热释电人体感应红外报警器设计制作报告
1 绪论
随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。
2 设计任务分析
1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键设定、报警等。
2.本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示电路及软件组成。
3.系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，红外热释电模块送出TTL 电平至STC89C52单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。
3技术方案的详细设计
3.1本系统的设计方案
3.1.1系统概述
1.系统设计简介
本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。
为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两
个灵敏元件反相连接，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，从而达到了探测移动人体的目的。
该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采集、按键控制、报警等模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示灯组成。3.2硬件电路设计
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：红外感应部分、STC89C52单片机、报警系统三大部分。电路总原理图如图3-1所示：
图3-1 总体设计框图
处理器采用51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，送出TTL 电平至STC89C52单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。
3.2.1红外感应部分
3.2.1.1 电源模块
本系统电压为4.5v左右，直接接3个1.5V的直流干电池提供电源，然后用导线连
接电源接口模块。
3.2.1.2 热释电传感器
热释电红外传感器(简称PIR)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、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由
滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器，本传感器是整个系统的关键，只有本传感器才能感应到人体红外线。如图3-2所示。
图3-2热释感应传感器
3.2.1.3 菲涅耳透镜
菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。如图3-3所示为菲涅耳透镜模型图。
图3-3 菲涅耳透镜
3.2.1.4 BISS0001芯片简介
BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图3-4所示为BISS000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表1所示。
图3-4 BISS0001内部框图
表1：管脚说明图
由图可见BISS0001 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(≈0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc＞VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。而可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo 为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。
3.2.1.5 信号采集处理模块
图3-5信号处理模块
图3-6实物图
本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs 发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。
3.3单片机部分
3.3.1 STC89C52单片机简介
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片
机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码
烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。
3.3.2 单片机最小系统
要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3-7所示。
图3-7信号处理模块
单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。
STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。
复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。
时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us。
3.3.3按键控制电路
本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 30秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图3-8所示。
图3-8按键部分
3.3.4指示灯和报警电路
在单片机的I/O 里会输出高低电平,在P20、P21和P22分别接上LED指示灯而P23接上蜂鸣器而蜂鸣器外接个8550的三极管起到开关作用，当三极管达到饱和状态下就驱动了蜂鸣器工作了。
图3-9指示灯和报警电路
3.4软件的程序实现
3.4.1主程序工作流程图
按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图所示：
图3-10主程序工作流程图
3.5 报警判断程序
来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，持续报警,然后程序开始循环工作，
/******************红外报警处理**********************/
void hongwai_dis()
{
if(flag_alarm == 1) //报警
{
red = ~red; //红灯报警
beep = ~beep; //蜂鸣器报警
}
if(flag_bufang_en == 1) //准备开始布防
{
green = ~green; //绿灯闪
}
if(flag_bufang == 1) //确认布防
{
green = 0; //如果延时布防成功绿灯长亮
if(hw == 1) //红外有输出
{
flag_alarm = 1;
}
}
}
3.6 程序编写与调试
3.6.1 Keil编译器软件简介
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数
和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。
图15 C51工具包整体结构图
Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，如图3.1所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for DOS的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。
3.6.2 使用Keil软件建立一个工程
Keil是目前进行51单片机开发最常用的编译软件。关于Keil的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用Easy 51DP-2开发板。对于Keil更详细的介绍，可以参考一些专门书籍资料。在Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。一个工程里可以有一个或多个*.c文件和*.h文件，但只可以有一个main()函数。一般的做法是将包含main()函数的C文件加入到工程中，其他文件以#include头文件的形式加到这个C文件里。这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。
打开Keil软件后，出现（图16）所示界面。当然，如果Keil在上次关闭时有打开的工程，再一次打开时它会自动加载上一次的工程文件。
图16 Keil软件主界面
首先点击Project->New Project…（Project->Open Project…为打开一个已经存在
的工程），如图17所示。
图17 Keil软件打开新工程界面
点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图18所
示）界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号：Atmel STC89C52（或者是AT89S52，
视开发板上具体型号而定），单击“确定”。
图18 选择电路板上所用的单片机型号
设置完成后，软件会提示“是否将8051上电初始化程序添加入工程？”如图19所示，这个一般选择“否”。（关于STARTUP.A51的相关内容可查阅相应资料）
图19 是否将8051上电初始化程序添加入工程
这样，就建立了一个空的51工程。
接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。点击，或者File->New，便建立了一个空的文本框。现在，就可以开始在里面输入你的代码了。
保存时注意：如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c，如果是用汇编写的程序，则将文本存成*.asm。
到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。但现在还不能开始编译。因为还没有将程序代码添加到工程里面去。
下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图20所示，在左边Project Workspace里的Source Group 1上右击，选择Add Files to Group ’Source Group 1’。在打开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的扩展名。这样，程序就添加进了这个工程。
图20 添加文件到工程中
下一步，就开始编译刚输入进去的代码。点击工具栏中的按钮。接着，Keil会打出下面的提示：
Build target 'Target 1'
assembling led.asm...
linking...
Program Size: data=8.0 xdata=0 code=100
"first" - 0 Error(s), 0 Warning(s).
其中“"first" - 0 Error(s), 0 Warning(s).”说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：单击，或者在Project Workspace里Target 1上右击，选择“Options for Target ‘Target 1’”。出现如图21所示对话框，选择“Output”按图示，将箭头所指的多选框勾上，点“确定”。现在再点击重新编译，系统提示：“creating hex file from "first"...”。便会在
工程所在文件夹里生成HEX文件。
图21 生成HEX文件
3.6.3 使用Debug进行调试
Keil有很强大的调试功能，可以显示C程序的反汇编代码、可以计算代码运行的时间、可以显示程序中某一变量的值……能用好这个调试工具对编写单片机程序会有很大的帮助。同样的，在这里，只对Debug进行简单应用介绍，更详细的使用方法可以参看相关书籍资料。
图22 调试前设置窗口
首先，单击，弹出如图22所示对话框，在Target页面上设置对应的晶振频率。其他不用作修改。设置完成后，单击，进入调试界面（如图23所示）。
图23 Keil调试界面
点击中对应的工具按钮则可以开始调试。
“Disassembly Window”
另外，
“View”下的三个工具在调试中会经常用到如.图24所示，
显示C文件的反汇编程序；“Watch & Call Stack Window”可以显示程序中某一变量的值；“Memory Window”可以显示内存中某一地址的值。
图24 三个常用的调试工具
3.7 硬件调试及调试中遇到的问题
第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。
第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。
第三步为加电检查。当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。
第四步是联机检查。
在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力
总结评价
本设计研究了一种基于单片机技术的热释电智能防盗报警器。该防盗报警器通过以STC89C52单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。
到目前为止我的课程设计也即将告一段落了，在这次的课程设计中，自己也学习到了很多以前没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。
致谢
在本次课程设计中，我得到了指导老师老师的热心指导。帮助解决课程设计中遇到的许多问题。还不断向我传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向，使我在课程过程中少走很多弯路。同时，他还提供给我们专门的各种设备及场所，使我在调试过程中能够有充足的时间。在这里非常感谢陈老师的指导和帮助，并致以诚挚的谢意！
同时，身边的同学给了我许多的帮助。在此，我向身边关心我的同学致以诚挚的谢意！另外，系里的领导和老师也给了我们必要的指导，我也向系和年级的领导们表示衷心的感谢！最后感谢学院对我这几年的培养。
参考文献
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附件一：总体原理图设计
HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。 ?7m范围内 100度锥角即可检测到！ : ?功能特点 1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。 4、两种触发方式：（可跳线选择） a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；
b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。 5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5S封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。 6、工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V。 7、微功耗:静态电流<50微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。 8、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。 : ?使用说明 1.感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出 0-3次，一分钟后进入待机状态。 2.应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。 3.感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。
热释电人体感应红外报警器设计制作报告 1 绪论 随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。 2 设计任务分析 1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键设定、报警等。 2.本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示电路及软件组成。 3.系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，红外热释电模块送出TTL 电平至STC89C52单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。 3技术方案的详细设计 3.1本系统的设计方案 3.1.1系统概述 1.系统设计简介 本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理和用户操作。
年代末期出现的一种新型传感器件。现在，已得到越热释电人体红外线传感器是上世纪80一些书刊只简要介绍了被动式热释电人体红外线传感器的基本应用。来越广泛的应用。目前，本文就主动式和被动式两方面的基本应用原理作一大致介绍。 一、热释电人体红外线传感器的基本结构和原理 ，德国产的SD02PH5324、目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的公司的CERAMICP2288，日本NIPPON LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部RS02DSCA02-1、分可以彼此互换使用。 由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部（以下简称：传感器）热释电人体红外线传感器为它们的顶视图，其中较大的1a的外形图。图P2288分组成。图1为、SD02、SCA02-1为1b1mm。图矩形部分为滤光窗，两个虚线框矩形为敏感单元，面积约2x1mm2 ，间距的数据，，其中参数为SCA02-11c为底视图；它们的监视、探测角度如图1a、侧视图；图d 其它两种的参数大致相同。 1.敏感单元 SD02对不同的传感器来说，敏感单元的制造材料有所不同。其内部结构见图1a及图2如，。制成。这些材料再做成很薄的薄片，每一由LiTaO3 P2288的敏感单元由锆钛酸铅制成；、P12片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容，如图中的。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，而它们形成的等效小电容能自身产生极化，P2但这两个电容的极性是相反串联负电荷。极化的结果是，在电容的两端产生极性相反的正、的。这正是传感器的独特设计之处，因而使得它具有独特的抗干扰性。 P1、P2当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，由于自身产生极化，在电容的两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，而这两个电容的极性是相反串联的，所以，正、负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。 当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到P1、P2上的红外线光能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消。传感器仍然没有信号输出。同理，在灯光或阳光下，因阳光移动的速度非常缓慢，P1、P2上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，且在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低（一般为0.1~10Hz），即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄（一般为5~15um），因此，传感器对它们不敏感。 当环境温度变化而引起传感器本身的温度发生变化时，因P1、P2做在同一硅晶片上的，它所产生的极性相反、能量相等的光电流在回路中仍然相互抵消，传感器无输出。 从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外传感所以，而这种变化对人体而言就是移动。线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感， 它可以抗可见光和大部分器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；红外线的干扰。 2.滤光窗 ，滤光窗能有效地滤除2中的M它是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，如图，
热释电红外线传感器的工作原理 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、自动览测等。 （1）热释电红外线传感器应用电路图如下： 主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。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10~20米范围内人的行动。 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，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
热释电红外传感器模块原理与使用 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。 热释电传感需内部结构 J企福diy科孝據宪孝习网 热释电原理： 热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象，并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时，热释晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。
人体温36?37度，会发出10um 左右的红外线,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。 传感器模块感应范围 输出引脚图 热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。 不加菲涅尔 透镜时，该传感器的探测半径可能不足 2m 配上菲涅尔透镜则可达10m 甚至更 远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的， 安装在传感器的前面。透镜的水平方 向上分成三部分，每一部分在竖直方向上又分成若干不同的区域， 所以菲涅尔透 镜实际是一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见 区和盲区。每个透镜单元只有一个很小的视场角， 视场角内为可见区，之外为盲 区。而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当 人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场， 又走出这一视 场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到， 一会又看不到，再过一会儿又看到， 然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个 又一个相应的信号。输出信号的频率大约为 0.1~10Hz ，这一频率范围由菲涅尔 透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。 安装使用注意事项: 1、应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产 生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。 2、感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（ A 元B 元）位于较长 方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时 ，红外光谱到达双元的时间、距 离有差值，差值热释电传感蒔爍块
自动控制 文章编号:1009-9441(2007)10-0016-02 热释电红外传感器及其报警电路□□程素平 (山西建筑职业技术学院,山西太原 030006) 摘 要:概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。关键词:热释电红外传感器;被动式红外报警电路;菲涅尔透镜中图分类号:TP732.2;X924 文献标识码:B 引言 随着社会的进步,人们对家居生活安全性的要求也越来越高,各种防盗探测器应运而生。由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外,随着半导体技术和新型材料的发展,热释电红外探测器的防误报能力、控制范围与可靠性都有了很大程度的提高,可以满足多数环境下的使用要求,因此,在防盗、报警、安全、自动控制等方面,热释电红外传感器比其他类型的传感器应用更为广泛。 1 热释电红外探测器的分析 1.1 红外辐射概述 在自然界中,任何高于绝对温度(-273℃)的物体都能够产生红外光谱,红外光的波长范围在0.76～1000μm,红外光谱学中将1～15μm称为近红外波段;15～50μm为中红外波段;50～1000μm 为远红外波段。温度不同的物体,其释放的红外光的波长就不同,因此,红外光的波长与物体温度的高低是相关的。由于红外辐射与物质相互作用时产生了热效应,能将肉眼看不见的红外辐射转变为可测量的物理量,依据这一原理,可做成红外辐射探测器。 1.2 热释电红外探测器的结构 热释电红外传感器的结构如图1所示,通常由热释电晶体、氧化膜、滤光镜片、结型场效应管FET 和电阻等部分组成。热释电晶体一般采用PZT或其他压电晶体材料,将敏感材料PZT的上、下表面做成电极,并在其上表面上加1层黑色氧化膜,以提高转换效率。在管壳顶端装有滤光镜片,它可以阻止不需要的红外线或其他光线进入传感器。防盗报警系统中的热释电传感器采用的滤光片厚度为8～14μm,而人体辐射的红外线波长在10μm左右,因此,该传感器能敏锐地探测到是否有人进入了禁区。由于热释电传感器的输出阻抗极高,而输出电信号微弱,故在其内部装设场效应管(FET)及偏置电阻,以进行信号放大及阻抗匹配 。 图1 热释电传感器的结构 1.3 热释电红外探测器的工作原理 热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象,并且随温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器上时,热释电晶体温度不变,晶体对外呈电中性,探测器没有电信号输出,因而恒定的红外辐射不能被检测到。当交变的红外线照射到晶体表面时,晶体温度迅速变化,这时才发生电荷的变化,从而形成一个明显的外电场,这种现象称为热释电效应。由于热释电晶体输出的是电荷信号,不能直接使用,需要用电阻将其转换为电压形式,该电阻阻抗高达104MΩ,故引入N沟道结型场效应管接成共漏形式(即源极跟随器)来完成阻抗变换。 报警电路中通常采用双探测元热释电红外传感器,其结构示意图如图2所示。该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联,用来防止其他红外光引起传感器误动作。另外,当环境温度改变时,两个晶体的参数会同时发生变化,这样可以相互抵消,避免出现检测误差。该传感器使用时,D端接电源正极,G端接电源负极,S端为信号输出。
热释红外传感器实验 学院：计信专业：自动化 姜木北 【实验目的】 1. 理解热释红外传感器的工作原理； 2. 掌握热释红外传感器的使用方法。 【实验设备】 1. 装有IAR 开发工具的PC机一台； 2. 下载器一个； 3. 物联网多网技术综合教学开发设计平台一套。 【实验原理】 1. 热释红外传感器简介 普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为10μm左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。如图 1.127所示： 为了增强敏感性并降低白光干扰，通常在探头的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光透镜，菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场视场越多，控制越严密。传感器的光谱范围为1～10μm，中心为6μm，均处于红外波段是 由装在TO－5型金属外壳的硅窗的光学特性所决定。 热释电红外传感器不但适用于防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的高压电及X射线、γ射线工业无损检测。本实验所使用的热释电传感器输出信号为高低电平，当检测到人时输出高电平，否则输出低电平。 【电路连接】 热释电（人体红外）传感器和CC2530节点电路连接如图 1.128所示：
热释电红外传感器简介 被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。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P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，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或电流形式输出。 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，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。 当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射
能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，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的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。 2 热释电红外传感器电路图 热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。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。 图2-3为热释电红外传感器的内部电路框图。
课程设计说明书（2010/2011学年第二学期） 课程名称：单片机原理 题目：红外热释电报警系统设计 专业班级： 学生： 学号： 指导教师： 设计周数： 2周 设计成绩： 2011年 6 月 15日
目录 一课题概述 (2) 二设计目的 (2) 三设计正文 3．1 系统分析 (3) 3．2 设计方案 (3) 3．3 硬件模块设计 3．3．1．热释电传感器 (8) 3．3．2．电平转换电路 (9) 3．3．3．数码管显示电路 (10) 3．3．4．功放电路 (10) 3．3．5．串口电路 (11) 3．4软件设计 3．4．1程序设计思想 (12) 3．4．2重要程序设计 (13) 四课程设计总结 (17)
一、课题概述 目前，随着科技的不断进步，电子技术的快速发展，人们的生活水平得到了很大的改善，、手机、空调等高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律。但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。这就为监控设备在居家安全、政府文件等领域的研究提供了必要的前提，当然，纯粹用于自然环境所带来的一些必要的监控处理方面的设计也是很广泛的。如何进行安全监控成了一个热点。 本学期我们学习了单片机原理及应用这门课程。在此基础之上我们又开展了关于单片机的课程设计，我们小组设计的是基于单片机控制的红外热释电报警系统。基于对课题的理解，本次设计要求我们完成一个基于单片机控制的红外热释电报警的完整系统，即当有人闯入时，热释电便会采集到红外信号，并对信号进行放大，然后通过调理电路，有LED亮对信号输入进行提示并将其转化为适合单片机处理的低电平；通过单片机的处理，判断当某一路有信号输入时，相应的LED数码管会显示房间号同时启动报警器，以实现报警的效果。二、设计目的 理论学习固然重要，但仅仅止于纸上谈兵是没有意义的，只有实践才是检验真理的唯一标准。因此为了进一步深入地学习单片机技术，将实践动手能力与课堂上学习的理论知识有机的结合起来，从而开展了此次单片机的课程设计。 我们小组设计的课题为基于单片机控制的红外热释电报警系统。这从硬件和软件两个方面锻炼了我们的实际动手能力和编程能力，目的是为了考查： 1．能够读懂并分析技术资料 2．巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决实际应用的能力 3．了解红外热释电传感器的组成及其工作原理 4．如何将采集到的信号送入单片机处理 5．定时程序、延时程序、显示程序、功放、循环、串口程序的编写 6．学会设计热释电红外报警系统的电路 7．学会课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、容及步骤。
热释电红外防盗报警器设计方案 1. 设计背景 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到了很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。 就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，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。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。 2.设计方案 2.1方案比较 方案一：由红外传感器、电源电路、放大电路、ADC数模转换电路、AT89S52单片机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。输入的红外信号由数模转换电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。 方案二：由热释电红外传感器接收电路、放大电路、复位电路、中断电路、电源电路、报警电路构成。当热释电红外传感器检测的人体辐射的红外线后，由放大电路将信号放大后的低电平电信号输入单片机后，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。 方案三：由红外传感器、电源电路、放大电路、BIS0001处理电路、AT89S52单片机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。输入的红外信号由数模转换电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。 综合比较方案二比较可行。
1 概述 随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客?现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全?由于红外线是不可见光,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?此外,在电子防盗?人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉?技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎? 目前国内使用的各类防盗?保安报警器基本都是以超声波?主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础?而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器?这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物?热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制?接近开关?遥测等领域?用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比,具有如下特点: ●不需要用红外线或电磁波等发射源? ●灵敏度高?控制范围大? ●隐蔽性好,可流动安装?
2 热释电红外传感器的原理特性 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器?不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂?硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化?为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上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,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出?热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换?由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ,故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换?热释电红外传感器由传感探测元?干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成?设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片,并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元?由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正?负极性的? 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? 制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0.2~2 0μm?为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度,该传感器在窗口上加装了一块
成绩： 课程设计与实训报告书 所属课程名称电子技术课程设计及实训 项目类型自动控制和检测电路 题目热释电人体红外线检测电路 分院机电学院 专业、班级测控技术与仪器 B1003 学号 0614100332 学生姓名郑飞 指导教师于洪泽 20 年月日
目录 1 课程设计任务书---------------------------------- 1 2 项目类型设计 ----------------------------------------- 2 1.目前市场概况 --------------------------------------- 2 2.该电路设计的用途及实际应用情况---------------------- 2 3.该电路设计旨在解决的关键问题------------------------ 3 3原理设计----------------------------------------------- 4 1.电路图 --------------------------------------------- 4 2. 原理分析 ------------------------------------------ 4 3.主要元器件功能介绍---------------------------------- 5 4.估算安装调试检测点的电位---------------------------- 6 5. 所需元器件清单 ------------------------------------ 7 4布线设计----------------------------------------------- 8 1.布线设计见附录1 ------------------------------------ 8 2.实图如下 ------------------------------------------- 8 5安装调试及结果分析------------------------------------- 9 6总结--------------------------------------------------- 9 7 参考文献 -------------------------------------------- 9
热释电红外报警实验 一、实验目的 了解热释电红外传感器的工作原理及热释电效应，了解热释电红外报警器的的电路设计方法和调试，掌握热释电红外传感器的使用。 二、实验原理 1、热释电效应原理 当已极化的热电晶体薄片受到辐射热时候，薄片温度升高，极化强度P s下降，表面电荷减少，相当于“释放”一部分电荷，所以起名叫热释电。释放的电荷通过一系列的放大，转化成输出电压。如果继续照射，晶体薄片的温度升高到Tc（居里温度）值时，自发极化突然消失。不再释放电荷，输出信号为零，热释电效应原理如图1-11所示。 因此，热释电探测器只能探测交流的斩波式的辐射（红外光辐射要有变化量）。当面积为A的热释电晶体受到调制加热，而使其温度T发生微小变化时，就有热释电电流。
i = AP学,A为面积，P为热电体材料热释电系数，巴是温度 dt dt 的变化率。 2、热释电红外报警实验原理 热释电红外报警电路，由传感器、检测放大电路、比较输出电路、驱动延时电路、继电器等组成，实验原理图如图1-12所示。 传感器及放大滤波部分：D为电压输入端，允许输入电 压1-15V。S为信号输出端，与后级电路连接。G为接地端。 因其输出形式为电压信号且非常微弱，故需要进行阻抗变换和信号放大。R2作为热释电传感器的负载，通过C2耦合到 前级放大器A1，A1的增益为27倍，且由C4, R6组成了滤波网络对采集信号进行放大滤波。同理A2组成一个低通反 馈放大器，增益150倍。经此两极放大滤波后信号被放大到4000倍以上。其中R1，C1为退耦电路，R3，R5为偏置电路。A 1输出后的信号经C 5耦合到后级放大器A2 , A2在静态输出时约为4.5V。 C3, C9为退耦电容。 比较输出部分：A3组成比较电路，当无报警信号输入时，其反向端电压大于同向端电压，比较器输出负电压，不能驱动后级电路产生报警信号，当有人入侵，有报警信号产生，比较器翻转输出正电压，驱动后级电路报警。调节RP 可使比较器同向端电压在 2.5-4V之间变化，从而起到调节灵 敏度的作用。
1.人体热释电红外传感器PIR原理详解 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 被动式热释电红外探头的工作原理及特性： 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 (1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10μm 左右的红外辐射必须非常敏感。 (2)为了仅仅对红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 (3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 (4)一旦人侵入探测区域，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 (5)菲涅尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 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： ◆容易受各种热源、光源干扰 ◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 ◆易受射频辐射的干扰。 ◆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。 抗干扰性能： 1.防小动物干扰 探测器安装在推荐地使用高度，对探测围地面上地小动物，一般不产生报警。 2.抗电磁干扰 探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 3.抗灯光干扰 探测器在正常灵敏度的围，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。 红外线热释电传感器的安装要求： 红外线热释电人体传感器只能安装在室，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系，正确的安装应满足下列条件： 1.红外线热释电传感器应离地面 2.0-2.2米。 2.红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3.红外线热释电传感器探测围不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
齐齐哈尔大学 综合实践（论文） 题目基于51单片机的家庭热释红外防盗报警系统 学院通信与电子工程学院 专业班级电子121班 学生姓名车贵平 学生学号2012131076 指导教师题原
随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的提高，人们对住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、安逸的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们也越来越渴望有一个安全的空间。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，即时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。本文着重阐述热释红外防盗报警器的设计过程，了解防盗报警器的实际情况，最后提出了一些现阶段防盗报警器应用发展可采用的策略和应用前景。 关键词：传感器单片机防盗报警器
摘要 0 第1章绪论 (1) 1.1概述 (1) 1.2研究的目的与意义 (1) 1.3研究现状 (3) 第2章硬件介绍 (4) 2.1系统功能的要求 (4) 2.2总体的设计方案 (4) 2.3系统的传感器技术及单片机技术 (5) 第3章报警器硬件设计 (11) 3.1蜂鸣器电路 (11) 3.2电热释红外探测器电路设计 (11) 3.3清单及实物图 (12) 第4章报警器软件设计 (15) 4.1程序语言的分类 (15) 4.2单片机汇编语言程序设计的基本步骤 (15) 4.3汇编语言程序设计方法 (16) 总结 (17) 致谢 (17) 参考文献 (18) 附录1 电路原理图 (19) 附录2 源程序 (20)
人体热释电红外线传感器的原理和应用 热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测，广泛地用于防盗报警。本文就热释电人体红外线传感器的基 本原理及应用作以大致介绍： 一、热释电人体红外线传感器的基本结构和原理 热释电红外(PIR)传感器，亦称为热红外传感器，是一种能检测人体发射的红外线 的新型高灵敏度红外探测元件。热释电传感器实物图如图所示。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。将输出的电压信号加以 放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警等。目前市场上常见 的热释电人体红外线传感器主要有上海赛拉公司的SD02、PH5324，德国Perkinelmer 公 司的LHi954、LHi958，美国Hamastsu公司的P2288，日本Nippon Ceramic公司的 SCA02-1、RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和特性参数大致相同， 大部分可以彼此互换使用。 热释电红外线传感器由探测元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成，如图下图所示。对不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同。如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。将这些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。传感器中两个电容是极性相反串联的。 当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电容两端产生极性 相反、电量相等的正、负电荷，所以，正负电荷相互抵消，回路中无电流， 传感器无输出。 当人体静止在传感器的检测区域内时，照射到两个电容上的红外线光 能能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵 消，传感器仍然没有信号输出。 当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个电容上的红外线能量 不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。 滤光窗是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，能够有效地滤除7.0~14um波长以外的红外线。人体的正常体温为36~37.5℃，即309~310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为9.65um，正好落在滤光窗的响应波长的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于探测元输出的是电荷信号，不能直接使用，因而需要将其转换为电压形式。场效应管输入阻抗高达104MΩ，接成共漏极形式来完成阻抗变换。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。 对于移动速度非常缓慢的物体，如阳光，两个电容上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低(一般为0.1~10Hz)，即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄(一般为5~15um)，因此，传感器对它们不敏感，因而无输出。 被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成，其结构框图如图2所示。图中，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，从而加强其能量幅度。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。
【设计题目】热释电红外报警电路 【设计要求】 1、设计一热释电红外报警电路实现下述功能，当人靠近热释电红外传感器时电路开始报警并且人离开后电路依然延时报警一段时间，实现报警功能。 2、对设计的报警电路实现仿真与实际电路的制作。 【设计过程】 1.【设计方案及论证】 热释电红外传感器的原理特性： 热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器，能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出?由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。热释电红外传感器由传感探测元?干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成?热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制?接近开关?遥测等领域?用它制作的防盗报警器具有如下特点: ●不需要用红外线或电磁波等发射源? ●灵敏度高?控制范围大? ●隐蔽性好,可流动安装? 图1. 热释电红外传感器的结构示意图 方案一：将热释电红外传感器输出信号经过LM358集成运放进行一级放大，并把输出信号输入窗口比较器进行比较，比较器中通过加电阻用作参考电压。再次输出高低电平信号作为555定时器组成的脉冲单稳电路的触发信号。再通过这一信号控制报警电路，实现报警和延时功能。
方案二：利用热释电红外传感器专用处理芯片BISS0001制作，它是由运算放大器、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，只需加少量外围电路就能实现对热释电传感器输出信号进行放大比较以及延时处理，能方便的控制后续报警电路实现报警功能。 热释电传感器部分 热释电传感器 专用处理芯片 声光报 警部分图2. 方案二的原理框图 比较方案一、二我们不难发现方案二中电路简单但是其中所用芯片BISS0001目前我们无法进行电路仿真因此不符合电路设计要求。综合考虑以上二种方案我们选择了方案一。方案电路图如下： 图3.设计方案电路图 2.【元器件选择及其参数计算】 3. 2.1元器件选择： 2.1.1电源部分： 由于本系统仅需5V直流电源所以我们选择实验室常用的三端稳压芯片7805制作5V直流电源。 2.1.2传感器部分： 传感器部分我们采用目前实验室常见的D203S热释电传感器，该类传感器输出信号峰值大于3500mv。