主动红外报警系统

关键词
主动红外报警 调制光 模块化设计 有源滤波
一
随着生活水平的不断提高，人们对生活环境的安全的要求也越来越高，对居 住、出行的安全也非常重视。人们对可靠的报警系统的需求也越来越大，本文介绍的主动红外报警系统是基于红外不可见光的发射的一种监视系统，当不法分子入侵防范区域时能够及时将这些信号告知主人或者值勤人员并起到阻吓、防范的作用，其主要工作原理是当人或者是其它异物阻断发射和接收之间的红外警戒光束时，系统当即做出反应，发出报警信号。
图4基本反相放大电路
4.3.2滤波电路
通过前面放大的信号中有着许多的噪声，这就要求我们需要将信号之外的噪声滤除。由于我们选定了发射光的频率，设计中我们选用了二阶有源带通滤波器，如图5所示，中心频率为ƒ0=7kHz，品质因数Q=25，增益为G=5。下面是滤波器的参数选择计算：
图5二阶有源带通滤波器
（1）
4.3信号放大滤波
光电探测器所接收到的信号一般都非常微弱,而且光探测器输出的信号往往被深埋在噪声之中,因此,要对这样的微弱信号进行处理。这里先对信号进行前置放大处理，将放大后的信号进行滤波处理以将大部的分噪声滤掉,将此信号再放大到后续处理所要求的电压幅度。这样,就需要通过放大电路、滤波电路使输出幅度合适、滤掉大部分噪声的待检测信号。
4、系统电路分析
4.1发射系统
用NE555定时器构成多谐振荡器作调试电源，在这里选用常用的振荡器的连接方法，定时器电阻RA和RB，其连接点接到555的7脚，C是定时电容。其连接方法及波形下图2所示。
图2NE555连接方法
4.1.1NE555参数计算
（1）充电时间T1。电路充电过程中， 的初值和终值分别为：
电路中我们选取103独石电容，R=20k，此时
满足设计要求。
5、系统电路总图
由于电路中会出现自激，我们在芯片的供电电源上接上去耦合电路，以消除自激给电路造成的干扰。图8为系统设计电路总体图。
图8系统电路总图
充电时间常数为：
代入计算一阶电路过渡过程的公式，得：
当t=T1时，代入上式得：
（2）放电时间T2。同理，放电过程中 的初值和终值分别为：
放电时间常数为：
代入计算一阶电路过渡过程的公式：
当t=T2时， 得：
故输出脉冲周期为：
振荡频率为：
输出矩形的占空比为：
4.1.2参数选择
系统设计中，我们选择了调制频率为7KHz的输出信号频率，并依据电路图中的设计选择了103电容。因此我们可以依据公式求解出电路中的电阻值。
（2）
（3）
（4）电容全部为103独石电容Biblioteka Baidu
在滤波器的设计中，如果中心频率与我们调制信号的频率不一样时，信号将会造成很大的衰减。因此我们将电路中的电阻R7改用为滑动变阻器，这样就可以调节中心频率。改后的电路图如图6所示。
图6改进后滤波器
4.4检波输出系统
检波系统电路如图7所示。
图7检波输出电路
信号经过放大滤波处理后，经过二极管D1检波，在经过R12、C4后滤波得到直流电压信号，我们在放大器的同相端接入固定电压偏置，实验中我们取偏置电压为2V。这样就将得到的信号电压也偏置电压进行比较输出，当信号端电压大于参考电压时没有输出，当警戒光线被阻挡时，只有同相端电压输入，此时输出高电平，LED发光。在滤波电路中，时间常数越大，输出电压的脉动越小，直流分量越大。工程实践中，一般取
“主动
摘要
本文介绍了一种调制光中心频率为10kHZ的主动红外报警系统的工作原理和设计方案并记录了实验过程。该红外报警系统使用了模块化的设计思想，系统主要由调制发射、接收放大、有源滤波和检波报警四个部分组成。当光源处光线被阻挡时，系统发出报警信号。本实验实测有效报警距离为88cm，并记录了相应的工作波形图。
三
本系统由图1所示的四个部分组成。用砷化镓发光管组成发射系统，在发射和接收系统之间有红外光束。调制电源提供GaAs发光管10kHz频率的调制电压，使发光管发出红外调制光，在一定距离以外用光电二极管接收调制光。接收到的信号经过转换后放大、滤波和检波，最后得到的信号将用于控制报警器中的LED 亮灭。
图 1 系统原理框图
4.3.1放大电路
放大电路用集成运放LF353构成，它的主要作用是对红外探测器输出的微弱信号进行放大。LF353为双运算放大器集成芯片，它的主要参数如下：最大电源电压：±18V，电压增益：100dB，输入阻抗：1012Ω，共模抑制比：100dB，增益带宽：4MHz，等效输入噪声电压： 。实验设计中使用一般的反相放大电路，电路如图4所示。我们在设计中第一级的放大倍数为100倍，最后一级的放大倍数定为470倍。
主动红外报警相对于被动红外报警系统有探测距离远，报警误报率较低的优点。
二
本系统的设计要求使用经电信号中心频率为10kHz调制的小功率砷化镓发光二极管作为主动辐射光源，产生一条红外光束。在接收端使用硅光电二极管作为红外光的光接收器，并用运算放大器构建放大系统和滤波系统。当警戒线被阻断时，发光二极管被点亮，给出报警信号。要求测量系统的作用距离并记录工作波形。系统设计实验中可以使用到的电子元器件器件有：红外发射/接收对管、集成电路NE555和两片LF353，μA741、普通阻容元件。
所以我们可以取RA=500，RB=10k
这时占空比为
这样我们就得到了系统要求的调制信号，并用于驱动二极管发光，此时我们将选取发光管的限流电阻。用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上一定要串联一个限流电阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流IF。若振荡器输出电压为V0，则限流电阻R取值为：
如果限流电阻值低于上述公式所得数值或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。实验中限流电阻取为750Ω。
4.2接收系统
在接收端，我们使光敏二极管处于反向偏置工作模式下。接收端系统电路部分如图3所示
图3接收系统电路
在图中，光敏二极管工作于反片模式下，在接收到的信号中，我们接入一个103电容，主要就是取到了隔直流通交流的作用，以滤除信号中的直流成分，随后又通过运算放大器构成的电压跟随器输出接收到微弱信号。电路中我们取R4=R5=200k，电容为103独石电容。