基于热释电红外的安防系统设计.pdf

自动化技术与应用２０ｌ０年第２９卷第４期

ｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｍｅｎｔ

用户选择。测波段的中部区域，因此灵敏度较高。其内部将两个特
当有人进入房间时，传感器就会检测到人体辐射的征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，可
红外线信号，经过调理电路的放大和整形，送入ＣＰＵ，以抑制因自身温度变化而产生的干扰。引入的Ｎ沟道结
ＣＰＵ根据用户的设定工作方式进行判断，决定将启动哪型场效应管接成共漏形式来完成阻抗变换，将电荷信号
些电路。转为电压信号。如图２所示。在传感器前加装菲涅尔透
镜，当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就交替从
４系统设计“盲区”进人“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号
４．１系统各模块介绍以忽强忽弱的脉冲形式输入，有效的增大了探测范围【引。
如图ｌ所示，系统核心控制部分是单片机，外围分
别由信号检测部分，手动设定部分（键盘）、时钟计时部
分、显示和声光报警部分，以及出口封锁部分组成。Ｏ电源
Ｓ输出

Ｇ地

图２ＲＥ２００Ｂ内部结构［５］及菲涅尔透镜
示意图［６］
（２）带通滤波器
图１系统整体模块图
由于探测器输出的有用信号集中在０．１～１０ＨＺ范
围内，因此，需要设计滤波器截取该段频率范围内的脉
４．１．１单片机
冲信号，滤除带外噪声，以降低系统的误报率。本设计
单片机作为控制系统中经常使用的一种ＣＰＵ，具有
中，采用ＲＣ低通滤波器和高通滤波器组成０．１６～ｌ６Ｈｚ
价格低廉，编程简单，运行稳定等特点，因而具有广阔的
的一阶带通滤波器，电路设计如图３。其中，Ｒ。和Ｃ组
市场空间。本设计使用ＡＴ８９Ｓ５２，它负责采集来自检测
成低通滤波器，Ｃ和Ｒ组成高通滤波器。根据公式
单元的信号和从时钟芯片读取的时间，根据用户设定的
ｆ１
２ｚ￣Ｒ—Ｃ可得带通滤波器的上下限频率为ｆＬ０・１６Ｈｚ，
工作模式，进而启动相应的声光报警电路、出口封锁电—

路、计数电路和语音播放电路，同时完成显示模块的输ｆＨ＝１６Ｈｚ。
出控制。
４１．２信号检测部分
（１）核心检测器一一热释电红外传感器
据科学家研究，任何温度高于绝对零度（２７３℃）的
物体，总是不断的向外界辐射红外线，辐射能量的大小
与物体的温度和红外辐射的波长有关，且满足入ｍＸ

Ｔ＝ＸＫ３０００［引应用红外线原理的探测器一般

。
工作在２～２．６ｍ，３～５Ｉ＇ＥＩ，８～１４１３３三个波段。图３０．１６～１６Ｈｚ带通滤波器及差分放大电路
目前，红外探测越来越广泛的应用于通讯、军事、航天、
医疗等科学领域ｌ４】。（３）差分放大
本设计采用ＲＥ２００Ｂ，工作电压３ｌ０Ｖ，主要检测虽然经过上述带通滤波器可以抑制带外噪声，但传
８～１４ｍ的红外线信号，输出ｌｍＶ，０．１～１０Ｈｚ（根据感器输出的脉冲信号只有ｌｍＶ，在有用信号（差模信号）
人体移动的速度而定）的微弱类正弦波信号。人体由于里还不可避免的会夹杂比有用信号大得多的共模信号
体温的恒定性而辐射１０ｍ左右的红外线，刚好在检干扰，将有用信号淹没，若不把这些信号进一步剔除，直

ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＩ６３
《自动化技术与应用２０１０年第２９卷第４期仪仪表检测挝

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接放大后送给单片机判断，则差模信号被放大的同时，４』０时钟和键盘部分
共模干扰也被同步放大，无法加以区分。因此，需要先本设计采用美国ＤＡＬＬＡＳ公司的低功耗实时时钟
通过差分电路抑制共模信号、放大差模信号，保证后续芯片Ｄｓ１３０２提供当前时间，它可以对年、月、日、星
电路的正确检测。系统采用价格低廉的ＬＭ３２４组成，如期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，
图３虚线框所示。根据叠加定理不难得到，当Ｒ＝＝Ｒ，有主／备两路电源供电，可以实现掉电数据不丢失，它
Ｒ，＝Ｒ时，差分放大器的输出为：与单片机之问采用ＳＰＩ总线连接。
Ｖｏ＝鲁（（１）当用户选择工作模式后，系统在时钟芯片的协助
下，完成实时监控和报警功能。
４１。４显示和报警部分
上式中，Ｖｏ只与输入端的信号差值和有关，放
显示电路有两个功能：当应用于“场馆”工作模式
大倍数取决于的值，在本系统中，第一级放大２０倍。时，显示场馆内人员总数；当工作于其他模式时，显示当
（４）二级放大前时间，以判断是否到达下班时间，并决定是否启动防
第一级中主要是抑制共模信号，因此不可能有很大盗报警装置。本设计采用ＬＥＤ显示数字直观醒目，它与
的放大倍数，本系统中，放大器要完成从ｌｍＶ到４Ｖ信单片机之间通过驱动器７４ＬＳ２４５实现通信。
号的转换，需要放大４０００倍。在第一级中已经放大２０报警电路也有两个功能：当工作于“商场”模式，且

倍，本级需要放大２００倍，由的值决定。电路如图４。