無線安全報警系統設計

摘要：文章使用熱釋電紅外感測器，設計一種結構簡單、工作穩定可靠、靈敏度高、控制範圍大、隱蔽性好的智能防盜報警裝置，並從基本器件結構、工作原理、功能、具體模塊電路等方面對其進行詳盡介紹。

1. 前言
    隨著經濟的發展、人民生活水平的提高，安全防範成了構建社會治安防控體系、維護社會穩定、全面建設小康社會的重要內容，受到廣泛的關注。針對這一系統人們研製了一系列自動報警系統，如有觸摸式、紅外線監測等自動報警系統。紅外線是不可見光， 有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。本文將介紹利用熱釋電紅外感測器實現智能防盜報警，並且這種裝置不需要紅外線或電磁波等發射源。靈敏度高、控制範圍大、性能穩定、實用性大。

2. 主要器件結構及原理介紹
2.1 熱釋電紅外感測器
圖1是一個雙探測元熱釋電紅外感測器的結構示意圖。使用時Ｄ端接電源正極，Ｇ端接電源負極，Ｓ端為信號輸出。該感測器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內部相互抵消的原理來使感測器得到補償。對於輻射至感測器的紅外輻射，熱釋電感測器通過安裝在感測器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使感測器輸出電壓信號。
 
2.2  BISS0001感測信號處理集成電路
BISS0001是一款具有較高性能的感測信號處理集成電路，是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數模混合專用集成電路。它配以熱釋電紅外感測器和少量外接元器件構成熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘乾機和自動洗手池等裝置，特別適用於企業、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區域，或用於安全區域的自動燈光、照明和報警系統。BISS0001 的管腳和外觀分別見圖 2和圖3所示。                              
 
圖2 BISS0001管腳圖
 
圖3 BISS0001外觀圖

3. 系統各模塊介紹
3.1 信號採集及信號處理模塊
    採集人體信號用熱釋電紅外感測器。熱釋電紅外探測器中有兩個關鍵性的元件，一個是熱釋電紅外感測器(PIR)，它能將波長為8-12um之間的紅外信號變化轉變為電信號，並能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區內，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個:一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個作用是將警戒區內分為若干個明區和暗區，使進入警戒區的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產生變化的電信號，後續電路經檢測處理后就能產生報警信號。
    利用紅外感測器信號專用處理晶元BISS0001對採集到的信號進行初步處理。由於熱釋電紅外感測器採集的信號成分複雜所以首先使該信號通過一個濾波器，濾掉無用的信號成分；另外熱釋電紅外感測器輸出的探測信號電壓非常微弱，而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈衝形式（脈衝電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為0.1～10Hz左右），所以應對熱釋紅外感測器輸出的電壓信號進行放大；最後經由電壓比較器構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號Vo經晶體管Q1和Q2放大去接通負載。所以BISS0001對熱釋電紅外感測器輸出的探測信號要做的處理工作流程如圖4所示
 
圖4
信號採集和信號處理模塊的具體電路如圖 5所示。
 
圖5 信號採集和信號處理電路

3.2 穩定信號輸出和報警模塊
    這個模塊主要由單穩態多頻振蕩器HEF4538和報警電路KD9651組成。單穩態電路HEF4538的功能是輸出一個脈寬大約10S的高電平信號。再利用這一脈寬信號作為報警電路KD9651的輸入控制信號，來使電路產生10S的報警信號，最後用三極體Q1和Q2再一次對電信號進行放大，以便獲得足夠大的電流來驅動喇叭使其連續發出10S的報警聲。具體電路如圖6所示。
 
圖6 信號輸出和報警電路

4.結論
    採用基於熱釋電紅外感測器設計的監控報警系統結構簡單、成本低、容易實現、可靠、組網靈活、家庭無需為感測器布線。電路把紅外線的隱蔽性很好地應用於報警系統中，從而實現防盜報警功能，達到安全防護之目的。

參考文獻：
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