毕业论文新型防盗报警系统.doc

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1、XXXXXX学院毕业论文（设计）题 目 新型防盗报警系统 学 生 学 号 专业班级 机电高职 系院名称 工业工程系 指导教师 二 年 月 日目 录一、绪论8（一）引言8（二）光电防盗报警系统发展状况9（三）课题研究的目的9二 、光电防盗报警工作原理9（一）热释电红外电路工作原理9（二）元器件选择 10（三）微波探测原理及活动目标探测方法 101多普勒效应及检测方法13三、光电防盗报警系统的设计制作安装13（一）系统组成框图及工作原理 13（二）热释红外探测电路14（三）微波多普勒探测电路设计14（四）报警电路及发射电路15（五）报警系统安装16致谢 17参考文献18新型防盗报警系统摘要 安全防

2、范技术涉及到社会的方方面面，是保护国家和人民利益与安全的重要手段。本文设计了一种基于热释电红外一微波双探测技术的新型光电防盗报警系统，双探测技术是将两种探测技术结合在一起，以“相与”的关系来触发报警。热释电红外传感器感应到入侵者的红外热辐射(人体体温)，将其转换成超低频信号，经电路放大，输出。同时由于微波探测器接收到的回波信号的频率(或相位)发生变化，经过电路处理后转变为电信号，输出。两组信号同时到达与门，经判断，电路再将报警信号通过天线发射出，可以用接收电路或收音机接收报警信号。 本文设计的光电防盗报警系统，经实验测出其技术指标为:探测距离不小于l Om，微波中心频率fo = 2000 MH

3、z，能经受25 1 OOOMHz范围内的频率干扰，相距3m处可经受住1 OOW干扰信号。该系统可广泛应用于社会上的重要单位和要害部门，如军事设施、国家的动力系统、通讯系统、仓库、各类银行等等。关键词 红外探测器， 辐射场， 微波多普勒效应一绪论（一）引言 随着信息技术的普及和发展，尤其是在跨入新千年以后，红外技术得到了迅猛的发展，红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方面面。在安全防范方面，基于红外探测技术的红外入侵报警器又称红外防盗报警器，作为一种新的技术，它己越来越得到社会各界的重视和广泛应用。红外入侵报警器按其探测手段的不同，可分为被动式、主动式和多技术复合入侵报警器ll一

4、l30 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，并进行放大，处理，它能可靠的将运动着的生物体(人)和飘落的物体加以区别。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。主动式和被动式入侵报警器是利用一种传感或探测方式，即单探测技术进行报警的。虽然结构简单价格低廉，但于易受各种因素的影响，如环境，温度，震动，光强变化，电磁干扰，小动物活动等的影响，再某些情况下的误报漏报率会相当高，所以只有采用多种探测技术才能很好的解决误报率高这一难题 多技术复合

5、入侵报警器是将两种或两种以上的探测技术结合在一起，以“相与”的关系来触发报警装置，即只有当两种或两种以上探测器同时或相继在短暂时间内都探测到入侵目标时，刁一发出报警信号。在双探测技术的报警器中，以热释电红外一微波双探测技术组合的误报率最低。(二)光电防盗报警系统的发展状况 传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将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科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。而基于传感器技术的光电防盗报警系统也得到了高速发展f81a 最早的非可见光入侵物探测器是

6、由简单的光敏元件对光素的感 而触发外部报警器，计数器或继电器来进行报警的，因此这种简单的 系统误报的可能性非常大，后来该用双光束系统随后又出现了基于红外 传感技术的被动式红外入侵报警器，基于无线编码技术的无线报警装只 以及集声光延时于一体的多控式报警装置。但是上述装置误报率都很低而多技术复合入侵报警装置误报率则很低 除双探测技术报警产品外，目前三探测技术和四探测技术的复合报警器均有产品上市。例如英国的帕朗尼斯四探测技术报警器，它包括微波、红外、IFT及微波鉴控等技术。其本质是热释电红外一微波双探测技术的发展和完善。(三) 课题研究的目的 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都

7、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。本课题的目的是通过对现有的光电防盗报警装置优缺点的研究，进行改进和优化，研制出一种新型的光电防盗报警系统，比传统的光电防盗报警系统的误报率低，抗干扰能力强二 、光电防盗报警工作原理（一）热释电红外电路的工作原理 该热释电红外探测器防盗报警器电路由热释电传感器IC1，信号放大器IC2（IC2a,IC2b）,比较放大器IC3（IC3a,IC3b），和继电驱动电路组成。当有人在热释电传感器IC1的监控区域内移动时，IC1的2脚将输出0

8、.310HZ的检测信号该信号经电容器C2耦合只IC2的3脚，经IC2两极放大后从7脚输出，再经二极管VD1整流C8滤波后分成两路：一路经IC3a比较放大后，经二极管VD2加至驱动器V1基极；另一路经IC3b缓冲隔离后经二极管VD5加至VI的基极。当V1的基极电压大于2V时，V1和V2将导通，使继电器动作，其受控电路通电工作。电阻器R10和电容器的数值大小及IC3的2脚电压高低决定控制继电器的动作灵敏度电位器RP2和电容器C10起延时作用，调节RP2阻值可改变延时时间调节电位器RP1的阻值，改变IC3的第1脚输出电压的高低，使发光二极管VL处于临界发光状态。 图2.1光电报警系统结构框图(二)元

9、器件选择R1选用1/2W碳膜电阻器；R2-R10选用1/4W或者1/8W的碳膜电阻器。RP1和RP2选用小型碳膜电阻器或者密封式可变电阻器。C1、C2、C4、C6、C8-C10选用耐压值为16V 的铝电解电容器；C3、C5、C7选用涤纶电容器或者CBB电容器VD1-VD6均选用IN4007或IN4001型硅整流二极管V1选用59013型硅NPN型晶体管；V2选用59012型硅PNP型晶体管。IC1选用LN074型热释电传感器专用电路；IC2和IC3均选用LM358型集成运算放大电路。(三)微波探测原理及活动目标的探测方法根据微波的探测原理不同，微波探测报警器分为微波多普勒探测器和微波强势探测器

10、两种，微波多普勒探测器又称雷达式微波探测器，它的工作原理基于微波多普勒效应。1、多普勒效应以及检测方法 多普勒效应的提出，是160年前的事。当时光的波动理论己经被普遍接收，但光谱技术的发展还处于初期阶段。1842年5月25日，在布拉格举行的皇家波希米亚学会科学分会会议上，多普勒提交了一篇题为Ueber das farbige Licht der Doppelsterne and einiger anderer Gestirne desHimmels(论天体中双星和其他一些星体的彩色光)的论文。在这篇论文中，他提出了由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率的不同的现象，后来称为多普勒效应。

11、 多普勒效应是指当发射信号源与接收者之间存在相对径向运动时，接收到的回波信号的频率(或相位)将发生变化。这可以从固定目标和稗动目标信号的时域特,I和倾率特性方而仆析。为了分析方便，设微波信号源发出的探测信号为单音连续播其瞬时值 （21）式中:W-=2为探测信号的频率:wo，为探测信号的初位。该探测信号在传播过程中遇到障碍物(包括目标)微波接收机收到的目标回波信号的瞬时值为 （）时会发生反射，式中:rp为回波信号瞬时高频相位;td为回波信号相对于探测信号的时延。t、的值为 （-）式中:d为目标到微波探测器的距离;C为电磁波的传播速度，其值为3 X 1 Ogm/s 对于固定物体(静物)，其回波信号

12、的频率与原发出的探测器的频率fo相同，则固定物体反射回波的瞬时值为 （2-4） 式中:df为固定物体到微波探测器的距离。 对于移动目标，由于运动体对于探测器作相对运动，对于探测器的距离是随时间变化的，即 d=do士Urt (25)故移动目标相式中:d。为移动目标被发现时相对于探测器的起始距离;u，为活动目标相对于探测器的径向速度;“士”号与运动方向有关。 活动目标回波信号的瞬时值为 （2-6）式中:定义:UA。为活动目标回波信号的幅值即将活动目标与探测器之间的相对运动引起的收、发频率的差频，称为多普勒频率(频移)。这种因相对运动而导致的活动目标回波信号不同于发送的探测信号频率的效应，称为多普勒

13、效应。 （2-7） （2-8）式中为微波探测器的工作波长。为活动目标相对于微波探测器馈源运动的示意图。(a)发、收一体化探测器及活动体回波(b)活动体径向速度与其运动方向的关系图2.6活动目标相对于微波探测器馈源运动的示意图 活动目标的径向速度为 （2-9） 式中:U为活动目标移动的瞬时速度:8为运动轨迹与探测器馈源和目标连线的夹角。当9=180。时，两者作背向运动。 对于微波探测防盗报警系统，常使用的微波载频为9-11 GHz。设某探测报警器的发射频率f0二9375 MHz，则人体移动时产生的多普勒频率Jd与人体运动速度U之间的关系如表2-1所示。表2一1儿与U的关系 由表可见，人体的移动速

14、度不同时，所产生的多普勒频率是不同的，多在音频频段的低端。通过以上分析可知，移动目标与静止物体的回波信号有以下差别: 1)静止物体的回波信号频率与探测器发出的载频是相同的;而移动物体的回波信号频率与探测器的载频相比，附加了一个多普勒频移，且与运动目标的径向速度u;有关。 2)静止物体的回波信号对探测信号的时延为常数;而移动物体对探测信号的延时与目标径向速度v，及移动方向有关，为变量。 因此，根据移动目标与静止物体回波信号的不同，在接收电路中采取措施，可检测并判断出进入微波监视场的活动目标。以上讨论的是回波信号的时间变量函数，即对回波信号的时域性进行分析。当然，也可以采取分析频率变量函数的方法进

15、行分析，从其探测脉冲的频谱图中会更清楚地看到活动目标中的多普勒频率几及相应参数。三光电防盗报警系统的设计、制作与安装（一）系统组成框图及工作原理该光电防盗报警系统30-31】包括热释电红外探测电路、微波多普勒探测电路和发射、接收电路。其组成功能框图如图3.1所示。图3.1光电防盗报警装置组成框图（二）热释电红外探测电路及其工作原理第二章以阐述这里不在重复其电路设计（如图2.1所示）（三）微波多普勒探测电路的设计 该部分电路如图3.3所示。 RD627是一种新颖的多普勒效应传感器件，采用单列7脚直插式塑料封装，其管脚排列如图3.4 a) 3.4 (b)是它的内部电路功能框图，可以看出，RD627

16、由振荡器、发射器、检测器、多普勒信号放大器、限幅器及稳压电源等部分组成。振荡器产生的微波信号经发射器由第1,2脚送至外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，当人或其他物体在该防护区移动时，反射回来的微波信号与原信号之间将产生频移，微弱的频移信号通过检测器处理后，获得的多普勒信号再经放大，在第6脚即可得到与移动目标相应的电信号。RD627工作电源电压为12V;有效发射面积大于100衬;静态时第6脚的输出电压为6V;在有效发射区内，当有目标移动时，第6脚动态输出电压变化不小于士SO mV,移动目标离天线越近，输出电压变化幅度越大，最大时可达1 SV以上。 图3.2微波多普勒探测电路 图3.

17、3中，RD627产生的微波信号经外接环状天线发射到空间后形成一个立体微波警戒网。当有人在网内走动时，从人体反射回天线的微波信号与原发射信号就会产生频移。此频移经RD627内部检测放大后，从6脚输出超低频信号经A2缓冲送至A3 , A4组成的比较器进行鉴别。如果信号电压在两指定的比较电压中间。则A3, A4均无电压输出。当信号高于A3的2脚电平或低于A4的3脚电平时，A3或A4输出高电平，经VD1或VD2隔离、R6限流输出，Rp用来调节电压比较器的闭值电平，以调整报警器的警戒范围。微波发射天线可用必3mm的金属线弯成 120mm-1 SO mm的圆环状。A2-A4用F006高增益集成运算放大器。

18、图3.4RD627集成管脚排列和内部框图（四）报普发射和接收电路 经过热释电和微波探测电路处理过的信号通过门电路判断后，输出至报警发射电路。报警发射电路如图3.5 0 图中IC3采用时基集成电路555，它与Rio C6等组成单稳态触发定时电路。当有低电平信号加至其触发端脚(低电平触发有效)时，则555的输出转呈高电平。高电平维持时间(即暂稳态时间)为 （ 31） 计算得出其暂稳态时间约为2min a 在555输出高电平期间，继电器K，通电、吸合，其常开触点Ku-I 接通IC4. VT3和VT;得电并工作。 IC;采用四模拟声集成电路KD-9561，将其选声端SELL, SEL2悬空，则KD-9

19、561一旦得电便迅速发出警车声信号，并由其输出端(O/P )输出，然后经VT3自偏置放大器放大后，作为调制音频信号加至VT4的基极。 VT;采用超高频小功率管3DA3866A，它和 L l, C1:等组成高频振荡器，其振荡频率主要由L, C:决定。当警车声信号经CIO祸合至VT a 基极时，音频信号改变其振荡频率，产生88 108MHz的调频信号，并经天线W:发射至空中。图3.5报警无线发射电路 图3.6所示电路为FM收音机电路。它是以一只微型收音器件TDA7010T为核心组装而成的。该器件已把外部要调试的元器件(包括中频滤波器)几乎都容纳在芯片上，并采用了频率锁相环(PLL)和特殊静噪控制电

20、路，使整个FM收音机只需通过C11单联选台，避免对中频进行调试，也无需统调，制作和调试都很简单。解调后的信号由脚输出。图中IC:采用优质双声道小功率音频放大集成电路TDA2822M外接元件极少，将其接成BTL型单声道音频功放电路，其放大增益达46dB(约200倍)，且性能稳定。IC1输出的音频警车声信号经IC2放大后，驱动扬声器发出响亮的警车声，提醒值守人员由警情发生。IC1采用菲利浦公司生产的TDA701 OT，也可使用市售的普通收音机监听，但无信号时，杂音较大，常有“喀啦”声，值守人员长时间监听时难以忍受。C1, C4, C6, Cg, C9, C14及C19采用CT1型瓷介电容器;C2,

21、 C3. C5,C7, C l p, C12及C13采用CC 1型高频瓷介电容器;C11采用140/80pF差容双联可变电容器，用容量大的一联另一联可短路不用;L l 用 0.71mm漆包线在 4mm钻头圆棒上密绕5匝后脱胎即成;天线WR使用oo1 OO O mm软线即可。图3.6报警接收电路（五）报警系统的安装 红外和微波探测器的合理布置和安装，对于探测和防范性能来说至关重要。安装微波和热释电红外探测器时需注意以下事项: 安装时两种探测器的灵敏度采取折中的办法，即两者在防范区内保持均衡，二者兼顾。 热释电红外探测器对入侵者辐射出的红外能量和移动速度两个参数都能探测到，它对横向切割(垂直方向)

22、探测区方向的人体运动最敏感。因此安装热释电红外探测器时，应尽量使入侵者的活动有利于横向穿越其视场，以提高其探测灵敏度。 微波多普勒探测器，则对轴向移动(或径向移动)的活动体最为敏感，此时的多普勒频率儿最大，探测最灵敏。 因此，在一个有限的空间内安装热释电红外探测器和微波探测器时，两者的探测灵敏度需兼顾。具体布置和安装时，应使探测器正前方的轴向方向与来犯者最有可能会穿越的主要方向约成45“角为宜，以便使热释电红外和微波两种探测器皆处于较灵敏的状态。 参考文献1郑长风，程光伟，郭军.一种基于红外探测转无线报警监控系统.现代电子技术M.2003,2朱华，葛世荣，左明等.矿车红外探测报警系统研制.中国

23、矿业大学学报.2002, 31(2) 166 1703陈永甫.红外探测与控制电路.人民邮电出版社M，2004. 64葛成良，黄志伟，季云松.基于“猫眼效应”的目标识别.强激光与粒子束.2003, 15 (7):6326345 Antoni R.Infrared detectors: an overview.Infrared Physics TechnologyJ.2002,43:6 Antoni R.Infrared detectors: status and trends.Progress in Quantum Electronics. 2003, 27: 59-2107吴小平.实用红外探测防盗报警装置.黔东南民族师专学报.J2000, 18 (3) : 29318罗家强.半导体光电探测器的发展及应用.世界电子元器件.2002, 7: 41 -429刘战存.多普勒和多普勒效应的起源.物理学史和物理学家，2003,32(7): 488-49110赵宏国.光电电路.电子工业出版社M，1992. 912林钧挺.中国红外产品指南.电子工业出版社，J1994. 113朱惜辰.红外探测器的进展.红外技术.1999,2I(6):12-15