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热释电红外探测器报警与成像原理的分析研究通过对热释电红外探测器的性能分析，说明热释电红外探测器应用报警原理与成像机理；对热释电红外探测器结构及光（热）电转换原理分析，说明斩波式热释电红外成像的工作过程。
标签：热释电；斩波；DTGS；灵敏度；分辨率1 热释电红外探测器的性能分析在某些绝缘物质中，当温度变化时，介质的固有电极化强度将发生变化，使屏蔽电荷失去平衡，多余的屏蔽电荷被释放出来的现象称为热释电效应。
能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称热电元件。
热电元件常用的单晶材料有钽酸锂LiTaO3、氘化的硫酸三甘肽DTGS等。
当温度变化时，晶体结构中的正、负电荷重心产生相对位移，晶体极化值就会发生变化，在晶体表面就会产生电荷。
在热电元件两端并联上电阻，将电流信号转换成电压信号，将该电压信号进行放大、滤波、延迟、比较，即可实现红外报警功能；若将该电压信号处理放大在显示器上变成光信号，可实现成像功能。
热释电红外探测器由传感探测元、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。
其内部的热电元由高热电系数的硫酸三甘钛（TGS）配合滤光镜片窗口组成，其极化强度随温度梯度的变化而变化。
2 热释电红外报警器的结构原理热释电红外报警器又称被动式红外报警器，主要由光学系统（菲涅尔透镜）、热释电红外探测器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。
菲涅尔透镜可以将入侵目标辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外探测器是报警器设计中的核心器件，它可以把入侵目标的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用。
信号处理主要是把探测器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，最后由驱动电路实现声光报警功能。
在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收被测物体能量或能量变化来完成探测目的。
热释电人体红外报警器的常用芯片的基本知识热释电人体红外报警器是一种广泛应用于家庭、商业、办公等领域的安全防范设备。
它可以通过采集人体的红外热量，来确定人体的存在，并发出警报。
其中，常用芯片是热释电传感器（Pyroelectric Sensor）和控制芯片（Control Chip）。
一、热释电传感器热释电传感器是热释电人体红外报警器的核心部件。
它是一种利用热释电效应制成的微型传感器，具有灵敏度高、可靠性好、功耗低等特点。
其工作原理是通过检测物体的红外辐射，将热量转换成电信号输出，在红外辐射强度变化时能够产生电荷，从而有效地提高探测器的灵敏度。
目前，热释电传感器已广泛应用到各种安防领域中。
二、控制芯片控制芯片是热释电人体红外报警器的另一个核心部件，它主要负责控制热释电传感器的输出信号，并处理传感器采集的数据。
常用的控制芯片有两类，一类是数字控制芯片（Digital Control Chip），另一类是模拟控制芯片（Analog Control Chip）。
数字控制芯片适用于高速数字信号处理，而模拟控制芯片适用于需要高精度信号处理的场合。
三、常见问题及解决方案在使用热释电人体红外报警器时，常见的问题有多种。
以下是其中的几个解决方案：（一）、误报问题误报问题是热释电人体红外报警器常见的问题之一。
误报的原因可能是传感器所处环境温度变化大或者某种因素导致的误报。
一般来说，可以通过调节热释电传感器的灵敏度，来解决误报问题。
（二）、漏报问题漏报问题是另一个常见的问题。
漏报的原因可能是传感器使用寿命老化，或者传感器所处环境温度变化较小。
为了解决漏报问题，可以定期更换传感器或增加热释电传感器的数量。
（三）、传感器定位问题传感器定位问题是一个极为重要的问题。
如果传感器安装位置不对，就可能会导致传感器无法正常工作。
在选择传感器安装位置时，应该注意避免在阳光直射或通风不良的地方，以及避免与其他电子设备干扰。
总之，热释电人体红外报警器可以有效地提高家庭、商业、办公等领域的安全防范能力。
电子技术课程设计成绩评定表设计课题：热释电红外报警器学院名称：电气工程学院专业班级：电气F1206 学生姓名：学号：指导教师：高云婷、徐振方设计地点：31-521设计时间：2014-7-7～2014-7-14电子技术课程设计课程设计名称：热释电红外报警器专业班级：电气F1206班学生姓名：学号：指导教师：高云婷、徐振方课程设计地点：31-521课程设计时间：2014-7-7～2014-7-14电子技术课程设计任务书目录热释电红外报警器 (6)1、设计题目及要求 (6)1.1、题目 (6)1.2、设计要求 (6)1.2.1、热释电红外报警器具有以下功能： (6)1.3、给定条件： (6)2、设计方案 (7)2.1设计方案分析论述 (7)2.2方框图 (7)3、电路设计 (8)3.1菲涅尔透镜 (8)3.1.1作用 (8)3.1.2原理 (8)3.2热释电感应模块 (9)3.2.1传感器简介 (9)3.2.2传感器结构图： (9)3.3 BISS0001红外传感信号处理器 (10)2.3.1简介 (10)2.3.2管脚图 (10)3.3.4热释电红外传感器的主要工作参数： (11)3.3.5系统电路图： (12)3.3.6工作原理 (13)3.3.7 BISS0001特点 (15)3.4报警器电路设计 (16)4、整机电路图 (17)5、制作与调试 (18)5.1制作： (18)5.2调试 (18)6、心得体会 (18)7、参考文献 (19)热释电红外报警器1、设计题目及要求1.1、题目热释电红外报警器1.2、设计要求1.2.1、热释电红外报警器具有以下功能：1.具备昼夜功能（白天有人进入报警区，该仪器也不报警，2.上有人进入报警区立即启动蜂鸣器，进入报警状态）；3.感应距离小于3m；4.报警时间从20s~10min可调；5.电压采用220V~240V AC 50/60HZ。
1.3、给定条件：1.采用红外线感应探头，结合热释电感应模块BISS0001。
热释电红外感应报警器摘要：现代科技快速进步，社会飞速发展，高科技技术已经在人民生活中普及，使人们生活有了很大进步。
人们也越来越重视自己财产的安全性，同时人身安全也是很重要的一方面。
所以现在为了我们的人身安全和财产安全，防盗报警器广泛的用于家庭之中。
本文设计了利用热释电红外传感器进行监控，当检测到活动的人体时可以报警的报警器。
热释电红外传感器，它的制作简易、原理易懂、成本便宜、便于安装，而且抵抗干扰的性能优良，反应快速。
硬件部分使用单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等器件。
软件部分采用51系列单片机STC89C52。
关键词：热释电红外传感器;单片机STC89C52;红外线目录1 设计背景 (1)2 设计任务分析 (1)3.系统概述 (1)4 本系统的设计方案 (1)4.1 硬件电路设计 (1)4.1.1 电源模块 (2)4.1.2 红外热释电模块 (2)4.1.2.1 热释电传感器 (2)4.1.2.2 菲涅耳透镜 (2)4.1.2.3 BISS0001 芯片 (3)4.1.2.4 信号采集处理模块 (4)4.1.3 51 单片机模块 (4)4.1.3.1 单片机 STC89C52 (4)4.1.3.2 单片机最小系统 (4)4.1.4 按键控制电路 (5)4.1.5 报警模块 (5)4.1.6 发光二极管状态指示模块 (6)4.2 总体原理图设计 (6)4.3 软件的程序实现 (7)4.3.1 主程序工作流程图 (7)4.3.2 报警判断程序 (7)4.3.3 程序的编写 (8)4.4 硬件调试及调试中遇到的问题 (8)5 总结评价 (8)参考文献 (9)附件一：实物图 (11)附件二：程序源代码 (12)1 设计背景改革开放以来，中国的国民收入飞速提高，生活质量节节攀升。
人们的家中购置了许多价值不菲的东西，防盗就成为了一个不可忽视的问题。
许多家庭的防盗措施只停留在锁上，防盗意识并不十分强。
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。
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NipponCeramic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，大图1 热释电传感器实物图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1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、能图2 双探测元热释电红外传感器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。
智能热释电红外报警器【摘要】电子防盗系统成为人们生活中不可或缺的一部分，本文详细介绍了一款以热释电红外元件为传感器、单片机为控制核心、通过GSM模块发送短信的防盗报警器。
【关键词】单片机;热释电红外传感器;短信随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们越来越注重自身所处的环境是否安全，当无人在家时，必须考虑家中财产的安全。
本文介绍一种红外热释电报警器，它制作简单，抗干扰能力强。
由于其采集不可见光，用其做防盗报警器，具有良好的隐蔽性，若有人员入侵，报警器即可发送报警信息给主人，安全性更好。
1.热释电效应及热释电模块工作电路1.1热释电效应简述红外线具有很强的热效应，当红外线照射到一些晶体上时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种晶体由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出波长为10um左右的红外线，热释电红外传感器就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
热释电红外传感器内部包含两个互相串联或者并联的热释电元，而且两个电极化方向正好相反，一旦人侵入热释电探测区域，人体所辐射出的红外线被热释电元接收，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，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。
1.2菲涅尔透镜为了提高探测器的探测灵敏度同时增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射到热释电红外传感器上，不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，当配上菲涅尔透镜时，传感器的探测半径可达到10米。
第二个作用是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”，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。
电子技术课程设计成绩评定表设计课题：热释电红外报警器学院名称：电气工程学院专业班级：电气F1206 学生姓名：学号：指导教师：高云婷、徐振方设计地点：31-521设计时间：2014-7-7～2014-7-14电子技术课程设计课程设计名称：热释电红外报警器专业班级：电气F1206班学生姓名：学号：指导教师：高云婷、徐振方课程设计地点：31-521课程设计时间：2014-7-7～2014-7-14电子技术课程设计任务书目录热释电红外报警器 (6)1、设计题目及要求 (6)1.1、题目 (6)1.2、设计要求 (6)1.2.1、热释电红外报警器具有以下功能： (6)1.3、给定条件： (6)2、设计方案 (7)2.1设计方案分析论述 (7)2.2方框图 (7)3、电路设计 (8)3.1菲涅尔透镜 (8)3.1.1作用 (8)3.1.2原理 (8)3.2热释电感应模块 (9)3.2.1传感器简介 (9)3.2.2传感器结构图： (9)3.3 BISS0001红外传感信号处理器 (10)2.3.1简介 (10)2.3.2管脚图 (10)3.3.4热释电红外传感器的主要工作参数： (11)3.3.5系统电路图： (12)3.3.6工作原理 (13)3.3.7 BISS0001特点 (15)3.4报警器电路设计 (16)4、整机电路图 (17)5、制作与调试 (18)5.1制作： (18)5.2调试 (18)6、心得体会 (18)7、参考文献 (19)热释电红外报警器1、设计题目及要求1.1、题目热释电红外报警器1.2、设计要求1.2.1、热释电红外报警器具有以下功能：1.具备昼夜功能（白天有人进入报警区，该仪器也不报警，2.上有人进入报警区立即启动蜂鸣器，进入报警状态）；3.感应距离小于3m；4.报警时间从20s~10min可调；5.电压采用220V~240V AC 50/60HZ。
1.3、给定条件：1.采用红外线感应探头，结合热释电感应模块BISS0001。
2.可以采用菲尼尔透镜来增加感应的距离。
2、设计方案2.1设计方案分析论述红外线通过菲涅尔透镜到达红外探测器，把红外信号转化为电信号。
这时，热释电红外探测器将输出脉冲信号经整流电路将信号放大和滤波后，由电压比较器与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报。
此系统主要用到BISS0001集成芯片完成放大延时以及比较的功能。
2.2方框图图表1方框图3、电路设计3.1菲涅尔透镜3.1.1作用菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域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。
3.1.2原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。
它也有类似于透镜的第六组成像公式fr1110=+ρ，式中ρ为光源到波带的距离，0r为透镜中心到像点的距离λmRf2=（R透镜半径、m为波带数、λ为入射光波长）。
但波带片与透镜有个重要的区别，即一个波带片有很多焦点，上式给出的是它的主焦点，除此之外，还有一系列的次焦点，它们的距离分别是...7、5、3fff。
在其对称位置（即...7、5、3、ffff----）还存在着一系列虚焦点3.2热释电感应模块3.2.1传感器简介热释电红外传感器的一种被动式调制型温度敏感器，也称热探测型传感器。
可用来直接接受目标物体发射的红外线并将其转化为电信号输出，并不需要红外发射传感器。
热释电红外传感器反应速度快、灵敏度高、使用方便，尤其是可以进行非接触式测量。
主要应用在各类入侵警报、自动开关、非接触式测温、火焰报警、设备故障的诊断的自动化设施。
具有以下特点：1.不需要用红外线或者电磁波等发射源2.灵敏度高、控制范围大3.隐蔽性好，可流动安装3.2.2传感器结构图：热释电红外传感器的结构如图2.2.2所示，其内部由敏感原件、场效应管、高阻电阻、滤光片等组成，并向壳内冲入氮气封装起来。
图表2内部结构3.3 BISS0001红外传感信号处理器2.3.1简介BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。
2.3.2管脚图3.3.3管脚说明3.3.4热释电红外传感器的主要工作参数：3.3.5系统电路图：图表3信号处理电路图表4BISS0001 红外传感线号处理器的原理框图3.3.6工作原理BISS0001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。
以下图所示的不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。
不可重复触发工作方式下的波形。
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(≈0.2VDD)时，COP3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递；而当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。
以上图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。
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。
3.3.7 BISS0001特点1.CMOS工艺2.数模混合3.具有独立的高输入阻抗运算放大器4.内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰5.内设延迟时间定时器和封锁时间定时器6.采用16脚DIP封装3.4报警器电路设计图表5报警器电路4、整机电路图图表6 BISS0001的热释电红外开关应用电路图上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2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T1放大驱动继电器去接通负载。
上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。
当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。
SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。
图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。
输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。
5、制作与调试5.1制作：二极管，三极管，电阻，电容及三端集成稳压器78L05,红外传感信号处理器BISS0001和蜂鸣器，根据原理图进行布局和插元器件，经过焊接和按照原理图将一些器件进行串联和并联。
5.2调试因为此红外报警器备昼夜功能，即：白天有人进入报警区，该仪器也不报警，晚上有人进入报警区立即启动蜂鸣器，进入报警状态。
当遮住光敏电阻用手在热释电红外传感器附近晃动时，我们可以听到蜂鸣器发出声音，并且指示灯亮。
当手移开或静止不动时，蜂鸣器不发出声音，指示灯也不亮。
6、心得体会通过此次热释电红外报警器课题设计，锻炼了自己的实践和动手19能力， 并且通过学习此芯片,可以大概了解单片机的发展及其工作方法，了解汇编语言，掌握一定的BISS0001单片机知以及用指令编程方法和技巧。
能用BISS0001单片机指令编制出一些实用的小程序。
另一方面可以了解BISS0001的运算放大器、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特点7、参考文献[1] 康华光．电子技术基础（模拟部分）（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2004[2] 阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．北京：高等教育出版社，2006[3] 陈光明.电子技术书课程设计与综合实训[M]．北京航空航天出版社. 2007读书的好处1、行万里路，读万卷书。
2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷，下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。
——达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。
——颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。
8、读书要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。
10、一日无书，百事荒废。
——陈寿11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生，一日不写手生。
13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。
——高尔基14、书到用时方恨少、事非经过不知难。
——陆游15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。
——笛卡儿17、学习永远不晚。
——高尔基18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。
——刘向19、学而不思则惘，思而不学则殆。
——孔子20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。
——培根1。
