周志成

（鹽城技師學(xué)院電氣系，江蘇 鹽城 224002）

一種簡(jiǎn)單紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)

周志成

（鹽城技師學(xué)院電氣系，江蘇 鹽城 224002）

本文介紹了被動(dòng)式紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)、組成以及工作原理，在同類被動(dòng)傳感器基礎(chǔ)上有限的提高了其抗干擾性以及靈敏度，并將此被動(dòng)紅外傳感器有效的與報(bào)警電路結(jié)合起來(lái)，在這基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了紅外報(bào)警這個(gè)目標(biāo)。該報(bào)警器把紅外線的隱蔽性、抗干擾性和穩(wěn)定性應(yīng)用于報(bào)警器中，從而實(shí)現(xiàn)了防盜報(bào)警功能，達(dá)到了安全防護(hù)之目的。

被動(dòng)紅外線報(bào)傳感器；LM324；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

隨著人們對(duì)自己所處環(huán)境安全性的提出了更高的要求，尤其是家庭安全方面，不得不留意些不速之客，所以現(xiàn)在很多居民區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，大大提高了整個(gè)區(qū)的安全，保證了居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。被動(dòng)式紅外報(bào)警器價(jià)格也比較低廉，所以很適合現(xiàn)代人們的需要。它的特點(diǎn)是不需要用紅外線發(fā)射源、控制范圍大、隱蔽性好，而且具有比較好的抗干擾性。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)

本設(shè)計(jì)總體上所需要解決的主要任務(wù)是要把人體的紅外輻射能量能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用，用處理過(guò)的電壓信號(hào)觸發(fā)報(bào)警，轉(zhuǎn)化為使得人體五官可識(shí)別的信號(hào)。設(shè)計(jì)主要任務(wù)過(guò)程如圖1：

圖1 任務(wù)流程圖

由直流穩(wěn)壓電源提供整個(gè)設(shè)計(jì)電路中使用的能源，設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)就是紅外信號(hào)的接收轉(zhuǎn)化和處理，以及觸發(fā)信號(hào)的輸出并把信號(hào)利用在報(bào)警電路中，達(dá)到自動(dòng)生成報(bào)警這個(gè)設(shè)計(jì)目的。

2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 報(bào)警信號(hào)流程

利用被動(dòng)紅外傳感器把人體紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電路可以識(shí)別的電壓脈沖信號(hào)，并經(jīng)過(guò)過(guò)濾以及放大后，從而觸發(fā)電鈴響起，LED燈自動(dòng)亮起來(lái)達(dá)到報(bào)警目的，實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。

圖2 目標(biāo)流程

2.2 材料器件

從被動(dòng)紅外傳感元件轉(zhuǎn)化所得微弱電信號(hào)很微弱的，所以要利用通用四運(yùn)算放大器（LM324）來(lái)實(shí)現(xiàn)放大功能。LM324是采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此用于本設(shè)計(jì)中用到該芯片是非常適宜的。

2.3 被動(dòng)紅外傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

本設(shè)計(jì)最根本原理就是利用熱敏元件捕捉人體所發(fā)出紅外輻射能量，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、放大、比較，然后輸出電平信號(hào)來(lái)控制報(bào)警電路報(bào)警。

當(dāng)有人體輻射通過(guò)透鏡聚焦在探頭上時(shí)，將產(chǎn)生微弱的電信號(hào)。為了回避噪聲引發(fā)誤動(dòng)作在這里通過(guò)利用R1、R2、C1、C2來(lái)構(gòu)成的帶通濾波器來(lái)過(guò)濾掉無(wú)用的噪聲信息，在設(shè)計(jì)中該帶通濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。

前面一級(jí)是低頻信號(hào)放大，放大倍數(shù)大約在100倍，放大后的信號(hào)通過(guò)R5、C5再次選出0.1～10Hz的信號(hào)，最后送到下一級(jí)運(yùn)算放大器進(jìn)行再次放大，運(yùn)放的5、13腳是1/2VCC電壓腳，在靜態(tài)時(shí)，6腳的電壓也是1/2VCC，當(dāng)有信號(hào)后，6腳就會(huì)有一個(gè)在1/2VCC電壓附近上下擺動(dòng)的電壓值，這個(gè)電壓通過(guò)運(yùn)放進(jìn)一步放大后，輸入到后面的門(mén)限比較電路，該門(mén)限電路不管你輸入信號(hào)是在1/2VCC電壓上偏還是下偏，都將在超過(guò)門(mén)限值后在二極管VD1、VD2的負(fù)極輸出一個(gè)高電平信號(hào)。其中R10是可以調(diào)節(jié)的，不過(guò)在此設(shè)計(jì)用10千歐的電阻代替。其中C5 的左端是1.5V以下的，右端是1/2VCC，因?yàn)橐话愀袘?yīng)頭的輸出會(huì)低于1.5V。這就是電路的中的信號(hào)放大過(guò)程。

2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

報(bào)警電路自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)是以被動(dòng)紅外傳感器所發(fā)出的電壓脈沖信號(hào)為觸發(fā)源來(lái)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使得出發(fā)器從原先穩(wěn)態(tài)跳轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，由Q端發(fā)出一個(gè)連續(xù)高平電壓信號(hào)（此信號(hào)可以通過(guò)調(diào)整R跟C的值來(lái)得到設(shè)計(jì)所需要的時(shí)間），使得報(bào)警電路觸發(fā)導(dǎo)通，用三極管（9013NPN低頻放大）再一次對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大，以便有足夠大的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出報(bào)警以及LED亮起。

當(dāng)接通電源開(kāi)關(guān)SA后，交流220V電壓經(jīng)T1降壓，然后由VD1～VD4橋式整流、C1～ C3濾波后，由7805穩(wěn)壓為5V直流電壓。

2.5 被動(dòng)紅外報(bào)警器主電路

被動(dòng)紅外報(bào)警器由被動(dòng)紅外傳感器與報(bào)警電路共同構(gòu)成，此電路把被動(dòng)紅外傳感器的許多特性都包涵其中，為設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了可能，通過(guò)熱敏元件捕捉人體紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)帶通濾波器、放大電路、窗口比較器，把脈沖電壓信號(hào)作為觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)，利用觸發(fā)器控制報(bào)警電路。

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)中有限的完善了被動(dòng)紅外報(bào)警器的隱蔽性、抗干擾性，展示了設(shè)計(jì)后的被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)、性質(zhì)，為設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)通過(guò)被動(dòng)紅外傳感器、濾波器、運(yùn)算放大器以及單穩(wěn)態(tài)出發(fā)器解決了這些困難，雖然有很多需要改進(jìn)和完善的地方，但設(shè)計(jì)的目標(biāo)已經(jīng)基本達(dá)到。

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