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电子与信息工程毕业论文:被动式防入侵侦察警告系统设计.doc

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本 科 毕 业 设 计 被动式防入侵侦察警告系统设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 目前,很多家庭都使用防盗门和防盗窗用于防盗,如果能设计和生产一种廉价、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中,必将可以更有效的 保护好人们的财产。目前国内适用的各类防盗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。被动式红外报警器则采用了热释电红外传感器。这种传感器能以非接触形式检测出人体或有温动物辐射的红外线,并将其转为电信号。本文介绍的就是以热释电红外传感器为基础的一种设计简单、性能优异的防入侵侦察警告系统的接收警告器部分。接收警告器由无线接收电路,解码电路,蜂鸣报警电路,译码电路四部分组成。 其中接收电路使用 RX-3 接收模块,适用于中远距离接收,解码电路使用 PT2272 芯片,根据四位地址码可以用于 16 个地点 的警情报警,译码电路电路中使用 CD4514BCN 芯片,具有锁存功能,可以有效的显示报警地点,蜂鸣报警电路则是由 555 定时器构成的多谐振荡器组成。由此组成的报警电路可以显示警情地点多,通信距离远,具备声光报警功能,可以有效的防盗防窃。 关键词 防盗;报警器;编码;地址 II Abstract At present, a lot of families use for anti-theft window of guard against theft and, if we can design and produce a cheap, sensitive and reliable perance for residents home the alarm system, will certainly can be more effective protection good people s property. At present domestic applicable all kinds of alarm system basic are based on ultrasonic, active infrared emission/receiving and microwave technology as the foundation. Passive infrared alarm is adopted pyroelectric infrared sensors. The sensors to detect the contact a human or animal radiation infrared temperature, and turn them into electrical . This paper is to pyroelectric infrared sensor based on a simple design, excellent perance prevent invasion reconnaissance warning system receiving warning device parts.signals. Receiving warning device by wireless receiving circuit, decoding, circuit, hum, alarm circuit, decode circuit four parts. Including receiving circuit using RX - 3 receiving module, Suitable for mid-range and distance to receive, decoding, circuit PT2272 chip, according to use four address can be used for 16 site s acoustic alarm, decode circuits CD4514BCN chips used in, with latch function, can effective display alarming locations, buzz is determined by the alarming circuit composed of 555 timing of how harmonic oscillator. Thus the alarm circuit can display of warning, communication distance locations, with sound and light alarm, can effectively guard against theft prevent stolen. Key Words anti-theft ; alarm ; coding; address III 目录 第 1 章 绪论 ........................................................................................................................1 1.1 防盗报警器 .............................................................................................................1 1.1.1 防盗报警系统 ... ..1 1.1.2 防盗报警器的基本构成 .1 1.1.3 防盗报警器的种类 .1 1.1.4 减少防盗报警器误报原理 .1 1.1.5 防盗报警器的应用范围 .2 1.2 红外线 ....................................................................................................................2 1.2.1 红外线的定义 .2 1.2.2 红外线的物理特性 ... ..2 1.2.3 红外传感器 .2 1.2.4 红外线的应用 .3 1.3 红外线报警器 .........................................................................................................3 1.3.1 无线红外防盗报警电路的发展状况 ...3 1.3.2 红外线报警器分类 .3 1.3.3 红外线敏器件及其特性 .4 1.4 设计意义及设计内容 ...............................................................................................5 1.4.1 设计意义 .5 1.4.2 设计内容 .5 第 2 章 方案设计 .................................................................................................................6 2.1 方案设计及确认 ......................................................................................................6 2.1.1 任务要求分析 .6 2.1.2 方案比较及确认 .6 第 3 章 单元模块设计 ..........................................................................................................8 3.1 接收电路 ................................................................................................................8 3.2 解码电路 ................................................................................................................9 3.2.1 PT2272 工作原理 .9 3.2.2 PT2272 管脚说明 .9 3.2.3 解码电路设计 ...10 IV 3.3 蜂鸣报警器电路 .................................................................................................... 10 3.3.3 MOSFET .10 3.3.1 蜂鸣报警电路设计 10 3.4 译码电路 .............................................................................................................. 13 3.4.1 CD4514BCN ...13 3.4.2 译码电路设计 ...14 第 4 章 PCB 设计与电路装配 ............................................................................................. 16 第 5 章 硬件调试 ............................................................................................................... 19 小结 .................................................................................................................................. 20 致谢 ....................................................................................................... 错误 未定义书签。 [参考文献 ] ..20 附录 1 接 收 电 路 完 整 原 理图 22 附录 2 实 物图 23 1 第 1 章 绪论 1.1 防盗报警器 1.1.1 防盗报警系统 防盗报警系统是用物理方法,自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为,产生报警信号,并提示值班人员发生报警的区域部位,显示可能采取对策的系统 [1]。 1.1.2 防盗报警器的基本构成 防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施 [2]。一旦发生突发事件,就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点,使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子 巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统通常由 探测器(又称报警器)、传输通道和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的,用来探测入侵者入侵行为的,由电子和机械部件组成的装置,是防盗报警系统的关键,而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件,可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。 1.1.3 防盗报警器的种类 防盗报警器的种类有许多,下面介绍一些常见的防盗报警器。一、电话拨号防盗报警器利用主机,通过无线或则有线连接各类探测器,实现防盗报警功能。 主机连接固定电话线,如有警情,按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。二、 GSM 防盗报警器 [3]利用主机,通过无线或则有线连接各类探测器,实现防盗报警功能。主机内置 GSM 手机卡,如有警情,按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。三、本地防盗报警器利用主机,通过无线或则有线连接各类探测器,警号报警实现报警功能。四、彩信报警器主机通过 GPRS 将报警图片传输到接警中心或者相关人员手机上或邮箱里。 1.1.4 减少防盗报警器误报原理 目前报警系统出现误报、漏报主要有以下几个方面原因。无线探测器抗干扰能力表现为同频干扰容易造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报漏报 [5]。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电,低电时没有有效地进行信息传递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生漏报误报。由于主机和探测器都是用无线编码方式设置遍码有重复造成主机和探测器重码导致误报。 我们来分析一下红外探测报警器主要有那些原因会造成误报、漏报。目前报警系统出现误报、漏报主要有以下几个方面原因。无线探测器抗干扰能力差表现为同频干扰容易造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准 确造成误报、漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电,低电时没有有效地进行信息传2 递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生误报、漏报。由于主机和探测器都是采用无线编码方式设置编码有重复造成主机和探测器重码导致误报。也有些报警器的质量太羞如元器件的损坏和生产工艺不良造成误报,还有跟选择的设备、安装的方式、角度、位置、也有关,比如选用的探测器是震动探测器安装在震源比较大而多的地方(如飞机场、铁路旁等)由于飞机、火车运行时震源大都会产生误报,如蝙蝠常出现的地方选用超声波探测器 就容易引起误报,在受环境的影响下如空气流动、宠物行动等,还有人为的因素主要有用户操作不当、不小心触发报警器、误闯、误入已经设防的访区等都会产生误报。产生误报、漏报的原因很多也很复杂。因此要降低防盗报警器的误报、漏报最重要的是要从多方面的因素加以考虑,比如从技术和性能方面选择探测器、包括传感探头的选择、菲涅尔透镜的外形设计,微处理器程序,多鉴技术、自动跳码的滚动编码技术、生产工艺、使用方法,温度补偿,灵敏度探测距离调整等。这些综合因素都决定了探测器的性能和误报率。 1.1.5 防盗报警器的应用范围 防盗报警器 的的应用范围很广紧急救助、烟火报警、防剪线报警、煤气泄漏报警、保险柜防盗报警、货物仓库防盗报警、工厂重地、禁区防盗报警、金融部门防抢防盗报警、机关单位、机密档案防盗、商店商场物品仓库防盗报警、住宅小区商住楼联网防盗报警、家庭住宅、汽车停车库防盗报警 ......这一切都离不开防盗报警器,它可以有效的保护人们的财产,尤其是现在高度发达的社会环境下,防盗报警器更成为一个必不可少的保护措施。 1.2 红外线 1.2.1 红外线的定义 红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于 1800 年发现又称为红外热辐射 [5],他将太阳光用三菱镜分解开,在各个不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测试各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得出结论太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当做传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光,波长为 0.751000 m? .红外线可分为三部分,即近红外线,波长为 0.751.50 m? 之间;中红外线,波长为 1.506.0 m? 之间;远红外线,波长为 6.01000 m? 之间。 1.2.2 红外线的物理特性 在光谱中波长自 0.76 至 400 m? 的一段称为红外线,红外线是不可见光。所有高于绝对零度( -273 摄氏度)的物质都可以产生红外线。现在物理学称之为热射线 [6]。红外线物理特性 ;1.有热效性 2 穿透云雾能力强。 1.2.3 红外传感器 红外传感器是利用红外线的物理性质 来进行测量的传感器 [7]。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3 温度),都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测量物体直接接触,不存在摩擦,并且具有灵敏度高,响应快等优点。 1.2.4 红外线的应用 红外线的波长在红光和无线电波之间,它不能引起视觉,有显著的热效应和衍射效果。 红外线的应用红外线测温仪、红外线夜视镜、红外遥感、红外摄影仪、红外望远镜、红外线追踪等。 红外线在家庭生活中也有广泛的应用,如通过特殊的设计将煤气燃烧所产生的热量 转化为无线燃烧红外热辐射传递,由于燃烧方式与传统机理上的革命,使红外线具有普通燃气灶所无可比拟的显著优势高效节能,环保健康,安全可靠。就像微波炉,是利用微波辐射来加热食品的烤箱,在炉子的上方侧面装有磁电管,通电后产生微波,微波穿通食物,使食物内分子产生高温振荡、摩擦生热。微波炉比一般烤箱烹制更快捷,并带有温度调控系统和定时器。还有一种长波红外线,穿透皮肤的深度一般在 0.05mm,多穿透 3-5mm。而短波红外线穿透力强,一般在 1cm。短波红外线如不加防护对人的眼睛有伤害,可使晶体混住,蛋白质变质。由于远红外 线具有较好的热效应。如 1 改善人体微循环; 2、提高免疫力,提高机体血液中吞噬细胞的吞噬功能,从而提高人体的免疫力和抗病能力; 3、具有消炎、消肿的作用;4、具有活血镇痛的作用; 5、激活生物大分子的活性,活化组织细胞。此外,红外线还可用作夜视仪,如探测人体热量、红外线成像;测距仪,如以红外线作为载波的一种测量距离的精密仪器;理疗机,如使用远红外线的热效应治疗;热寻导弹,如跟踪飞机尾部热量的导弹,著名的美国响尾蛇,等等。 1.3 红外线报警器 1.3.1 无线红外防盗报警电路的发展状况 红外防盗报警器的发展主要基 于传感器之下,所以首先要谈谈红外传感器的发展状况 [8]。而传感技术是 21 世纪人们在高科技发展方面争夺的制高点,各发达国家都将有传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从 20 世纪 80 年代起,日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首,美国等西方国家也将此技术列为国家技术和国防技术发展的重点,而在中国的传感器的发展也去得了飞速的发展。从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。 热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器,它能检测人或某次额动物发射的红外线并转化为电信号输出。近几年来,伴随这集成电路技术 的飞速发展,以及该传感器的特性的深入研究,相关的专用集成电路的处理技术也迅速发展。热释电传感器可在室温下使用,灵敏度与波长无关,所以应用域更广。 1.3.2 红外线报警器分类 红外线报警器分为主动式和被动式两种。主动红外探测器由红外发射机,红外接收机和报警控制器组成。分别置于收发,发端的光学系统一般采用光学透镜,起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用,以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围,有人经过这条无形的封锁线,必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强4 度会因此发生变化,从 而启动报警控制发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物,树叶,沙尘,雨,雪遮挡则不应报警,人或相当体积遮挡物将发生报警。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。 被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号,并且进行放大,处理,它能可靠的将运动着的生 物体和飘落的物体加以区别 [9]。同时它还具有监控范围大,隐蔽性好,抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器,由光学系统,红外传感器和信息处理三部分组成。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。 红外线报警器对温度敏感 ,温度越高的物体辐射出的红外线越强 ,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时 ,就触发反警。在温度异常的情况下,也会产生误报警 的情况。 1.3.3 红外线敏器件及其特性 释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器 [10]。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变 换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用 因而需要用电阻将其转换为电压形式 该电阻阻抗高达104MΩ,故引入的 N 沟道结型场效应管应接成共漏形式 即源极跟随器 来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 双探测元热释电红外传感器的结构。使用时 D 端接电源正极, G 端接电源负极, S 端为信号 输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射,热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号。 制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为 0.2~ 20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过 外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。 5 1.4 设计意义及设计内容 1.4.1 设计意义 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分,它在各个领域都得到广泛应用。由于它不是可见光,因此用来制作防盗报警系统,具有良好的隐蔽性,白天和夜里都能用,而且抗干扰能力强,这种报警装置可广泛用于博物馆,单位要害部门和家庭的防护。因此,设计一种性能佳,灵敏程度高的红外报警器是具有很深的意义的,可以为人们带来许多便捷。对于我们而言,设计的意义主要在于在设计的过程中我们可以将我们所学到的理论知识运用到实践中,并且让自己明 白自己的不足,在以后的学习中能让自己具有更好的专业素养。 1.4.2 设计内容 此次的设计主要是设计报警系统的接收部分,其主要功能是能够接受无线编码发射电路发出的信号,然后将警告信号传给报警器发出报警声,同时能显示出现警情的具体位置。系统设计方案可以划分为四大模块第一部分是无线接收模块,第二部分是无线解码电路,第三部分是无线译码电路,第四部分是报警电路。
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