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1、摘 要随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境要求日渐增高，希望住宅不仅便利、舒适而且更安全。本文所要介绍的智能防盗报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求而设计的。智能化住宅防盗报警系统首要任务是保护住宅的防盗安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输（DTMF）及计算机通信等技术实现智能报警。自动盗情检测是由红外探测与微波探测器构成的双鉴式探测器实现的。当防盗探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，自动拨打相关部门的电话号码（如小区管理中心电话）进行语音报警。本系统通过密码来识别主
2、人身份，系统开启后只有输入正确的密码才能关闭系统。该系统的设计可有效的降低误报警率。关键词：智能报警系统 防盗 自动拨号 语音报警 The Intelligent Alarm System for Residential AreaAbstractWith the rapid development of information technology and great improvement of standard of peoples living. People have increased the requirement for living conditions, they hope
3、not only residential is facilitate and comfortable but also more secure. Intelligent alarm system is designed just based on this intelligent residential background in order to satisfy user strong requirements for security. The primary task of intelligent anti-theft alarm system is protect the reside
4、ntial anti-theft security. Through using multi-sensor detection, dual tone multi-frequency long-distance data transmission (DTMF) as well as computer and communications technology, the design can realize intelligent alarm. The alarm situation is automatically detected by the double inspect detector
5、that is consisted of the infrared detector and microwave detector to achieved. When the anti-theft detector detect dangerous situations, the interruption will application for single-chip, and then telephone interface circuit is controlled by the single-chip to achieve analog picking machine. The sys
6、tem can dial the telephone number of the relevant departments (such as district management center phone) to voice alarm. The system is identified owner by password, only entering the correct password the system can be shut down. Design of the system can reduce the false alarm rate effectively.Key wo
7、rds: intelligent alarm system Anti-theft automatic dial-up voice alarm1 引言51.1 课题背景51.2 国内外研究概况51.3 论文的主要研究内容72 智能报警系统总体方案设计92.1 方案提出92.2 方案比较及确定102.2.1 单片机的选择102.2.2 传感器的选择113 系统硬件设计143.1 最小系统的设计143.2 防盗探测器电路设计153.2.1 热释电红外线探测器163.2.1.1 热释电效应163.2.1.2 热释电红外传感器结构173.2.1.3 热释电红外探测器基本原理183.2.1.4 热释电红外
8、探测器电路设计193.2.2 微波探测器213.2.2.1 微波探测器原理213.2.2.2 探测器电路设计223.3 串行 EEPROM-X25045233.4 自动拨号及语音报警电路设计253.4.1 拨号电路253.4.1.1 MT8888芯片简述253.4.1.2 芯片工作方式263.4.1.3 DTMF拨号原理273.4.1.4 拨号芯片及外围电路283.4.2 语音电路293.4.2.1 ISD1420芯片简述293.4.2.2 芯片工作原理303.4.2.3 芯片工作模式303.4.2.4 语音芯片及外围电路313.5 电话接口电路323.6 键盘与密码显示电路设计333.6.1
9、 键盘电路333.6.2 密码显示电路343.7 系统电源设计354 系统软件设计364.1 主程序设计364.2 中断子程序设计374.3 控制模块程序设计374.4 拨号模块程序设计394.4.1 信号音检测与判断394.4.2 DTMF 拨号程序设计404.5 语音模块程序设计414.6 摘挂机模块程序设计424.7 密码显示模块程序设计424.8 读写数据模块程序设计435 总结45参考文献46致 谢48附录一 程序清单49附录二 系统原理图56第一章 引言1.1 课题背景根据建设部全国住宅小区智能化示范工程要求，智能化住宅要达到安全防范、信息管理、信息网络，也即智能化住宅是将各种家庭
10、自动化设备、计算机及其网络系统与建筑技术与艺术有机结合的产物，从而实现住户可以在任何时间任何地点进行家庭遥控管理或与外界进行联系的住宅。随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，现在的居住环境已经满足不了人们的基本要求。所以对家庭提出了更高的要求，因此智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日渐增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。国家建设部规定2，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括（1）实行安全防范系统自动化监控管理；（2）防盗系统应该安装红外或微波等各种类型报警探测器；（3）住宅火灾、有害气体泄露实行自动报警；（4）火灾报警系统应该是以烟、温及可燃气体
11、等探测器为主体；（5）系统应能与计算机安全综合管理系统联网；（6）计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗实现智能化势在必行。本文主要介绍的智能防盗报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求而设计的。根据智能化要求，防盗系统应该红外微波等多种类型的探测器。系统首要任务是保护住宅的防盗安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输（DTMF）3及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，而达到保障住宅的目的。双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。当遇到盗情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音
12、求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。1.2 国内外研究概况智能化住宅是社会信息化的产物，住宅智能化的内容一般包括：（SA）住宅安全自动化，（CA）通信自动化，（HA）保健自动化和（MA）管理自动化，因此也称为4A系统4。所谓智能化小区，即是通过一个高度集成的通信和计算机网络，把住宅小区安全防范系统、物业管理系统、公共服务系统、信息系统连接起来，建立集成平台与信息处理控制中心，各个系统独立运行又共享网络硬件资源，实施智能化与最优化，为住户营造一个安全、自由、舒适的现化居家生活环境。在中国，虽然还未能象美国、日本那样对住宅智能化系统的技术制定标准，但已经借助智能建筑的概念与技术开始推行智能化
13、住宅小区的建设了。1997年厦门市建坤实业公司开发了WDJ-6住宅智能管理系统；1998年深圳市住宅局对总建筑面积为8O万m2的梅林一村按智能化住宅和智能化住宅小区的概念进行规划建设；长沙市地税局的住宅采用了智能化住宅布线系统。上海邮电二村初步建成了智能化住宅小区，上实花苑、创世纪花苑，万里小区等纷纷宣布将建设流的智能化住宅小区。北京保安电器厂正式投产CBB三表户外计量保护箱，上海邮电智能化系统集成公司开发厂家用智能控制器，北京奇艺新技术公司推出电脑家庭自控系统，上海惠源科技发展有限公司开发并大量投产家庭智能化系统 尽管我们现在还难以给智能化住宅小区作出确切的定义，但是无论是国外还是国内、号称
14、智能化的住宅小区都具有共同的功能特征： (1)住宅内部具备完善的综合了安保防灾措施与生活服务的智能控制器、住宅与小区和社会之间具有高度的信息交互能力。 (2)小区内部具备完善的安保措施、全面的公用设施监控管理和信息化的社区服务管理。 (3)为小区内住户提供多媒体的多种信息服务。 总之智能化住宅小区是综合运用了计算机技术、通信技术、控制技术、由家庭智能控制系统、通信接入网、小区物业管理服务系统和小区综合信息服务系统来支持实现的21。现代安防监控系统已有了新的概念，通常称为安全自动化SAS（Security Automation System）,并与防火自动化系统FAS（Fire Automati
15、on System）共同构成智能建筑系统最底层的系统5。目前国外发达国家已逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年-1971年，首先在美国、英国等国家形成，像ADEMCO（安定宝）；VICON（维康）；CHUBO（集宝）；AMERICA DYDAMIC（A.D）等。60年代视频图像技术的应用6，使安全防盗行业得到快速的发展。德国西门子楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况，充分结合社区住户本身，最新推出了Guarto Easy新型安全防范系统7。西门子楼宇科技公司的新产品将视频监控、音频对讲监听
16、、防盗报警（有线或无线连接方式）7、火灾控测、危险气体探测等多种警告方式（声光、无线、拨号）结合起来，对社区住宅及分散型小建筑进行全方位的安全防范。Guarto Easy采用总线式结构，符合安防系统的暴露线路最短的原则。通过适配器可以接入各种信号（电压、触点等），可以连接防盗探测器，震动探测器，气体探测器，火灾探测器，紧急按钮，门禁触点等各种探测器，能够适应各种情况。在线路上，可以接入中继器实现探测线路的延长，从而更好的适应环境。在我国，小区安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。该系统是
17、一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室内分机用于接收室内各探测器的报警信号。室内分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器、温度探测器、红外8及微波探测器9、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。以地区为例：大连市华乐-环海花园全部住宅均设计有国内一流的家居安防系统。家居安防系统包括四部分功能：幕帘式电子栅窗、智能门禁管理、紧急呼救和误报自解除功能。该系统采用独立的不间断电源供电。当住户家居安防系统断电时，自检系统会自动向保安中心报警10。保安中心计算机还会始终记录每一户住宅的家居安防系统是否处于设防状态。室内装有震动报警头（可以检测破坏门时的震动）、红外微波双鉴式
18、报警头（可以检测室内是否有人）及报警控制器。报警控制器以MCU为核心，可以检测两个报警头输入信号，可以设置新密码，可以接收遥控器输入信号，可以实现声、光报警或把报警信号通过电话线送到110。系统中还配备了8Ah的充电电池，以保证在断电或电源被破坏时系统正常工作。可以预见，智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流。特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。1.3 论文的主要研究内容针对国内外的发展情况，可见住宅智能安全防范系统是我国未来智能住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的智能住宅防盗报警系统是依托公共电话网做传
19、输媒体的电话报警系统11，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点。本设计实现功能包括：对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制;用户端自动报警装置对双音多频(DTMF)编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门(小区管理中心或110报警台)之间的数据交换;下面对报警功能进行详细介绍：在探测范围内，有陌生人进入的时候，根据系统设计，系统通过传感器传回的数据进行自动检测，判断是否报警，如果在50S内没有人解除报警，系统将会自动进行声光报警，同时自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的电话号码，进行语音报警。这样就能有效的降低财
20、产损失。论文的第二章是对系统的设计方案进行论证，通过比较多个设计方案的优缺点，结合使用，有效组合，给出系统的原理框图，并对传感器进行了选型。论文的第三章详细的介绍智能防盗报警系统及其外围硬件设计。依照总体方案设计出以AT89C51为核心的硬件平台及其外围电路，具体包括（1）传感器检测电路、（2）声光报警电路、（3）看门狗电路、（4）密码显示电路、（5）键盘电路、（6）DTMF拨号电路、（7）电话机接口电路、（8）语音电路、（9）电源电路等。论文的第四章为系统的软件方面的设计。根据设计要求绘制主程序流程图及主要子程序流程图，并根据程序流程图进行相应程序的编制。第二章 智能报警系统总体方案设计2.
21、1 方案提出随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日渐增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。国家建设部规定，目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理；住宅火灾、有害气体泄露实行自动报警；火灾报警系统应该是以烟、温及可燃气体等探测器为主体；防盗系统应该安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗实现智能化势在必行。本文所要介绍的智能防盗报警系
22、统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求而设计的。系统首要任务是保护住宅的防盗安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输（DTMF）及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，而达到保障住宅的目的。双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。当遇到盗情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。系统框图如图2-1所示。 图2-1 系统框图2.2 方案比较及确定2.2.1 单片机的选择MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031、805
23、1、8751、8032、8052、8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。8031内部包括1个8位CPU、128B RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需要扩EPROM芯片。AT89C5112是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPR
24、OM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元。在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。主要性能参数:与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作:OHz-24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程I/O日线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式根据性能指标的比较以及设计的要求，系统CPU选用A
25、TMEL公司生产的AT89C51。2.2.2 传感器的选择方案一：在传感器检测电路中选用热释电红外探测器，红外探测器是一种辐射能转换器,主要用于将接收到的红外辐射能转换为便于测量或观察的电能,热能等其他形式的能量. 热释电红外线传感器是80年代发展起来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。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动检测等。实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，如图2-2所示。在环境温度有T的变化时，由于有热释电效应
26、，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部
27、分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。图2-2热释电传感器原理图菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测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，从而提高能量幅度。被动式热释电红外探头的优缺点优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：1、容易受各种热源、光源干扰。 2、被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，
28、不易被探头接收。 3、易受射频辐射的干扰。4、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。方案二中传感器电路使用微波探测器，微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等13。实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m
29、以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。图2-3微波探测器原理框图环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图2-3所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放
30、大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。微波探测器的缺点是监视面积较大。方案三在传感器电路中使用双鉴式探测器14，它是由红外与微波探测器组成的，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降。原理如图2-4所示。图2-4双鉴式探测器原理图双鉴探测器工作时探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号否则不报警。实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点；但红外探测器对环境温度
31、的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率。三个方案中，方案一使用红外线传感器，他的缺点就是容易产生误报警，对环境温度变化比较敏感；方案二中使用的是微波传感器，他的缺点是监视面积比较大，反应不灵敏；方案三中使用的是双鉴式传感器，它是由红外和微波共同组成的，它很好的解决了系统的误报警问题，所以我选择方案三，选用双鉴式传感器。第三章 系统硬件设计3.1 最小系统的设计本系统采用的单片机是AT89C51，AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS
32、 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元。在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。最小系统电路图如3-1所示。时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。复位电路由电阻、电容和按键开关构成，具有上电复位、手动复位和看门狗复位的功能。单片机的INT0与防盗探测器相连，实现警情的采集。为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响
33、应中断后，对中断信号多次（如5次）检测，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰不执行报警处理，有效降低误报几率。图3-1最小系统电路图P2.1与语音电路相连，实现语音的回放控制。P2.3与电话接口电路相连，实现模拟摘挂机的控制。P1.0P1.7接键盘。P2.4、P2.5、P2.6分别接峰鸣器、LED灯。P0.0、P0.1、P0.2和P0.3分别与MT8888的D0、D1、D2、和D3相连，用作数据总线。P2.0与MT8888的RS0相连，控制MT8888内部寄存器的选择。P2.7与MT8888的相连，控制MT8888的选通。P3.6、P3.7分别与MT8888的和相连，控
34、制MT8888的读写。P0.4、P0.5接EEPROM的串行输入和串行输出端，P0.6、P0.7分别接EEPROM的串行时钟输入和片选输入端，P3.0、P3.1、P3.2分别与液晶显示模块的SCLK、STD、CS相连，用于控制显示模块。3.2 防盗探测器电路设计防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴式探测器，较之以往的微波或红外单信号式探测器，其误报率明显下降，原理图如图3-2所示图3-2双鉴式探测器原理图双鉴式探测器工作时探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号否则不报警。实验发现，在红外探测器中，
35、通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点；但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率。3.2.1 热释电红外线探测器在自然界，任何高于绝对温度（-273）的物体都将产生红外光谱，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。3.2.1.1 热释电效应热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅(PZT)等)的表面温度发生变化，则随着
36、温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压电流形式输出15.在热释电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(PTR),PTR能将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。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60-70db，就可以检测10-20m处人的活动。3.2.1.2 热释电红外传感器结构传感器通常包括热释电晶体、电极、氧化膜、衬底、FET和负载电阻几个组成部分，热释电
37、晶体一般是PZT或其他材料，在晶体上下表面分别设置电极，在上表面再加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。如图3-3和3-4分别为热释电红外线传感器RE200B的结构图及其等效电路图16.热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗很高，一般为10K-47K，而且输出电压信号又极其微弱，故在管内附有FET放大器及厚膜电阻，以达到阻抗变换的目的。在管壳顶端装有滤光镜片及窗口，用以选择接收不同的波长。在窗口上装滤光镜的目的是使不需要的红外线不能进入传感器。一般热释电红外传感器在光谱范围内的灵敏度是相当平坦的(并且不受可见光的影响)。一般常用硅质聚乙烯材料的滤光镜，它能以非接
38、触形式检测出物体放射出来得红外线能量变化，并将其转换成电信号输出。传感器探头前部装有菲涅尔透镜。由于人的活动频率范围在0.1-10Hz，因此需要对人体动频率加以增频，而菲涅尔透镜是一种多面反(折)射镜，比较理想。当人体进入菲涅尔透镜的一个视场时，在热释电传感器上产生一个交变红外辐射信号，就会使传感器电路产生一个微弱的电压信号。图3-3热释电红外线传感器结构图图3-4等效电路图红外探测器电路这里采用RE200B双元件型热释电红外传感器，在这种传感器内部，两个敏感元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到探测移动人体的目的。
39、表3.1所示为测量得到的该传感器特性。表3-1热释电红外传感器特性（RE200B）窗口 视 源压 工作 工作 响应 环境 澡硅片 域 电级 电流 电压 波长 温度 声mm V uA V(DC) um mV0.5 138*125 0.4-1.1 8-24 2.2-15 6-14 -20 +70 2003.2.1.3 热释电红外探测器基本原理热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度,距离,方向等有关的低频电信号.传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到;
40、而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。探测器原理框图如图3-5所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Uo。图3-5 热释电红外线探测器原理框图3.2.1.4 热释电红外探测器电路设计热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、
41、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作范围可在3V到5V之间)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚排列及点波形如图3-6和3-7所示。当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在Tx时间内，任何IC7的变化都被忽略，直至延迟时间Tx结束。当Tx时间结束时，U0下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何IC7的变化都不能使U0为有
42、效状态。本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RRI、 RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2、RC2为触发封锁时间Ti的调节端。图3-6 BISS0001管脚排列图图3-7 不可重复触发工作方式下各点波形图3-8所示为红外探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端(14脚)，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算
43、放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。再经内部的两个电压比较器(IC3, IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器(只要有触发信号VS的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。由于VH3.15V, VL1.35V，所以当VCC为+4. 5V电压时，可有效地抑制0. 9V (VH-VL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。IC6是一个条件比较器，当输入电压VC VR时，IC6输出为高电平，则打开与门IC7，此时，如果有触发信号VS的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时U0脚(2脚)输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时
44、间为几秒钟。该设计输出为脉冲信号，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由高电平跳变至低电平，可实现检测并报警。图3-8 红外探测器电路图具体数据如下VM0.5VDD=2.5V，VR0.2VDD=1VVH0.7VDD=3.15V, VL0.3VDD=1.35VTx49152R 1C1=491525.110310210-12=25.1msTi24R2C2=241060. 110-6=2.4s探测器输出数据如表3-2所示，当探测到异常信号时输出高电平。表3-2输出数据 VDD（V） Tx+Ti(S) U0(V) V0(V) I 0(mA)无信号 4.5 0.05 0.29 0.29有信号 4.
45、5 3.0 4.49 4.45 4.453.2.2 微波探测器3.2.2.1 微波探测器原理微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的
46、大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。图3-9微波探测器原理框图环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图3-9所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。微波探测器的缺点是监视面积较大。3.2.2.2 探测器电路设计微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器KIA324P、环形天线、微波振荡管
