热释电报警器 课程设计

课程设计说明书课程设计名称：模拟电路课程设计课程设计题目：热释电传感报警器学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：100421学号： 10042134 姓名：吴涌涛评分：教师：李翔文20 12 年 3 月 2 日模拟电路课程设计任务书20 11 －20 12 学年第 2 学期第 1 周－ 2 周题目热释电传感器报警电路内容及要求1.有人接近时，热释电传感器报警电路发出报警，无人接近时不报警。

2.白天不起作用，晚上自动工作。

进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备： 2天；2. 领元器件、焊接、制作：3天3．调试：2天4. 验收：0.5天5. 提交报告：本学期3～7周学生姓名：10042134吴涌涛指导时间:第1～2周指导地点：E 楼 601 室任务下达20 11 年 2 月13 日任务完成2011 年2 月 24 日考核方式 1.评阅□√ 2.答辩□√ 3.实际操作□√ 4.其它□√指导教师李翔文系（部）主任付崇芳摘要：随着社会的不断进步，电子技术的不断发展，人们的生活水平得到了很大的改善，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。

为此，许多小区，家庭都安装了报警系统，这有效的保证了居民的人身财产安全。

在本文中，介绍一种利用热释电传感器进行监控，并进行报警的系统的设计。

该报警器主要由热释电传感器及其检测电路，报警电路组成。

热释电传感器是报警器设计中的核心器件，它可把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。

检测电路主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，从而实现报警功能。

关键词：热释电传感器；信号处理；单稳触发器；报警电路前言：利用热释电传感器监测环境变化,进行无线信息传输进而完成报警功能的系统,主要用于家居安全,探测有无外人闯入.该系统方便、稳定,十分适合家庭财产安全的保护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报警器则采用了美国的传感元件——热释电传感器。

这种热释电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。

目录1 概述 (5)1.1 设计任务 (5)2系统组成及工作原理 (5)2.1 系统工作原理 (5)3 设计说明 (8)3.1传感器设计 (8)3.2滤波电路设计 (9)3.3 一级运算放大电路设计 (10)3.4 二级运算放大电路设计 (10)3.5 延时电路设计 (11)3.6 驱动电路设计 (11)4 电路仿真 (12)5 系统调试 (13)6 结论 (14)7 附录 (15)附录一元件清单 (15)附录二电路图 (16)附录三方案二电路图 (16)附录四核心芯片资料 (17)第一章设计任务1、有人接近时，热释电传感器报警电路发出报警，无人接近时不报警。

2、白天不起作用，晚上自动工作。

第二章系统组成及工作原理1.系统框图热释电红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。

图1所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。

图2.1 系统整体框图信号采集：菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性。

信号转换：热释电传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理：信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。

信号检测报警：通过NE555控制输出高低高平，实现发光二极管的放光和熄灭。

电源采用12V电压驱动运算放大器及报警电路、传感器。

3.报警器原理：热释传感系统由传感器、光学系统和检测电路三部分构成，其中传感器由敏感元（红外热释电材料PZT制成）、场效应管（作阻抗变换）、高阻Rg（释放栅极电荷使场效应管安全正常工作）和滤光片（有效地防止抑制电灯、太阳光的干扰，选取人体的红外辐射）等组成；热释电传感器前面安装菲涅尔透镜，使外来红外辐射通过透镜仅会聚光于一个传感元上，产生的信号不会被抵消，增加传感器的探测距离；在探测范围内，传感器的输出信号频率大约为0.1—10Hz，检测电路由检测、放大、比较电路、延时电路驱动电路等组成。

最终将信号转化为发光二极管亮的光信号或蜂鸣器响的声信号。

第三章基本电路设计3.1 传感器设计：图3.1传感信号输出在用multisim软件仿真时，无法在引入相关光学元件，故用直流电源与交流电源串联代替，再用单刀双掷开关模拟传感器发出的信号。

综合考虑人的移动速度和菲涅尔透镜的作用，交流输入信号设置为1Hz,1mV.。

如图3.1。

用热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单、成本低等优点。

经过多次测试，系统工作情况稳定。

热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。

正确的安装应满足下列条件：（1）报警器应离地面2.0～2.2米。

（2）报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方。

（3）报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

（4）报警器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。

另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。

利用菲涅尔透镜透镜的特殊光学原理，在传感器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。

当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。

人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um 范围内几乎稳定不变。

在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

热释电传感器具有如下特点：◆ 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。

热释电传感器的结构如图2.2所示（其中D接正电源，S为输入，G接地）。

其内部由敏感元件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。

图2.3为引脚功能。

图2.2 内部结构图2.3 引脚功能3.2滤波电路设计图3.2 滤波电路在信号输入端，通过接入一个0.1uf 的电容对输入信号进行滤波处理，由于信号变化缓慢，且很微弱，滤除信号中的高频干扰信号，确保信号的准确性。

3.3 第一级放大电路设计：图3.3 第一级放大电路第一级放大电路，采用ua741对信号进行初步的放大，放大倍数R4/R3,为了避免ua741运算产生自激，第一级放大倍数不易太大，R4取390ΩK ，R3取100ΩK 。

放大倍数：9.41003901341=+=+=R R A υ， 传感器信号输出与第一级放大电路采用电容C2耦合。

ua741（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

图3.4 Ua741引脚图1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源8空脚图3.5 ua741工作原理3.4 第二级放大电路：图3.4 第二级放大电路第二级放大电路，同样采用ua741对信号进一步放大，放大倍数R7/R6，为了能给NE555输入一个高电平，第二级放大电路放大倍数应高些，R7取100ΩK ，R6取1ΩK ，放大倍数：67.42240100001671u=+=+=R R A ，经过三极管产生一个单脉冲。

3.4 NE555单稳态延时电路图3.5 NE555延时电路NE555时基电路的报警电路的作用是通过555时基电路来确定设计所需的报警声。

具体原理及其部分参数的确定是当前的信号经过三极管进入时基电路，作用于此电路，而这时报警电路就开始工作，从而达到报警的目的。

根据公式：1.1R*C=t ，设计报警时间。

3.6 报警电路图3.6驱动电路当NE555管脚通过控制输出高低高平，实现发光二极管的放光和熄灭。

电源采用12V 电压驱动运算放大器及报警电路、传感器。

第四章电路仿真图4.1 电路仿真由于在用multisim软件仿真时，无法在引入相关光学元件，如，热释电红外传感器，故用直流电源与交流电源串联代替，再用按键开关模拟传感器发出的信号。

综合考虑人的移动速度和菲涅尔透镜的作用，交流输入信号设置为1Hz,1mV.。

图 4.2 一级放大电压值第五章系统调试1、找到需要的元件后，按照电路图将元件焊到板上后，接入12V电源，人靠近时，LED灯并没有亮起来，便以为是感应信号太微弱了，用手靠近，还是没有报警。

2、用万用表测试第一级放大信号，由于信号很微弱，万用表明显精度不够，遂用电子示波器测试信号输出，测试结果大概在10mv左右，第二级信号并没有放大，便对第二级进行了检查改进，增大了放大倍数，但结果并没有理想中的顺利，报警LED灯成了常亮，便又减少了第二级的放大倍数，但感应时报警灯还是未亮。

3、一次偶然的机会，发现通过触碰第一级的输入端，系统发出报警，觉得会不会是传感器给出的信号输出不够大，便用示波器对热释电红外传感器输出信号进行了测试，发现信号输出在正常范围内，为了以防万一，我们用函数发生器，模拟传感器信号输出，大概信号为1mv,频率在1hz。

但结果一样。

4、为了改善传感器的灵敏度，自己在电子市场购买了菲涅尔透镜，增大热释红外传感器的感应距离，但效果并没有得到很大的改善，应该不是信号接受输出端的问题。

5、慢慢的改变放大倍数，在放大器不自激的条件下，尽量的放大信号，在信号放大了1600倍后，在测试时，情况有了变化，在传感器上方，通过挥动手报警电路有报警反应，但是不是很灵敏，而且需要手的移动方向特定，但人离开时不产生报警，便再次稍稍的加大了放大倍数，再次测试是却再次失败了。

6、多次测试无果之后，我们决定换一种方案，采用热敏电阻的阻值变化引起差分放大电路的电压变化，从而获取一个瞬时信号，再对信号进行放大，通过比较器触发报警电路。

7、整个电路，采用4个LM324运算放大器构成，分别由信号输出电路，差分放大电路，二级放大电路，一般单限比较器，报警电路组成。