无线安全报警系统设计

　　摘要：文章使用热释电红外传感器，设计一种结构简单、工作稳定可靠、灵敏度高、控制范围大、隐蔽性好的智能防盗报警装置，并从基本器件结构、工作原理、功能、具体模块电路等方面对其进行详尽介绍。

　　1. 前言

　　随着经济的发展、人民生活水平的提高，安全防范成了构建社会治安防控体系、维护社会稳定、全面建设小康社会的重要内容，受到广泛的关注。针对这一系统人们研制了一系列自动报警系统，如有触摸式、红外线监测等自动报警系统。红外线是不可见光， 有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。本文将介绍利用热释电红外传感器实现智能防盗报警，并且这种装置不需要红外线或电磁波等发射源。灵敏度高、控制范围大、性能稳定、实用性大。

　　2. 主要器件结构及原理介绍

　　2.1 热释电红外传感器

　　图1是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。

　　2.2 BISS0001传感信号处理集成电路

　　BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BISS0001 的管脚和外观分别见图 2和图3所示。

　　图2 BISS0001管脚图

　　图3 BISS0001外观图

　　3. 系统各模块介绍

　　3.1 信号采集及信号处理模块

　　采集人体信号用热释电红外传感器。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(PIR)，它能将波长为8-12um之间的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，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射(反射)在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

　　利用红外传感器信号专用处理芯片BISS0001对采集到的信号进行初步处理。由于热释电红外传感器采集的信号成分复杂所以首先使该信号通过一个滤波器，滤掉无用的信号成分;另外热释电红外传感器输出的探测信号电压非常微弱，而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1～10Hz左右)，所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大;最后经由电压比较器构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管Q1和Q2放大去接通负载。所以BISS0001对热释电红外传感器输出的探测信号要做的处理工作流程如图4所示

　　图4

　　信号采集和信号处理模块的具体电路如图 5所示。

　　图5 信号采集和信号处理电路

　　3.2 稳定信号输出和报警模块

　　这个模块主要由单稳态多频振荡器HEF4538和报警电路KD9651组成。单稳态电路HEF4538的功能是输出一个脉宽大约10S的高电平信号。再利用这一脉宽信号作为报警电路KD9651的输入控制信号，来使电路产生10S的报警信号，最后用三极管Q1和Q2再一次对电信号进行放大，以便获得足够大的电流来驱动喇叭使其连续发出10S的报警声。具体电路如图6所示。

　　图6 信号输出和报警电路

　　4.结论

　　采用基于热释电红外传感器设计的监控报警系统结构简单、成本低、容易实现、可靠、组网灵活、家庭无需为传感器布线。电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现防盗报警功能，达到安全防护之目的。

　　参考文献：

　　[1] 卿太金.热释电人体红外线传感器原理与应用(上)[J].电子世界，1995，(10)

　　[2] 卿太金.热释电人体红外线传感器原理与应用(下)[J].电子世界，1995，(11)

　　[3] 裘有斌.基于ISD4004的家庭语音报警服务系统的设计[J].电子制作，2008，(2)

　　[4] 王化祥.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2006.