主动式红外防盗报警器刘志敏徐州师范大学电气工程及自动化学院08电41班摘要：随着国民经济的增长，社会安全保障越来越受到人们的关注。电子防盗技术为此应运而生。本设计课题是主动式红外防盗报警系统，主要由红外线发射部分、红外线接收部分、功放及报警信号输出部分组成。当发射电路发射的红外线被物体遮挡时触发报警系统报警。由于红外线是一种不可见光，隐蔽性好，白天和夜晚都能使用，且其抗干扰能力强，所以广泛使用在防盗领域。采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和性能稳定的优点，有着广阔的市场前景。关键词：主动式，红外线，防盗报警中图分类号及文献标识码：TP212.14光传感器 ，TP212.9传感器的应用 anti-theft , and 08 41 ：With the of , are more and more . for this at the . This task is anti-theft alarm , by part, parts, power and alarm part. When ir is when the alarm alarm. Due to the is a not , fine grain, days and can use and its anti- , so used in . By using this to the alarm is cost cheap and , has wide of .Key words：, , anti-theft alarm目 录TOC \o 1-3 \h \u 1523 1 绪论 2 21281 1.1 课题研究意义 3 30851 1.2 课题研究的目的 3 1161 2 系统设计 4 17188 2.1系统设计依据和原则 4 6591 2.2总体方案设计 4 28504 3 硬件电路各部分电路设计 5 28735 3.1红外线发射电路 5 32426 3.2红外线接收电路 5 7543 3.3功放及报警信号输出电路 6 10901 3.3.1差分式放大电路 7 12187 3.3.2中间放大级 7 8345 3.3.3电压比较级 7 32221 4 系统性能分析 8 19323 5 扩展 8 2924 6 报警器误报及处理意见 8 23629 6.1故障引起的误报警及处理意见 8 32057 6.2环境噪扰引起的误报警及处理意见 8 20154 6.3施工不当引起的误报警 8 12445 7 总结 9 28208 参考文献 9绪论随着电子技术的不断进步，科技不仅仅给我们带来了一系列的方便快捷，也带来了许多的麻烦。

例如不法分子也利用科技犯罪，导致现在的犯罪智能化，隐蔽化。在享受科技的同时我们也要利用科技，与不法分子做斗争。防盗报警系统正是出于这个目的应运而生。防盗报警系统越来越广泛地应用于银行、交通、电力、酒店、超市等公共场合。课题研究意义红外线报警器分主动式和被动式两种[1]。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线[2]。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成[3]。发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。

通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成[4]。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。单光路由一个发射器和一个接收器组成。双光路由两对发射器和接收器组成[5]。两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。课题研究的目的随着科技的进步，电子产品的飞速发展，人们生活水平有了很大的提高，各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，人们对财产安全的保护显得尤为重要。然而一些不法分子也是越来越多，入室盗窃现象屡见不鲜，对此人们的防盗意识正在逐渐加强。

随着智能化发展的深入，智能大厦技术逐渐走向小区，在国家智能小区的大力推进下，现在很多小区都安装了智能报警系统，从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。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声先报警器……[6]防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统通常由:探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置[7]。

但是市场上的红外防盗报警器大多是为一些大型工厂，仓库，财政机构设计，价格昂贵，一般人难以接受，如果有一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将能够为更多的普通家庭用户所接受，从而减少财产的损失。本设计正是本着这一原则出发，设计一个价格低廉，性能稳定的主动式红外防盗报警器。系统设计2.1系统设计依据和原则防盗报警系统通常由:探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，是由电子和机械部件组成的装置 。1.报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。2.报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。3.报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。

报警探测器要求具有防拆动、防破坏功能。当报警探测器受到破坏、人为将其传输线短路或断路，以及非法试图打开其防护罩时，均应能产生报警信号输出；另外报警探测器还应具有一定的抗干扰措施，以防止各种误报现象的发生，例如：防宠物和小动物骚扰、抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。报警探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。合理选择报警探测器的探测灵敏度和采用不同的抗外界干扰的措施，可以提高报警探测器性能。采用不同的抗干扰措施，决定了报警探测器在不同环境下的使用性能。了解各种报警探测器的性能和特点，根据不同使用环境，合理配置不同的报警探测器是防盗报警系统的关键环节[7]。本研究课题为“主动式红外防盗报警器”。这是一种多功能防盗报警器，该设计的实物将有功能扩展性好，硬件配置先进等优点。此套报警系统对防范盗窃，有着重要的实用价值。该设计主要有以下几个特点：1.由于防盗报警主要针对普通用户，这就要求使用简单方便。2.具有一定的抗干扰能力，减少各种误报现象的发生。3.系统的灵敏度和可靠性很高。2.2总体方案设计本文设计的红外光电报警器是一种红外直射式主动报警器，它主要由发射、接收和报警等三部分组成，其方框图如图1所示。

D1 , D2分别为红外发射和接收二极管。整个的电路由以下图示几个部分构成。其中第一个模块的供电电压为5v，其余各个模块的供电电压均为正负15v，发射部分安装在一块电路板上，后面的接收部分在另一块电路板上，但功放和报警装置为独立一个模块电路板。下面介绍各个模块的工作原理。系统原理框图如图2-1所示。前置放大器滤波与功放报警装置方波发生器驱动级前置放大器滤波与功放报警装置方波发生器驱动级发射部分接收部分及放大部分图2-1 系统方框图Fig.2-1 硬件电路各部分电路设计3.1红外线发射电路如图3-1所示，发射电路由多谐振荡器、射级跟随器、红外发光二极管等三个单元组成，多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳状态，而且无需外来脉冲触发，电路能自动交替翻转，使两个暂稳态轮流出现，输出矩形波或方波。由于输出的矩形脉冲波含有丰富的谐波，故称它为多谐振荡器。在本系统中，多谐振荡器为系统提供一个稳定的方波信号，它由集成电路NE555,R,C等器件构成，。其振荡频率由R,C决定，周期T=0.69(R1+2R2 )×C。用示波器观测a点的波形及电压，应为方波，占空比为50％，其静态电压。

频率(1000 ±50 )Hz[8]。 图3-1中，R1=27K, R2== 2K, R3=24K, R4=2K, R5=5. 1K, R6=0. 5K, R7＝100Ω, C1=0.022uF, C2 = 0.01uF, C3 = 100uF，三极管及相关电阻组成射极跟随器，对方波信号进行电流放大，为红外发光二极管提供足够大的辐射能量。其工作电流应在30 mA-40 mA之间。发射管发射管图3-1 红外线发射电路图Fig.3-1 .2红外线接收电路主要由一个前置放大器组成，前置放大器由红外接收二极管D2、电阻及741集成电路组成如图3-2所示，前置放大器是一个反向比例放大电路，红外接收二极管将接收到的光信号转化为电信号，这个微弱的电信号U，经过电阻R1加到集成运放的反向输入端，反馈电阻R3，跨接在输出端与反向输入端之间，使电路处于闭环状态，它是反向输入运算电路的基本形式之一。由于输入端接收的是微弱的红外光信号，要求前置放大器要有很低的噪声系数，但在实际中，噪声不可避免，而系统中，这一级放大器性能的优劣直接影响到整个系统的品质。

所以尽管不同系统对放大器的技术指标的要求会各不相同，但对前置放大器的低噪声设计都必须是优先考虑的，该电路可满足此项要求。当有“光”照射时，红外接收二极管D2内阻减小，前置放大器有信号输入，集成电路741的6端有输出，输出电压[9]。图3-3中:R1=15K, R2=100K, R3=1K，R4=4.7K, R5＝1K, R6=1.3K, R7=50K, R8=500Ω,C1＝10uF,C2=0.1uF，C3 = 47uF，三极管及相关电阻组成射极跟随器，对方波信号进行电流放大，为红外发光二极管提供足够大的辐射能量。其工作电流应在30mA-40mA之间。接收管接收管图3-2 红外线接收电路图Fig.3-2 .3功放及报警信号输出电路功放及报警信号输出电路是一个合成的电路，这是一个利用LM324放大器组成的一个电路，里面集成了差分式放大电路，多级放大和电压比较器。差分式放大电路可以抑制电路中白噪声，保留有效信号，放大电路将电路中的有效信号放大，电压比较器的比较电压可以自己设置，用来调节报警的参考电压值，即报警灵敏度，防止无人时由于噪声报警或者有人通过时不报警，增强设备在不同条件下的可用性。

另外，本电路所采用输出的报警信号为方波，在可以扩展模拟电路的同时也可以扩展数字报警模块，例如把方波调节成为5V和0V时，就可以用单片机来扩展出更多的功能出来，完成一些智能的报警动作。如图3-3所示。图3-3 功放及报警信号输出原理图Fig.3-3 Power and alarm 下面对图3-3的电路逐步进行分析，分析这个电路各个方面的性能。对于本电路可以分为三个主要部分。3.3.1差分式放大电路第一部分为差分式放大电路，可以抑制电路中的共模信号，放大有用的前置放大传递过来的报警信号(差模信号)，根据电路中设置的参数，本试验中差分电路的差模信号放大倍数在3～4倍之间，共模信号的放大倍数趋近于0。3.3.2中间放大级第二级放大级是由中间的两个反向放大器构成，形成两级反向放大，其综合效果为同向放大，放大倍数可以通过改变两个反向放大器的的反馈电阻来实现，对于负反馈，放大倍数的表达式是所以中间级放大部分的总的放大倍数是3.3.3电压比较级第三个部分就是电压比较器部分，通过电压比较器，实现了两个作用：（1）去除了噪声信号对报警器的干扰，调节灵敏度。

电路中总是会存在着各种噪声信号，当外界的条件不同时，噪声信号的大小也是有所不同的，当噪声信号足够大的时候，就会被电路当作一种有效信号存在于电路里影响电路的报警，当设置一个比较电压后，把超过这个电压的部分当作是报警信号，输出一个有效的信号，即报警信号，把小于这个电压的信号认为是噪声信号，同时也不会使报警部分发出报警动作。（2）实现与数字器件的连接。因为这个报警器放大部分是用模拟电路完成的，处理的都是模拟信号，而实际的生活中的智能报警控制电路往往是用数字器件制作的，所以，当模拟信号通过电压比较器以后就变成了方波信号，然后通过一些方法对方波进行处理，使方波的高电压为5v，低电压为0v，就变成了数字芯片（例如单片机等）可以接收处理的标准数字信号，实现与数字器件的连接。由上面的分析可以知道一个微弱的报警信号经过这个功放电路的处理后，可以变成一个很容易处理和识别的大信号，从而实现了电路的报警信号输出功能。系统性能分析此课题设计的红外报警系统属于主动式红外防盗报警系统，由发射电路通过红外线发射管发射红外线，再由红外线接收管接收红外线。正常工作时，发射端发出的红外线能够被红外接收管接收，当有人进入检测区时，将红外发射端发出的红外线挡住，导致红外接收端不能接收到红外线，使得接收中断，使报警电路工作。

此为该红外防盗报警系统的主要实现过程。扩展同时，为了更好的增加这个电路的实用性，最后一级输出报警信号具有扩展功能，可以扩展到数字器件对输出信号进行处理，方法是把最后一级的LM324的供电电压变为＋5v和0v，那么方波就会变成5v高电平和0v低电平的数字信号波，可以传送给单片机或者其他数字器件来处理报警信号。报警器误报及处理意见6.1故障引起的误报警及处理意见产品在规定的条件下、规定的时间内，不能完成规定的功能，称为故障。故障的类型有损坏性故障和漂移性故障。 损坏性故障包括性能全部失效和突然失效。这类故障通常是由元器件的损坏或生产工艺不良(如虚焊等)造成。 漂移性故障是指元器件的参数和电源电压的漂移所造成的故障。例如：温度过高会导致电阻阻值的变化，此时设备表现为时好时坏。事实上，环境温度、元件制造工艺、设备制造工艺、使用时间、储存时间及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化，产生漂移性故障。 无论是损坏性故障还是漂移性故障都将使系统误报警，所以在设计系统时要做可靠性设计，如冗余设计、电磁兼容设计、三防设计（防潮、防盐雾、防霉菌）、漂移可靠性设计等。除此之外，在制作系统的时候对元器件的质量进行严格的筛选。

6.2环境噪扰引起的误报警及处理意见由于环境噪扰引起的误报警是指报警系统在正常工作状态下产生的，从原理上讲是不可避免的，而事实又是不需要的，属于误报警。例如：老鼠在防范区出没；宠物在居室内走动等。这种误报警是无法避免的，只有通过更新的技术减少这种误报警。6.3施工不当引起的误报警在设备器材安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面。例如：将被动红外入侵探测器对着空调、换气扇安装时，将会引起系统的误报警；室外用主动红外探测器如果不作适当的遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护)，势必会引起系统的误报警；报警线路与动力线、照明线等强电线路间距小于1.5m时，而未加防电磁干扰措施，系统亦将产生误报警……[10]减少此类误报警，要正确安装报警器的位置，避免与空调、换气扇在一起；在室外则需要遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护)；将报警线路与动力线分开布线，或者加防电磁干扰措施。