R8将IC1的13脚电平拉高, 从而保持3脚的高电平输出, 另一路使VT3保持截止, 报警电路不工作。
当发射管与接收管之间有物体时, 发射的红外线信号就被挡住, D7收到不信号, 此时倍压整流电路输出的信号电压很低, VT5截止, 整个电路状态发生变化, IC1的12脚变为低电平, 此时3脚输出低电平。这个低电平信号经R8使IC1的13脚变为低电平。这时就算12脚电平变为高电平, 但与非门的关系中只要有一个输入端为低电平, 输出便为高电平, 因此输出状态被锁定, 将维持3脚输出低电平;同时使VT3饱和导通, 报警电路得电工作, 喇叭中便发出报警声。这里报警信号发生电路采用了专用音乐集成电路, 上电后便产生报警音频信号, 经VT4功率放大后驱动扬声器发音。若要解除报警, 必须同时具备两个条件:一是正常接收到红外信号, 二是IC1的13脚必须强制输入一个高电平信号。电路中的复位按键就是启到给13脚强行输入高电平信号而设的。
二、电路制作
图2所示为本制作的印刷电路板。板上各元件均有标识, 制作者只要按电路原理图中的标识正确安装, 就可以完成整个制作。其中一些元件在安装是需要注意以下几点:
1、元件安装时严格按线路板上标识安装, 对于极性元件, 注意不要装反。
2、报警声音乐集成电路IC3安装时, 其振荡电阻R22直接装于IC3上;然后用剪下的电阻引脚从IC3上焊出引脚后再与线路板相接。焊好引脚的IC3如图3所示。
3、红外发射管与接收管安装时, 引脚要留有足够的长度, 焊好后折弯, 使二只管子与线路板水平放置。
4、本制作的电源可采用功率不小于2W, 电压为9~12V的变压器。在一些有直流稳压电源的场所, 可直接用9~12V的直流电源进行供电。
整个红外对射报警器实验模型制作好后, 其照片如图4和图5所示。
三、功能调试
1、所有元件安装好后接上电源, 电源指示灯点亮, 用万用表测量C1两端电压, 正常应在5V左右。
若不正常, 应仔细查看IC2是否装反, 四个整流二极管是否装反。
2、报警电路调试:
用一导线将IC1的8、9脚与地短接, 接通电源, 此时报警电路应不工作。如将VT3的C、E极短接, 此时可听到喇叭中发出的报警声, 若没有声音, 应仔细检查音乐电路是否装错, 喇叭是否接线正确等。
3、发射器的调试:
所有元件安装好后, 用直流5V供电进行调试, 用万用表测量VT7或VT8的基极对地电压, 若出现负压, 表示电路已启振, 发射电路工作正常。
4、红外接收电路调试:
8、9脚对地的短接线先不要取掉, 接上发射器电源, 将红外线对管对齐, 距离可以近些, 接通电源测量C7两端电压, 正常在红外线没有被挡住时, 电压大于0.6V;当将红外线挡住时, 电压小于0.5V。若符合这个规律, 表示红外接收部分电路工作正常, 否则就要仔细查看这部分电路元件是否有装反, 焊接时是否有虚焊或搭锡等情况。
5、将所有电路恢复, 然后上电, 若报警, 按下复位键, 报警停, 逐渐拉开红外对射管的距离, 注意一定要对齐。
为了调试方便, 这里所配连接线为50cm, 然后将红外线挡住, 此时报警, 将物体移开, 报警依旧, 按下复位键后报警解除。若功能正常, 整个调试工作完成。
四、材料清单
材料清单见表1。
五、功能扩展
本文这款制作为红外对射防盗报警器原理的模型。由于红外线肉眼无法看到, 而本制作发射与接收管必须在一条水平线上对齐方能实现功能。为了方便初学者调试, 对射距离控制应在50cm以内。有兴趣的读者可以在本文介绍的基础上, 通过增加发射管功率、选用高增益一体化红外接收头等措施来加大对射距离, 从而将制作应用于更多的领域。
基于GSM的红外报警系统设计 篇6
目前有些报警系统只能实现声光报警, 无法进行远距离报警。这就使得报警系统虽然发出了报警, 但是户主没有及时发现而延误了险情的及时处理。远程报警系统, 提高了报警系统的及时性, 使户主即使在其他地方也可以及时了解家中的情况。
专家和学者对远程红外报警装置也进行了一系列的研究, 指出远程报警装置的必要性和理论上的可行性。本文对远程红外报警装置进行了深入的研究, 分析不同的红外传感器的工作原理和性能指标。在此基础上, 详细论证了以51单片机为主控芯片的, TC35i模块为核心的智能红外报警系统。以手机通信模块作为本次设计的重点。重点介绍以手机模块作为远程控制的核心器件, 通过手机模块来实现远程报警功能。红外报警模块同时采用主被动两种方式的传感器来进行报警信号的采集, 充分的考虑了不同传感器的优缺点, 实现传感单片机器之间的优势互补, 增加了报警系统的可靠性能。作为系统的控制中枢, 不仅接受来自红外系统的报警信号, 同时通过串口来实现对手机模块的控制以及其他报警方式的控制。手机模块通过接收单片机发来的不同AT指令来执行相应的命令, 发送正确的短信。同时利用手机发送相应的短信来回控单片机程序的执行。
红外报警系统的方案设计
系统的总体设计及系统总体框图
主控芯片使用AT 89C52单片机, 红外报警模块同时采用红外对管和红外热释电主被动结合, 通信模块选用TC35i手机模块。电路的突出优点是同时采用两种红外模块不仅解决了热释电模块易受温度影响的问题, 同时也解决了红外对管易受小动物树叶风吹动窗帘遮盖而引发错误报警等的影响。根据上述的方案设计, 绘制出系统的总体框架图1, 系统由电源、红外热释电、红外对管、单片机、手机模块以及声光报警等模块组成。其中单片机是系统的主要控制模块, 控制着整个系统的运行, 读取传感器模块和手机模块发来的信号。红外传感器部分负责人体信号的感应, 检测是否有人进入房间。手机模块负责整个电路的远程报警, 和用户手机指令的接收。声光报警电路起指示和警报作用。
红外报警系统的基本原理是通过红外热释电传感器来检测人体发出的独特的红外波段, 经过处理电路处理后, 通过电压的高低来表示信号的有无。红外对管通过发射管发出红外信号, 红外接收管接收红外信号。当红外接收管接收不到信号时, 红外接收管的电阻相对较大, 因此红外对管分得的电压较大, 输出的电压也相对较大。当接收到红外照射时, 红外对管的相对电阻较小, 分得的电压较小。但是两次电压变化相对较小, 单片机无法直接辨别两种信号的区别, 需要再通过三极管电路将较小的信号变化转变为高低电平的变化。单片机通过判断信号接口的电平的高低, 执行相应的程序, 进而判断是否有人进入。单片机通过手机模块实现远程报警, 同时系统实现电路的远程可控。
系统模块硬件电路的设计
红外热释电模块设计
红外热释电模块非接触式的监测方式, 人体不需要与电路接触, 探头只需检测到人体辐射的红外线, 便可以产生报警信号, 使电路产生报警。当红外探头检测到特定波长的红外线能量时, 将检测到的红外能量的变化转换成电压信号输出, 红外热释电输出的电压一般较小, 需要经过放大电路进行放大。
红外对管电路设计
在本次设计中, 我们主要利用了红外接收管电路在有无红外线照射时, 电路的电阻变化比较大的这一特点进行电路的设计。将红外接收管与一个电阻进行串联分压。电路通过红外发射光发射出红外光线照射在红外接收管上, 当有光照在红外接收管上时, 红外接收管的电阻较小, 一般在几十到几百欧姆, 比起与之串联的电阻要小的多, 电路上分得的电压较较小, 电路对外输出的电压较小, 实际测得电压小于0.1V。当红外发射管发射的红外线被遮挡时, 即有人通过时, 红外接收管的电阻就会升高, 与串联的电阻在一个数量级, 这就导致红外接收管分得的电压较大, 电路对外的输出电压较大, 在实际测得电路输出电压可以达到0.7V。
单片机无法直接区别红外接收管不同情况下分压输出的两个电压, 我们需要对输出电压进行放大转化。同时, 电路是用于对有无外人的闯入进行监测, 我们并不需要得到较为精准的数字量, 只需要区分是否有人闯入即可, 所以电路通过加一个NPN三极管将电路输出的较小的电压量的变化转化成较大的电压量的变化, 三极管起一个开关和电平转化的功能, 将红外管分压电路中较小的电压变化转化成较大电压变化, 电路利用了三极管饱和和截止两个区不同的电路特性, 当红外对管分压电路输出的电压较小时, 三极管截止, P0.6口得到高电平, 当输出电压较大时, 三极管饱和, 三极管电路对外输出的电压较小, 为低电平。单片机可以识别进过三极管放大后的电压, 当有人闯入, 即红外接收管接收不到信号时, P0.6接收到低电平信号。
单片机最小系统和声光报警电路
如图2所示, 单片机采用5V电源供电, 单片机晶振采用11.0592MHz, 晶振的频率决定了单片机的时钟周期, 这也最终决定单片机的执行程序的速度。图中的接在电源上的电容起到滤波稳压的作用。其中复位电路采用手动和自动两种方式, 通过电容串联电阻接地, 在上电时由于电容上的电压不会突变, 可以给单片机足够长时间的高电平使单片机复位, 手动按键在单片机进入是循环, 或单片机发生故障时进行手动复位。单片机通过不断扫描P0.0口的电平, 已决定电路工作在何种方式。单片的P3.0和P3.1口和TC35i的串口引脚相连实现两个模块之间通信。电路中有红黄绿三个LED, 用来提示电路的各种状态, 通过三个不同颜色的LED来提示电路处于不同的状态, 比如:在正常没有人的情况下, 一直只有绿色LED点亮, 表示系统工作正常, 没有检测到有人闯入。在只有红灯亮时, 表示系统处于警报状态。只有黄灯亮时, 说明系统工作异常或系统处于预报警状态, 需要进行检修。系统的报警电路还运用了蜂鸣器, 蜂鸣器通过P2.0口进行控制, 当单片机输出为高电平时, 单片机发出响声。在单片机上电后, 需要将单片机的P2.0端口置低。
TC35i模块的与单片机的连接
TC35i通过串行口与单片机相连接, 单片机再与TC35i进行通信时需要先将单片机的串口进行初始化设置, 将单片机的工作模式设至为工作方式一, 波特率设置为9600Hz, 单片机与TC35i之间的连接除了串口之外, 还需要将两个模块共地, 即将两个模块的地相连。确保信号通过串口传输时, 两个模块可以相互读取, 从而使单片机可以正常控制手机模块的工作。
系统实际调试和运行结果的分析
系统的软件开发选用的是keil软件。在本次系统设计时我们采用C语言作为开发语言, 在本次系统刚开始制作时, 电路中许多模块运行的结果与预期的并不相同。电路的红外热释电模块是参考网上的典型电路进行焊制的。红外对管刚开始进行试验时发现电路红外接收管在有无红外线照射时电路的输出电压变化较小。经过几次改变红外对管的串联电阻的阻值, 将红外对管的电压变化变大, 在无光照时电压的输出小于0.2V, 在有光照时大于1.2V, 这时的输出电压已经可以控制三极管基极和发射极之间的导通和截止。在将变化的电压通过三极管进行放大, 最终实现单片机可以区分两种不同状态下输入信号。单片机的蜂鸣器在刚开始焊接时, 蜂鸣器无法发出声音, 经过查阅资料, 加了一个上拉电阻后, 单片机可以使蜂鸣器发出声音。
刚开始编写单片机控制TC35i模块的程序时, 由于忽略了单片机的晶振, 单片机无法控制TC35i模块执行相应的程序。在查阅了大量资料后, 发现必须将单片机串口的工作频率设置为9600HZ, 手机模块才可以正确识别单片机发过来的指令, 进行相应操作。
系统最终调试良好, 各个模块运行良好, LED可以较好的指示系统运行的状态, 并可以作为报警信号中的光学报警使用, 同时手机模块与单片机模块之间可以正常通信, 单片机可以控制手机模块的收发, 单片机可以读取手机短信指令并进行相应的操作。可以通过手机发送不同的短信来控制系统的开启和报警模式的选择。
结束语
主动红外对射式光电防盗报警器 篇7
文中设计了一种主动对射式红外光电探测器的报警系统。在干扰相对严重的区域及重要的出入口,当有人从特定方向通过时才会报警的单片机防盗报警器。它采用两个对射式红外光电开关作为入侵探测器,当有物体阻挡了光电开关发射的红外光束时,光电开关产生一个开关信号。把开关信号送至单片机作信号处理后,单片机做出是否报警的决定。文中选用的光电开关是探测距离为3 m的LH-A型光电开关。
信号处理电路选用的单片机是性能稳定、工艺成熟、应用广泛的AT89系列单片机[9,10,11,12]。文中也给出了系统的工作电路。所设计的单片机防盗报警器,其实际测试的结果是:只对特定方向通过的物体报警,能在强烈的阳光下正常工作,系统可靠稳定,漏报率和误报率低。
1 主动对射式红外探测系统
如图1所示,系统主要由两大模块组成,分别是红外检测电路和信号处理电路。当红外检测电路检测到入侵时,将信号发送到由单片机为核心的信号处理电路,判断是否报警。若判别报警,直接驱动声音报警电路报警。反之则驱动延时控制电路,延时完毕后系统复位。另外手动复位也可使系统恢复初始状态。
本设计采用的主动红外防盗报警器(对射式红外线报警器),安装在通往室内或防区的必经通道上或外界干扰严重的区域。它由红外发射机,红外接收机,报警控制电路三部分组成。其系统原理如图2所示。
主动红外探测器的工作原理是利用探测器的发射端发出红外射线,由接收端接收后经电路放大比较后驱动继电器,产生报警信号,从而形成一个报警回路。为了防止入侵者破坏,一般每个红外探测器都会加装有防拆开关,一旦发现探测器外壳被打开,就会向主机发送报警信号。
由于探测器一般都工作在室外,为了防止室外自然光或太阳光、汽车灯光的干扰,或防止恶意入侵者以红外光源进行干扰,一般情况下红外发射源都会加以调制,以不同的调制频率工作,同时在接收端加以解调,只接收该频率段的红外光源,从而防止干扰和恶意入侵。
为了增加红外发射管的寿命,一般红外发射管工作在开关状态,而开关频率可以由用户自己调节。开关频率按照探测器的工作位置特性,参照该工作位置入侵者可能的最大入侵速度而定,如假设安装在墙头,则考虑到入侵者爬行的速度最大为1 m/s,设定开关时间为40 Hz。一般红外探测器都会有四段开关频率(或称为遮断时间)以供用户选择。
装在主动红外接收机前面的滤光片把外界的杂散光滤掉,仅让一定波长范围的光通过,再通过采用水晶球镜和菲涅耳镜相结合的方法把光聚焦到光电探测器件上,这样光脉冲信号就转变为电脉冲信号。电脉冲信号再经放大器放大和同步选通整形,正常情况下,接收机收到的是一个稳定的光信号,当有人入侵该警戒线时,红外光束被遮挡,接收机收到的红外信号发生变化,提取这一变化,经放大和适当处理,通过控制器发出报警信号。
为了增加探测器抗衰减能力,在探测器上安装了自动增益调节回路(AGC),在室外条件比较恶劣的情况下增加接收端的放大系数,以适应如大雨、浓雾、大雪等较恶劣的天气。
2 主动对射式红外探测开关
光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关。系统采用的对射型红外光电开关,由发射器和接收器组成,结构上是两者相互分离的,在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化。其主要特点为:辨别不透明的反光物体,有效距离大,不易受干扰,可以可靠合适地使用在野外或者有灰尘的环境中。因此主动对射式红外探测器的抗干扰能力很强。
设计所采用的光电开关为LH-A型红外光电开关,该开关的各种参数如表1所示。
由此可见,该型光电开关外型十分小巧,具有检测距离大,响应时间短,可工作在光强较大的环境下,能有效地检测出通过的物体,所以常用作入侵探测器应用于防盗报警器中。
3 系统电路设计模块
设计采用AT89C51 FLASH单片机。AT89C51是一个低功耗高性能单片机,功能强大的微型计算机。与通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。文中所述的主动对射式红外警报器的单片机工作电路主要由复位电路、时钟电路、声音报警电路三部分组成,其具体连接方式如图3、图4所示。
其中,S2、R2、R3、C3组成的电路能够实现对单片机的手动复位的功能,当RST引脚电压降为低电平时,系统开始工作。XTAL1和XTAL2引脚通过外接反馈一个6MHz的石英晶体和两个30 p F电容产生时钟信号,单指令执行时间为2μs。同时通过芯片MAX232进行电平转换,与计算机进行通信,如图4所示。
报警器用无源压电式蜂鸣器作为声音报警,但是因为单片机输出的驱动电流只有几十微安,而蜂鸣器正常工作需要几毫安的电流,所以采用一个NPN三极管来驱动蜂鸣器。当P2输出高电平时,三极管导通,蜂鸣器发声;当P2为低电平时三极管截止,蜂鸣器不发声。
4 主动对射式红外警报器工作过程
系统由两个最大探测距离为3 m的对射式红外光电开关作为入侵探测器,当有物体遮挡了红外光束,光电开关就会产生一个开关信号。单片机负责处理两个接收端的信号和输出控制信号,实现防盗和识别物体运动方向的功能,其原理如图5所示。
光电开关接收端的信号线分别接单片机的外部中断输入口即INTO、INT1脚。当没有物体遮挡光路时,光电开关的接收端输出低电平,有物体遮挡光路时输出高电平,物体离开就会变为低电平。当人从室内出去时,他首先挡住红外线光束2,然后才挡住红外线光束1,即INT1先接收高电平,INTO后接收高电平,单片机判断后不报警;如果有人从室外方向进入室内,则他先挡住红外线光束1,然后才挡住红外线光束2,即INT1先接收高电平,INTO后接收高电平,单片机判断后报警。这样就相当于有一个脉冲信号输入,当单片机的中断响应方式为边沿触发时,单片机就响应相应的中断服务程序进行信号处理。图6为单片机程序的设计流程。
单片机初始化后,按一定时间间隔,依次探测INTO、INT1端口以确定是否报警。如无信号输入,则返回初始化,继续探测。如发现入侵,则启动蜂鸣器。经过一定延时后蜂鸣器自动关闭,也可手动复位系统,使蜂鸣器关闭。若探测到INTO有信号输出,无论报警与否即判断有人经过,这时单片机计数器自动加一,实现人流量计算。
5 系统调试
根据设计电路的特点,当P2口输出高电平时,蜂鸣器就会发出声音。而在软件的初始化部分会令P2置零,所以正常情况是一开机就会发出声。按下复位键同样如此。接通电源后,系统发出声,同理按复位开关后系统也发声,证明单片机已经正常工作了。
通过按不同顺序把输入接线柱接地就可以模拟从不同方向进入时光电开关的输入信号。根据软件的设置,单片机报警30 s后会自动停止。当系统响30 s后停响,证明其是正常报警。下面按几种情况进行测试,其结果如表2所示,表中0,1分别表示中断0,1。
通过用不同的速度回返两边,系统没有出现漏报或误报的情况,能按设计的要求工作。在接上电源后,12 h内每半小时测试一下报警器的工作状态,在这12 h内系统正常工作的,表明本系统能长时间正常工作,性能稳定。把系统置于强烈阳光的照射下,8 h内不定时测试系统,测试结果系统正常工作,期间没有出现误报警。
6 结语
文中所述的主动对射式红外探测报警器解决了现在主动红外警报器体积过大、隐蔽性差的缺点和不足,而研制了一种新型的采用两对红外光电开关作为探测器的单片机报警器,安装在干扰相对严重的区域及重要的出入口,实现单向通行的报警功能。经实物制造和测试的结果表明,该系统具有以下特点:可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、耗电小、灵敏度高以及体积小等优点。
因为其设计和工作的特点,该防盗报警器系统十分适合用作单户型的家用防盗探测器,可以用它构成对窗、阳台等建筑物的出入口形成封闭式的防范。经改进后,还可以作人流量记录计数器,记录进出人次。另外,因为该防盗报警器能实现监控单方向通行的功能,所以它还适合用于商场、旅游景点等场所的出入口控制。另外,在出入口放置探测器时,两组探测器可放置在不同高度,以防宠物等动物经过发生误报。
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一种简单红外报警器的设计 篇8
1 设计任务
本设计总体上所需要解决的主要任务是要把人体的红外辐射能量能转化为电信号以供信号处理部分使用, 用处理过的电压信号触发报警, 转化为使得人体五官可识别的信号。设计主要任务过程如图1:
由直流稳压电源提供整个设计电路中使用的能源, 设计中要实现的主要任务就是红外信号的接收转化和处理, 以及触发信号的输出并把信号利用在报警电路中, 达到自动生成报警这个设计目的。
2 设计实现
2.1 报警信号流程
利用被动红外传感器把人体红外辐射信号转化为电路可以识别的电压脉冲信号, 并经过过滤以及放大后, 从而触发电铃响起, LED灯自动亮起来达到报警目的, 实现本设计。
2.2 材料器件
从被动红外传感元件转化所得微弱电信号很微弱的, 所以要利用通用四运算放大器 (LM324) 来实现放大功能。LM324是采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外, 四组运放相互独立。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽, 静态功耗小, 可单电源使用, 价格低廉等优点, 因此用于本设计中用到该芯片是非常适宜的。
2.3 被动红外传感器结构及工作原理
本设计最根本原理就是利用热敏元件捕捉人体所发出红外辐射能量, 进而转化为电信号, 经过过滤、放大、比较, 然后输出电平信号来控制报警电路报警。
当有人体辐射通过透镜聚焦在探头上时, 将产生微弱的电信号。为了回避噪声引发误动作在这里通过利用R1、R2、C1、C2来构成的带通滤波器来过滤掉无用的噪声信息, 在设计中该带通滤波器的上限截止频率为16Hz, 下限截止频率为0.16Hz。
前面一级是低频信号放大, 放大倍数大约在100倍, 放大后的信号通过R5、C5再次选出0.1~10Hz的信号, 最后送到下一级运算放大器进行再次放大, 运放的5、13脚是1/2VCC电压脚, 在静态时, 6脚的电压也是1/2VCC, 当有信号后, 6脚就会有一个在1/2VCC电压附近上下摆动的电压值, 这个电压通过运放进一步放大后, 输入到后面的门限比较电路, 该门限电路不管你输入信号是在1/2VCC电压上偏还是下偏, 都将在超过门限值后在二极管VD1、VD2的负极输出一个高电平信号。其中R10是可以调节的, 不过在此设计用10千欧的电阻代替。其中C5的左端是1.5V以下的, 右端是1/2VCC, 因为一般感应头的输出会低于1.5V。这就是电路的中的信号放大过程。
2.4 报警电路设计
报警电路自动控制的实现是以被动红外传感器所发出的电压脉冲信号为触发源来触发单稳态触发器, 使得出发器从原先稳态跳转到暂稳态, 由Q端发出一个连续高平电压信号 (此信号可以通过调整R跟C的值来得到设计所需要的时间) , 使得报警电路触发导通, 用三极管 (9013NPN低频放大) 再一次对电压信号进行放大, 以便有足够大的电流来驱动喇叭发出报警以及LED亮起。
当接通电源开关SA后, 交流220V电压经T1降压, 然后由VD1~VD4桥式整流、C1~C3滤波后, 由7805稳压为5V直流电压。
2.5 被动红外报警器主电路
被动红外报警器由被动红外传感器与报警电路共同构成, 此电路把被动红外传感器的许多特性都包涵其中, 为设计的实现提供了可能, 通过热敏元件捕捉人体红外辐射, 并将其转化为脉冲电压信号, 经过带通滤波器、放大电路、窗口比较器, 把脉冲电压信号作为触发器的触发信号, 利用触发器控制报警电路。
3 结论
本设计中有限的完善了被动红外报警器的隐蔽性、抗干扰性, 展示了设计后的被动红外报警器的特点、性质, 为设计的实现打下基础。本设计通过被动红外传感器、滤波器、运算放大器以及单稳态出发器解决了这些困难, 虽然有很多需要改进和完善的地方, 但设计的目标已经基本达到。
摘要：本文介绍了被动式红外线传感器的结构、组成以及工作原理, 在同类被动传感器基础上有限的提高了其抗干扰性以及灵敏度, 并将此被动红外传感器有效的与报警电路结合起来, 在这基础上实现了红外报警这个目标。该报警器把红外线的隐蔽性、抗干扰性和稳定性应用于报警器中, 从而实现了防盗报警功能, 达到了安全防护之目的。
关键词：被动红外线报传感器,LM324,单稳态触发器
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