基于热释电红外线传感器的自动报警器课程设计(编辑修改稿)

基于热释电红外线传感器的自动报警器课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

物体都能向外辐射红外热，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不 一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。 近红外：波长范围 ～ 3μm； 中红外：波长范围 3～ 25μm； 远红外：波长范围 25～ 1000μm； 人体辐射的红外光波长 3～ 50μm，其中 8～ 14μm占 46%，峰值波长在。 在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器 (PIR)，它能将波长为 812um 之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用， 因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。 另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。 菲涅尔透镜作用有两个 :一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在 PIR 上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区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 ，这样 PIR 就能产生变化的电信号。 本次选用 D205B 型大窗口热释电红外线传感器，它接受的红外线波长为4— 15μm，透过率大于 75%，输出的信号为 5V，噪声小于 70mV，故后续处理电路仅需要低通的阻容滤波电路即可。 555 定时器 成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态 触发器 及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。 本次设计中因为要用于无人的夜间自动值守场合，报警电路触发后必然要给安保人员一定的反应时间，因此需要给报警电路一个报警时延，故需要用 555 定时器构成单稳态触发器来实现相应功能。 报警电路主要由继电器及相关电路和 220V 声光报警器组成。 继电器作为开关 5 控制部分，通过接收来自 555 定时器的信号，通过继电器衔铁吸合与释放来控制220V 交流电路的闭合与 断开，从而控制声光报警器的工作与否。 考虑到实际应用，还需要加一个手动报警开关以防止突发的意外情况。 图 整体方框图 根据前面所述的各模块结构，这里需要将市电转换成适合各模块使用的相应的直流电源，电源模块势必要作为直流稳压电源为各单元提供能量。 这里应用与 MC78系列类似的 LM109H 芯片即可实现所要求的功能，为系统提供 +5V 的电源。 方案二是方案一的改进版。 本电路分为光敏电路、热释电红外线传感器电路、555 单稳态触发电路和报警电路。 使用热释电红外线传感器代替主动式红外线 传感器，将误操作率降到最低，既能有效防盗，又能降低工作人员的负担。 本次设计的报警器还加入了光敏电阻控制电路，较之定时开关更加方便、稳定，使用寿命也更加长，可以实现夜晚自动进入工作状态，无需人工操作，更加自动化。 加入 555 定时器能将报警信号延时，给值守的工作人员一定的反应时间。 由于传感器输出信号足够大故不需要放大，仅需要滤除工频干扰和低频信号，且易于调控，实用度高于方案一，故选择此方案。 光控电路 传感器电路 三极管开关电路 NE555 集成电路 报警电路 6 第 3 章 电路设计 本次设计中包含传感器电路、光敏控制电路、 555 定时器电路和报警电路。 传感器电路中包含信号采集部 分和信号变换处理部分。 它们负责将侵入的人体辐射出的红外线收集起来，转化为电信号，滤除工频干扰和噪声信号后，输出的信号经过光敏控制电路和 555 定时器电路传到报警电路，进行相应的报警。 传感器电路设计 传感器选用 D205B 型大窗口热释电红外线传感器，参数如下表所示。 红外接收头 D205B 是利用材料自发极化随温度变化的特征来探测红外线的辐射的 一种新型高灵敏度探测元件。 它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。 它采用四灵敏元设计，抑制环境温度变化产生的干扰，提高了信号输出强度 ，增加了多方向灵敏度，兼有单元和双元热释电红外传感器的优点，传感器的工作更加稳定。 此型号应用广泛，例如自动灯开关，保险装置，防盗报警器，感应门，智能玩具等，特别适用于本次设计所需的吸顶式应用场合。 表 D205B参数 型号 D205B 封装 TO5 红外接收电极 , 4 个灵敏元 窗口尺寸 接受波长 5— 14μm 透过率 75% 输出信号峰峰值 ≥5000mV 灵敏度 ≥4300V/W 噪声峰值 ≤70mV 探测率 (D*) 108cmHz1/2/W 输出平衡度 ＜ 10% 电源电压 315V 工作温度范围 30176。 C 70176。 C 7 由压控电压源型低通滤波器的传函式（ 31）知其固有频率和增益分别为式 （ 32）和式 （ 33）。 P(S)0KH= S S+222 0o  （ 31） 0 1212= RRCC1 （ 32） 0PfRK =K= R （ 33） 由于本次设计中，传感器输出信号无需放大，仅需滤除信号中所带的工频干扰和相应的低频信号，参数选择图 中各元件标注。 经计算， 传递函数为 P( S )20K 4 5 2 6 9H= S S + S + 4 2 5 . 5 S + 4 5 2 6 9222 0o    （ 34） 固有角频率为 0 41 2 1 2 2 3 1 21 1 1= = r a d / s 2 1 2 . 7 6 6 r a d / s4 7 * 1 0R R C C R R C C  （ 35） 截止频率为 0ωf= =33 .86H z2π。