人体红外线感应报警器.doc
《人体红外线感应报警器.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人体红外线感应报警器.doc(26页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、前言随着人类社会的进步与发展,人类已经迈入信息化时代。电子电器也在飞速发展,人们的生活水平在不断提高,人类对生活质量的追求也越来越高。各种高贵家电和贵重物品为人们所拥有,也成为越来越多不法分子增多的一个重要原因,其偷盗技术也越来越猖狂,然而安全已成为人们所关注的问题。但是人们的安全防范意识却很低,造成投到事故屡见不鲜。越来越多的居民、企业和公司对自身的安全财产安全问题十分担忧。目前住宅小区六向智能化要求中也包括红外线自动报警系统,公司以及一些重要场合更是需要该系统。报警器这是正为人们解决了不少问题,但是市场上的报警器都是一些大型公司或十分贵重场地专门应用的报警系统。其价格昂贵,一般人是不会购买
2、的。如果在设计一些价廉、性能灵敏可靠的感应报警系统,必将在防盗和安全问题上得到很大的发挥。由于红外线不见光,其安装比较隐秘,因此在防盗、警戒和检测区域得到广泛应用。红外线报警系统在国外采用先进技术,其功能也十分先进。其中包括被动式释电型红外报警器,也是该课题研究的主要产品。该课题应用红外线传感器、通用型低功耗集成四运放LM324、延时电路、整流和滤波电路。其中LM324含四个独立的高增益、频率补偿运算放大器,可接330v电源,驱动功率低。关键词:热释电型红外传感器、集成四运放LM324、三端稳压电源1目录开题报告1-3前言 4目录 5第一章:绪论6-71.1 设计概述 61.2 设计背景 61
3、.3 设计要求 61.4 设计意义 7第二章:方案设计与研究 82.1 设计过程82.2 方案选定8第三章:热释电红外线传感器的概述9-103.1热释电红外线传感器 93.2 热释电红外线传感器的特点10第四章:LM324芯片11-134.1 LM324概述114.2 LM324组成电路及各引脚功能114.3 LM324的内部电路图11- 124.4 芯片特点12-134.5 电气特性 13第五章:整流滤波电路14-15 5.1 整流滤波电路的概述14 5.2整流滤波电路的特点与计算15第六章:电路设计16-226.1 红外线传感器166.2 信号放大电路16-176.3 电压比较器17-19
4、6.4 延时电路19-206.5 红外线感应报警电路20-22第七章:总结和展望23-25结束语23致谢24参考文献 25附表1 元件清单 26附表2 电路原理图27附表3 电路PCB版图 2826第一章 绪论1.1设计概述随着电子技术的发展,人类不断研究,不断创新纪录,人们自身的安防意识也在逐渐增强。红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点:其一是能有效判断是否有人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。该报警器能探测人体发出的红外线,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。本设
5、计是利用热释电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。本设计是在指导老师给选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LM324,以及红外线传感器原理设计而成的典型电路。1.2设计背景该报警器能探测人体发出的红外线,因为人所产生的信号频率为0.110HZ,该该设计报警范伟为710米。当人进入报警器的监视区域内,即可发出报警声或发出声音,适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤
6、其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点:不需要用红外线或电磁波等发射源;灵敏度高、控制范围大;隐蔽性好,可流动安装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。1.
7、4设计意义掌握红外探测防盗器的原理及设计制作与调试,熟悉实用电路设计的一般过程。训练及提高学生综合运用所学知识进行电路设计的原理能力。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。软件设计第二章 方案设计与研究2.1 方案设计利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、四集成运放LM324、音响报警延时和12V电源电路组成。被动红外线感应报警器的红外感应源通常采用热释电元件,这种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。主动红外报警器是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
8、变化,提取这一变化,经放大和适当处理,控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多,最大的优点就是防范距离远。2.2选定方案主动式红外线报警器的硬件电路相比于被动式较为复杂。由于是毕业设计,在设计过程中要以电路原理为主题,因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件,避免采用大规模的集成电路来设计电路。综上所述选择被动式:由模拟电子电路构成人体红外线感应报警器电路。主要由电路由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源电路组成。组成框图如下:红外线传感器信号放大延时电路音响报警电压比较整流滤波电源电
9、路2-1 人体红外线感应报警器组成框图第三章 热释电红外传感器的概述3.1热释电红外传感器一、热释电效应及传感器结构热释电元件和压电陶瓷一样,都是铁电体,除具有压电效应外,当其表面温度发生变化,也将引起表面电荷的变化,这种现象就是热释电效应,用具有这种效应的介质制成的元器件称为热释电元件。热释电辐射传感器由滤光片,热释电元件,高输入阻抗放大器等组成。由于热释电元件的内阻抗极高,需要场效应管做阻抗变换,制作中把热释电元件和场效应管封装在同一壳体里,为防止可见光对热释电元件的干扰,还得在其表面安装一个滤光片。滤光片的波段范围应选择与被测物体的红外辐射波长一致,例如,作为人体红外探测,滤光片应选取7
10、.514m波段,因外人体温度为37时,辐射的红外线在9.4m处最强。 由于热释电元件不像其他光敏元件那样可连续接受光照,因为极化电荷在元器件表面停留过久就会与环境中的电荷中和或者泄露,即表面温度只有变化过程中才会有信号输出,但大部分物体的红外辐射都是恒定的。所以,必须对红外辐射进行调制,使恒定的辐射变为交变辐射。设法使红外辐射不断变化,这样才能使传感器不断有信号输出。为了满足这一要求,通常在热释电传感器的使用中,总是要在它的前面加装一个菲涅尔透镜。二菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片,也有玻璃制作的,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹
11、理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度随用途而变,多在1mm左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。1、菲涅尔透镜的原理菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE(聚乙烯)材料压制而成。镜片(0.5mm厚)表面刻录了一圈圈由小到大,向外由浅至深的同心圆,从剖面看似锯齿。圆环线多而密感应角度大,焦距远;圆环线刻录的深感应距离远,焦距近。红外光线越是靠进同心环光线越集中而且越强。同一行的数个同心环组成一个垂直感应区,同心环之间组成一个水平感应段。垂直感应区越多垂直感应角度越大;
12、镜片越长感应段越多水平感应角度就越大。区段数量多被感应人体移动幅度就小,区段数量少被感应人体移动幅度就要大。不同区的同心圆之间相互交错,减少区段之间的盲区。区与区之间,段与段之间,区段之间形成盲区。由于镜片受到红外探头视场角度的制约,垂直和水平感应角度有限,镜片面积也有限。镜片从外观分类为:长形、方形、圆形,从功能分类为:单区多段、双区多段、多区多段。当人进入感应范围,人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上,同心环与红外线探头有一个适当的焦距,红外光正好被探头接收,探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动
13、式红外活动目标探测器。2、菲涅尔透镜作用作用:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射(反射)在PIR上,第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区,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3、菲涅尔透镜的主要技术指标外形尺寸,根据传感器和探测摘要来设计和生产不同尺寸的透镜。水平视角和垂直视角,它表明透镜的可监视范围。焦距,它表明镜片与传感器的安装距离。3.2热释电传感器的特点热释电红外线传感器的优缺点优点:1、本身不发任何类型的辐射2、器件功耗很小,隐蔽性好,流动安装3、价格低廉缺点:1、容易受各种热源、光源干扰2、被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易
14、被探头接收 3、环境温度和人体温度接近时,探测和灵敏度明显下降,有时造成短时失灵第四章 LM324特点4.1 LM324的概述集成运算放大器简称集成运放,是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高,输入电阻大,输出电阻低,共模抑制比高,失调与飘移小,而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点,适用于正,负两种极性信号的输入和输出。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外,还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻,这给使用带来很大方便。LM324内部包括有四个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器,适合
15、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。4.2 LM324的组成电路及各引脚功能图2图1 4.3 LM324的内部电路图4.4 芯片特点LM324 是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装,如图一所示,它的内部包含四组形势完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器都有5个引脚,其中“+” “-”为两个信号输入端,“V+” “V-” 为正负电源端,“V0”为输出端。两个信号输入端中“Vi-(-)”为反向输入端,表示运
16、放输出端V0的信号与该输入信号相反;“Vi+(+)为同向输入端,表示运放输出端V0的信号与该输入端的信号相同。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功率小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被应用于各种电路中。可在单电源下工作,电压范围是032v或16v。LM324的特点1、短路保护输出2、差动输入级范围宽3、可单电源工作 3v32v;双电源为15V16V4、低偏置电流 最大100NA5、每封装含四个运算放大器6、具有内部补偿的功能7、共模范为扩展到负电源8、行业标准的引脚排列9、输入端具有静电保护功能10、内部频率补偿11、输出电压摆幅大12、单位增益频带宽(1MHZ)4.5电气特
17、性1、4脚为电源正2、11脚为电源负3、1脚为IC1的输出4、2脚为IC1的负向输入5、3脚为IC1的正向输入6、5脚为IC2的正向输入7、6脚为IC2的负向输入8、7脚为IC2的输出9、8脚为IC3的输出10、9脚为IC3的负向输入11、10脚为IC3的正向输入12、12脚为IC4的正向输入13、13脚为IC4的负向输入14、14脚为IC4的输出端15、具有低偏置电流,为100NA第五章 整流滤波电路5.1 整流滤波电路的概述 该电路采用变比大约为23的变压器降压,把电压降到V2=9V,通过整流、电容滤波之后使VL=12V。其中三个电容起不同的作用,C11是用来滤除中次谐波;C12的作用滤除
18、高次谐波;C15的作用是用来滤除低次谐波。电源E是备用电源,当U的电压低于12v或断电时用于提供连续不断的电源。5.2 直流稳压电源的原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置,它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。电源变压器:是降压变压器,它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压,并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路:利用单向导电元件,把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。滤波电路:可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除,从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路:稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定,不随交流电网
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 人体 红外线 感应 报警器
