TheDesignOfInfraredsensor论文设计Word文档格式.docx
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导师签名:
日期:
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
摘要
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。
热释电该报警器能探测人体发出的红外线,由红外线传感器、信号大电路、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。
目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础。
而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。
关键词:
热释电效应红外传感器菲涅尔透镜
ABSTRACT
Designofsensorisapassiveinfraredalarmcircuit,analyzesthefunctionofthecircuitandworkingprinciple.Pyroelectricthealarmcandetectthehumanbodyinfraredemittedbytheinfraredsensor,signal,byalargecircuit,avoltagecomparator,adelaycircuitandtheaudioalarmcircuit.Whenpeopleenterthealarmmonitoringregion,whichcansendoutalarmsound,suitableforhome,office,warehouse,laboratoryandotherimportantoccasionsanti-theftalarm.Overviewoftheinfraredradiationoftheknowledge,thepyroelectricinfraredsensorstructureandworkingprinciple.Usingpyroelectricinfraredsensorhasmanyadvantages,intheanti-theftwarningdevice,widelyusedin.Atpresentthedomesticuseofthevarioustypesofanti-theftsecurityalarm,arefundamentaltotheultrasonicwave,infraredtransmitting/receivingandmicrowavetechnologybasedon.AndherethepassiveinfraredalarmsystembytheUnitedStates--thesensingelementpyroelectricinfraredsensor.Thepyroelectricinfraredsensortonon-contactformofdetecttheinfraredradiationofhumanbody,andtransformingitintovoltagesignal,atthesametime,itcanidentifythemovementofbiologicalandotherabiotic.Pyroelectricinfraredsensornotonlycanbeusedforanti-theftalarmdevice,butalsocanbeusedforautomaticcontrol,proximityswitches,remotesensingandotherfields.Useittoproducetheburglaralarmandiscurrentlyonthemarketalotofburglaralarmequipment,hasthefollowingcharacteristics:
notneedtouseinfraredorelectromagneticwaveemissionsource.Thehighsensitivity,largecontrolrange.*goodconcealment,flowableinstallation.
Keywords:
pyroelectricinfraredsensorFresnellens
2.7AT89S51单片机简单概述........................................15
3.7调整电路.............................................................................................................................21
3.8时钟电路.............................................................................................................................22
3.9复位电路..............................................................................................................22
3.10数码管显示报警器电路....................................................................................23
3.11声音报警器电路................................................................................................23
4.软件设计..............................................................................................................24
结束语......................................................................................................28
参考文献....................................................................................29
引言
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人们生活水平得到很大提高,对私有财产的保护意识在不断加强,因而对防盗措施提出了新的要求,。
本设计就是为满足现代住宅防盗的需要而设计的防盗系统。
目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警系统,但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。
而本设计中所使用的红外线是不可见光,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应用。
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,并将其转变为电信号,同时,热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可用于自动控制、接近开关、遥测等领域。
1.绪论
1.1防盗器报警系统在国内外的发展
从上世纪初,报警系统就已经在北美稍有雏形。
在北美,报警呼救箱放置在街头巷尾,在呼救时发出声响提示,以寻求附近警察的帮助;
同时,这种呼救箱直接连接到附近的警局,使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。
随后,由于通讯技术的发展,提供远程通信的电报公司加入到这个行业,从而使得报警信息可以达到更远的地方;
不过;
这种电报方式毕竟难以普及,所以稍后出现的电话理所当然的成为报警通信的主要手段。
1.2防盗器报警器的发展前景与趋势
随着社会的发展和人员流动性的增大,社会治安状况更加复杂,因此作为社会的基本单元家庭的安全防范问题就显得尤为重要。
传统的机械式(防盗网、防盗窗)家居防卫在实际应用中暴露出一些明显问题,如:
影响楼房美观市容整洁;
影响火灾救援通道;
给犯罪分子提供了便利的翻越条件;
时间久了会有高空坠物的危险等。
所以作为新一代的智能安全防盗报警系统就应运而生,并且日益受到广泛的重视和应用。
另外,为进一步规范住宅小区的智能化建设,建设部特别制定了智能小区的等级标准,小区的安全防范系统已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。
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法;
5.实现系统的关键技术:
热释电传感器调理电路;
报警音响电路;
报警显示电路;
软件控制;
6.系统电路的设计与实现:
器件选择;
地址分配和硬件连接;
1.4设计方案
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构可划分为:
热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。
用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
就此设计的核心模块来说,单片机就是设计的中心单元,所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。
单片机应用系统也是有硬件和软件组成。
硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是各种工作程序的总称。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构:
热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成;
它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示
图1总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89S51整个系统是在系统软件控制下工作的。
设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号,经放大电路送出TTL电平至AT89S51单片机。
在单片机内,经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。
驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。
当报警延迟10s一段时间后自动解除,当警情消除后复位电路使系统复位。
2.红外线报警器简介
2.1红外线报警器分类
包括光学系统、检测元件,转换电路和报警电路。
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
红外线报警器分为主动式和被动式。
主动式红外线报警器,是报警器主动发出红外线,红外线碰到障碍物,就会反弹回来,被报警器的探头接收。
如果探头监测到,红外线是静止不动的,也就是不断发出红线线又不断反弹的,那么报警器就不会报警。
当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候,探头就会检测到有异常,就会报警。
被动式报警器少了一项功能,就是发射红外线。
物理学上告诉我们,当物体的温度高于0K的时候,就会发出红外线,换句话说任何物体都能发出红外线。
而其后的原理,被动式报警器和主动式是一样的。
2.2红外线传感器
利用红外线的物理性质来进行测量的传感器就是红外线传感器。
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(高于绝对零度),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,反应快等优点。
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(见热像仪);
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。
具有红外传感器的望远镜可用于军事行动,林地战探测密林中的敌人,城市战中探测墙后面的敌人,以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。
被动式红外传感器
被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源,本身不向外界发射任何能量,而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射,因此才有被动式之称。
被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。
被动式红外探测器又称为热释电红外探测器,其主要工作原理便是热释电效应。
热释电效应是指如果某些强介电质材料(如釺酸钡、釺醋酸铅等)的表面温度发生变化,则随着温度的上升或下降,材料表面发生变化,即表面上就会产生电荷的变化,从而使物质表面电荷失去平衡,最终电荷变化将以电压或电流的形式输出。
被动式红外传感器的核心部件是红外探测器件(红外传感器),通过光学系统的配合作用,它可以探测到位某一个立体防范空间内的热辐射的变化。
当防范区域内没有移动的人体等目标时,由于所有背景物体(如墙、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小,而且基本上是稳定的,所有不能触发报警。
当有人体在探测区域内走动时,就会造成红外热辐射能量的变化。
红外传感器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转换为相应的电信号,经适当的处理后,送往报警控制器,发出报警信号。
⑴、被动式红外探测器属于空间控制型探测器。
其本身不向外界辐射任何能量,其功耗小,普通的电池就可以维持长时间的工作。
⑵、由于红外线的穿透性能较差,在监控区域内不应有障碍物,否则会造成探测“盲区”。
⑶、为了防止误报警,不应将被动式红外探测器探头对准任何温度会快速改变的物体,特别是发热体。
⑷、在选择安装位置时,应使探测器具有最大的警戒范围,使可能的入侵者都能处于警戒范围,使可能的入侵者都能处于红外警戒的光束范围之内。
并使入侵者的活动有利于横向穿越光束带区,可以提高探测的灵敏度。
⑸、产品类型有壁挂式和吸顶式被动红外探测器。
⑹、由于被动式红外探测器是以被动方式工作,所以同一室内安装数个,也不会产生干扰。
2.3热释电红外线传感器简介
热释电红外线传感器及滤光片
热释电红外线传感器及滤光片(也称被动式传感器)是接收物体辐射的红外线
并把它转为电信号的一种原件,通常是由两个极性相反的传感元件串联连接,并与一个高阻和一个场效应晶体管组装在一起电路原理见框下图。
它可以根据应用的需要,设计成两个传感元件都用于接收红外线辐射或仅一个传感元件用也接收红外辐射(另一个被遮挡)。
热释电传感器对交变的红外辐射产生响应,对于先后入射到两个传感元件上的辐射信号将产生正或负的信号输出,当辐射信号同时入射到两个传感元件上,由于两个传感元件极性相反连接,所以信号就会相互抵消,没有输出。
因此用双原传感元件制成的热释电传感器对环境温度的变化,背景辐射和受振动产生的随机噪声都具有良好的补偿作用,使传感器在实际使用中能稳定可靠。
红外线在空气中透射会被大气中的水蒸气和有些气体分子所吸收,透射率较高的区域称大气窗口见。
为了提高物体辐射的红外线在大气中的对比度,传感器的光谱带也要与大气窗口吻合,通常在热释电传感器前加一快8—14UM的光学干涉滤光片。
滤光片能有效的让带宽内的红外辐射通过而抑制带宽外的成分,特别是能抑制近红外的辐射对热释电传感器的干扰。
2.4菲涅尔透镜
红外辐射虽然是不可见的,但它的聚焦与一般的光学成像一样,满足下试:
1/V+1/U=1/F
由于红外辐射的波长较长且波段较宽,所以一般的玻璃光学透视(除了近无法使其透过和聚焦。
有很多材料能用于红外的透视和聚焦,但比较实用的是采用一种由低到密度聚乙烯(也称高压聚乙烯)材料做成的成为菲涅尔透镜来对红外辐射进行聚焦。
菲涅尔透镜保留了透镜的缘由曲率半径,使其具有聚焦的功能,又减少了透复L的体积和重量且有可塑性,不一损坏。
根据应用的需要可以制成不同的焦距,不同视场的菲涅尔透镜例如对远距离的红外辐射进行聚焦的单试场小角度的透镜,和用于近距离的大角度进行聚焦的多视透镜
热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜实用才能发挥最大的作用。
不加菲涅尔透镜时,该传感器的探测半径可能不足2m,配上菲涅尔透镜侧可10m,甚至更远。
菲涅尔透镜是用普遍的聚乙
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