热释电红外传感器在安防系统中的应用.doc

热释电红外传感器在安防系统中的应用
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引言

为了保障人们的财产安全，就必须有成本低、易安装、性能稳定的安保设备来实现。本文将介绍一种利用热释电红外传感器作为探测源，经过信号调理后送给CPU处理，在异常情况下发出声光报警信号，同时自动封锁出口的安防设备。系统有“自动”、“商场”、“场馆”和“家庭”四种工作模式供用户选择。当有人进入房间时，传感器就会检测到人体辐射的红外线信号，经过调理电路的放大和整形，送入CPU,CPU根据用户的设定工作方式进行判断，决定将启动哪些电路。

2系统设计

2.1系统各模块介绍

如图1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。

图1系统整体模块图

2.1.1单片机

单片机作为控制系统中经常使用的一种CPU,具有价格低廉，编程简单，运行稳定等特点，因而具有广阔的市场空间。本设计使用AT89S52,它负责采集来自检测单元的信号和从时钟芯片读取的时间，根据用户设定的工作模式，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出控制。

2.1.2信号检测部分

（1）核心检测器——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λm×T=μm×K≈3000。应用红外线原理的探测器一般工作在2～2.6μm,3～5μm,8～14μm三个波段。

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。

本设计采用RE200B,工作电压3-10V,主要检测8～14μm的红外线信号，输出1mV,0.1～10Hz（根据人体移动的速度而定）的微弱类正弦波信号。人体由于体温的恒定性而辐射10μm左右的红外线，刚好在检测波段的中部区域，因此灵敏度较高。其内部将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，可以抑制因自身温度变化而产生的干扰。引入的N沟道结型场效应管接成共漏形式来完成阻抗变换，将电荷信号转为电压信号。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“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，有效的增大了探测范围。

图2RE200B内部结构及菲涅尔透镜示意图

（2）带通滤波器

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冲信号，滤除带外噪声，以降低系统的误报率。本设计中，采用RC低通滤波器和高通滤波器组成0.16～16Hz的一阶带通滤波器，电路设计如图3。其中，R10和C3组成低通滤波器，C1和R11组成高通滤波器。根据公式12fpRC=可得带通滤波器的上下限频率为fL=0.16Hz,fH=16Hz。

图30.16～16Hz带通滤波器及差分放大电路

（3）差分放大

虽然经过上述带通滤波器可以抑制带外噪声，但传感器输出的脉冲信号只有1mV,在有用信号（差模信号）里还不可避免的会夹杂比有用信号大得多的共模信号干扰，将有用信号淹没，若不把这些信号进一步剔除，直接放大后送给单片机判断，则差模信号被放大的同时，共模干扰也被同步放大，无法加以区分。因此，需要先通过差分电路抑制共模信号、放大差模信号，保证后续电路的正确检测。系统采用价格低廉的LM324组成，如图3虚线框所示。根据叠加定理不难得到，当R1=R5,R2=R6时，差分放大器的输出为：

上式中，Vo只与输入端的信号差值和R2/R1有关，放大倍数取决于R2/R1的值，在本系统中，第一级放大20倍。

（4）二级放大

第一级中主要是抑制共模信号，因此不可能有很大的放大倍数，本系统中，放大器要完成从1mV到4V信号的转换，需要放大4000倍。在第一级中已经放大20倍，本级需要放大200倍，由R4/R3的值决定。电路如图4。

图4二级放大和阻抗变换电路

其中，第一级运放实现200倍放大，第二级是电压跟随器，以实现阻抗变换功能。

（5）门限比较

当人体从传感器前走过时，会随着与传感器的夹角不同而输出强弱变化的脉冲信号，因而，需要设定一个门限值，当信号大于门限值时，输出一个脉冲信号。系统采用双门限电路，如图5所示。上下门限分别设置为3.75V和1.25V。两个二极管可以实现稳定的输出。

图5门限比较器

2.1.3时钟和键盘部分

本设计采用美国DALLAS公司的低功耗实时时钟芯片DS1302提供当前时间，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能，有主/备两路电源供