红外线报警器毕业设计论文

毕业设计题目：红外线报警器

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厦门XXXXX学院

2013年12月20 日

目录

摘要

通过说明热释红外传感器的工作原理，介绍了一种被动型热释电红外报警器的结构原理和它的应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用在报警系统上，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。该报警器能探测人体发出的红外线，由热释电红外线传感器、BISS0001信号处理芯片和报警指示电路等组成。当有人进入报警器的监视范围内，就会发出报警信号。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：红外线报警器电子狗

第一章绪论

电路设计背景

随着社会的发展，科学技术的进步和安全防范意识的增强，人们越来越注重自身所处的环境是否安全。当家中无人或者仅有老人孩子在家时，必须考虑家庭成员生命和财产的绝对安全。目前，许多住宅小区的安防主要依靠安装防盗窗、防盗门以及人工防范。这样不仅有碍美观，不符合防火的要求，而且不能有效地防止坏人的侵入。报警器的应用类型非常多，但热释电红外线报警器是最广泛的，因为它的制作简单、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、总体来说就是性价比比较好。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，具有较高的应用价值

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，也即是本文将研究的产品。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，红外线声光报警器。

其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。

红外报警器分类及原理

红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在～微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。

被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器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。被动红外报警器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。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，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。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。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，于是报警器无信号输出。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，经信号处理而报警。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：

1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。

2. 灵敏度高、控制范围大。

3. 隐蔽性好，可流动安装。

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。双探测元热释电红外传感器的结构。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0．2～20μm。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干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。

第二章设计任务与要求

任务

1.对红外线报警器系统的设计与分析

2.绘制电路原理图和PCB印制电路板。

3.完成焊接。

4.进行调试电路、展示功能。

要求

1.红外线报警器的检测范围≥15米。

2.设置报警器的启动时间。

3.报警时有指示灯显示。

4.可监视几米到几十米范围内运动的人体，当有人在该范围走动时发出报警

信号。

第三章红外线报警器的工作原理

由红外线传感器、信号放大电路、电压较器、延时电路和音响报警电路等组成。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,就触发反警。当红外线传感器探测到人体辐射出来的红外线信号时，由传感器的2脚输出微弱的电信号，送入集成电路GC7780（图2）的14脚经运算放大器OP1做一级放大，然后由C15耦合给OP2进行第二级放大，再经双向鉴幅器（由电压比较器COP1和COP2构成）处理后，检出有效触发信号Vs去启动延时时间定时器。GC7780

的输出信号Vo经二极管D1送入音乐片，音乐片受触发后工作，其输出端输出内储“滴”声电信号再经过Q1和Q2放大后驱动蜂鸣器发出报警声。

红外线报警器框图

第四章电路原理图、PCB板的绘制

使用相关软件的介绍

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及

3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。启动图标如图1-1所示。

图1-1 启动图标

Protel 99SE的系统组成部分按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。

1．电路设计部分

（1）电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：在系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB 设计的自动化。

2．电路仿真与PLD部分

电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）、可编程逻辑设计系统（Advanced PLD

99）、高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）

Protel 99SE 的功能特点：

（1）开放式集成化的设计管理体系。

（2）超强功能的、修改与编辑功能。

（3）强大的设计自动化功能。

绘制原理图

1、发射板原理图的绘制

(1)启动Protel99SE，执行File/New/NewDesignDatabase，建立数据库文件并命名为“红外线报警器”。

(2)执行File/New/NewDocument/SchematicLibrary，建立原理图元件库文件并命名为“报警器”。

(3)将画原理图所用到的元件一一在元件库文件中绘制出来，再命名。

(4)执行File/New/NewDocument/SchematicDocument，建立原理图文件并命名为“报警器”。

(5)加载元件库“报警器”，并在此库中选择所需要的集成电路，以及其他元件。

(6)将所有的元器件排好进行连线。

Protel软件使用的常见问题

1、原理图常见错误：

(1)ERC报告管脚没有接入信号：

a.创建封装时给管脚定义了I/O属性；

b.创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上；

c.创建元件时pin方向反向，必须非pinname端连线。

(2)元件跑到图纸界外：没有在元件库图表纸中心创建元件。

(3)创建的工程文件网络表只能部分调PCB:生成netlist时没有选择为global。

(4)当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate.

2、PCB中常见错误：

(1)网络载入时报告NODE没有找到：

a.原理图中的元件使用了PCB有的封装；

b.原理图中的元件使用了PCB称不一致的封装；

c.原理图中的元件使用了PCB库中pinnumber不一致的封装。如三极管：sch

中pinnumber为e,b,c,而PCB中为1,2,3。

(2)加载网络表时显示错误封装没有找到，解决办法是到原理图中找到对应元器

件，双击并写入相应封装，然后从新生成网络表再加载。

第五章红外线报警器的制作过程

图2：红外线报警器印制电路板

清点元器件

检测各元器件

元器件的检测是个不可或缺的环节，这一环节的细节会影响到后面的焊接与调试。检测元器件，并不仅仅只是检测其好坏和规格大小是否与标注的吻合，更重要的是我们要安大小类型分类，这样会对接下来的焊接过程起到事半功倍的作用。个元器件的测量方法有所不同，主要用到的测量工具就是万用表。下面将介绍几种原件的测量方法：

1、电阻的测量

现在常用的电阻都是色环电阻，色环电阻的阻值是以色环的形式标注的，器读数方法也比较通俗易懂，一种颜色代表一个数值，每种颜色代表的数值如下表：

色环电阻通常有四环和五环，两种电阻的读数方法大致相同，四环电阻的阻值的表示法规则是第一道环表示第一位有效数，第二道环表示第二位有效数，第三道环表示倍乘数，第四道环表示允许的误差百分比。五环电阻的阻值的表示法规则

是第一，二，三道环分别表示第一，二，三位有效数字，第四道环表示倍乘数，第五道环表示允许的误差百分比。

通过以上方法可以很准确的读出色环电阻的阻值，然后将万用表打到欧姆档，测量出该电阻的实际阻值。如果测量结果与色环所表示得阻值在允许的误差范围内，则这个电阻是好的，否则，可得出此电阻已损坏。

2、二极管的检测。

二极管测量的方法是先把拨到“欧姆”档（通常用R×100或R×1K），然后用分别接到二极管的两个极上去。当表内的电源使二极管处于正向接法时，二极管导通，阻值较小（几十欧到几千欧的范围），这就告诉我们黑表笔接触的时二极管的正极；红表笔接触的时二极管的负极；当表内的电源使二极管处在反向接法时，二极管截止，阻值很大（一般为几百千欧），这就告诉我们黑表笔接触的是二极管的负极，红表笔接触的是二极管的正极。

在用欧姆挡的R×100档位和R×1K档位测量同一只二极管的正向电阻时，测得的阻值是不同的。这是由于R×100和R×1K两种量程所对应的等效内阻r 不同，在电源电压E不变时，流过表头的电流也不同的缘故。

如果的表笔接二极管两端正反接都不动说明二极管击穿了，如果正反接都是0欧姆说明二级管内部短路都是坏的。测二极管有阻值说明是好的。

焊接前准备

1、将某些元器件按照印制电路板中的焊盘间的距离大小进行90度折弯，为焊接做准备。

2、准备焊接工具：电烙铁，焊锡丝，镊子，尖嘴钳，偏口钳，螺丝刀，吸锡器等。

分清元件

1、分类：

找出所有元件并识别。

2、分型号：

用万用表测出各电阻的阻值，识别各瓷片电容、电解电容、二极管、三极管

等元器件的型号。

焊接要领

1、烙铁头应同时接触要相互连接的2个被焊件（如焊脚与焊盘），烙铁一般倾斜45度，应避免只与其中一个被焊件接触。原则上是被焊件升温达到焊料的熔化温度是立即送上焊锡丝。焊接一个锡点4秒最为合适，最大不超过8秒。

2、焊接注意事项

1、在焊接物品时,要看准焊接点，以免线路焊接不良引起的短路。

2、标准锡点：○1锡点成内弧形○2锡点要圆满、光滑、无针孔、无松香渍○3要有线脚，而且线脚的长要在之间。○4零件脚外形可见锡的流散性好。○5锡将整个上锡位及零件脚包围

焊接电路板

1、焊接电阻（共14只）：

将电阻装入电路板的对应位置，尽量使各电阻的高低一致，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

2、焊接瓷片电容（共5只）;

将瓷片电容装入电路板的对应位置，保证其引脚尽量短，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

3、焊接电解电容（共6只）：

将电解电容分清“+”与“-”装入电路板的对应位置，保证电解电容上的型号标记易看可见，并紧贴PCB板，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

4、焊接二极管（共2只）：

将二极管分清“阳极”与“阴极”装入电路板的对应位置，保证二极管上的型号标记易看可见，焊接时对最短引线的焊接时间不能超过2S，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

5、焊接三极管（共3只）：

将三极管分清“e引线”、“b引线”和“c引线”装入电路板的对应位置，将三极管装配时的高度适中即可，以避免三极管腿折断，并保证焊接时间尽可能短，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

6、焊接热敏电阻：

将热敏电阻装入电路板的对应位置，由于热敏电阻是易损元件，焊接时不允许将烙铁头直接接触热敏电阻器或靠的太近，以避免损坏热敏电阻器，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

7、焊接集成块GC7780：

将集成块小心装入电路板的对应位置，焊接时控制好烙铁，避免出现引线间连锡，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

8、焊接传感器：

将传感器罩上塑料罩后装入电路板的对应位置，焊接时管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm以上，焊完后将露在印制电路板表面多余的引脚齐根剪去。

9、焊接压电蜂鸣器：

将压电蜂鸣器中心的压电陶瓷片焊在正极，金属基板焊在负极。

10、焊接其他：

将2条跳线焊接到电路板对应位置，将2跟电源线的一侧焊接到电路板对应位置，剩下的焊接到电源接口处。

组装成品

将电路板装入外壳，使用胶棒将压电蜂鸣器焊粘到金属基板上，装入电池。

测试

将电子狗的探测窗口对准要探测的场所或物体（根据实际情况调整安装角度），打开电源开关，经过30秒左右的开机延时后，电子狗进入工作状态，当有人进入电子狗的探测范围，电子狗就会发出报警声，15秒钟左右结束，经过2秒钟左右的触发封锁时间后若又有人进入探测范围，它将再次报警。在报警的时候可以关闭电源结束报警。使用时报警声音变小或误报率较高时，应及时更换

电池。经测试，正常。

产品实物

实物图（一）

实物图（二）

产品说明

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,就触发反警。在温度异常的情况下，也会产生误报警的情况。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。

第六章总结

归纳

在本次毕业设计和写作论文过程中，我学到了很多的东西。从指导老师和同学中获得了很多我所没经历过的宝贵经验。一个多月的忙碌制作，毕业设计也终于是可以让我松了一口气，感谢在这个过程中帮助过我的老师和同学们，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。

现如今，盗窃分子日益猖獗，单单的锁具已无法阻挡这些“动手能力”强的人；锁具的不断更新，愈加复杂化，但是他们的技术也不断跟进，所以，我们必须采取一些必要的辅助条件来保护我们家庭以及财务的安全。因此红外线探测报警器应运而生。红外线探测报警器以它的简易性，赢得了诸多好评。“热能感应”：当房子空无一人时，开启报警器。有人进入房间时，报警器感应到有热度时，立即发出警报，提醒有非法进入者，也可在报警器上添加程序，让报警器在发出警报的同时也可以报警或者通知到用户的手机上，保障了财产的安全。个人觉得报

警器的安装位置的好坏与否会影响到它探测的性能，正确的安装方法上面有提到。

心得体会

经过一个多月的努力奋斗，毕业设计终于是圆满的完成收工了。这次毕业设计对我来说意义重大，在整个设计过程中面临着许许多多的困难，作品不断地失败，但我知道这些都是不可避免的，经过我的不断努力和同学的帮助，这些问题都得到了很好的解决，直到完成了这次的毕业设计。通过这次毕业设计，从绘制电路图到元器件的采购再到作品的制作、组装、调试使我快速的步入了电子设计的门槛。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁。有克服一切困难的勇气，勇于寻找问题的根源，一次次反复的实验，才能达到目的。要做好一个课程设计，最最关键的还是要自己真正的掌握技术与理论知识，加上熟练的操作技。

致谢

几个月以来，在老师的关心指导下，从最初感觉无从下手到方案论证，硬件电路的设计，我顺利完成了毕业设计，我收获颇丰。我非常感谢我的老师和帮助过我的同学们，我在这里对他们说一声谢谢，谢谢他们的关心和支持。

首先，我要特别感谢我的指导老师老师，是他给了我精心的指导，是他给了我无限的关心和照顾。老师治学严谨，一丝不苟，尽职尽责，这些都是值得我学习的地方。我不仅跟他学到了科学知识，而且学到了很多做人的道理。这些在我以后的学习生活和工作中，会给我极大的激励和帮助，在我遇到困难的时候，会为我扫清障碍，帮我克服困难。再一次感谢程老师，谢谢！

其次，我要感谢帮助过我的同学，在我完成课题的过程中，他们给我提供了不少帮助。

再次，我要感谢老师们，是他们给我提供了便利的条件，这次毕业设计得以顺利完成，再一次谢谢他们的帮助和支持。

毕业设计是一个艰苦的过程，同时也是一个学习的过程，通过它我涉足了许

多未知领域，极大拓宽了自己的知识面。这为以后踏上工作岗位更好的学习和工作打下了良好的基础。相信：我将会以优秀的工作成绩来回报老师、回报学校、回报社会。由于自身专业知识有限和时间的仓促，本论文难免会存在欠妥和错误之处，恳请阅读此论文的老师和同学能予以批评指正，感激万分。

参考文献

[1] 周良权，傅恩锡，李世馨.模拟电子技术基础（第3版）.北京：高等教育出版社，2005，6

[2] 张瑾，张伟，张立宝.电路设计与制板Protel99SE入门与提高.北京：人民邮电出版社，2007，7

[3] 张玉莲.电子CAD(Protel99SE)实训指导书.西安：西安电子科技大学出版社，2007，1

[4] 韩广兴，王春进，韩雪涛.电子产品装配技能上岗实训.北京：电子工业出版社，2008,6

[5] 孙津平.数字电子技术（第二版）.西安：西安电子科技大学出版社，2005，7

[6] 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编第1版.北京：北京理工大学出版社，2005，3

[7] 邹应全. 《51系列单片机原理与实验教程》. 西安：西安电科大， 2007

[8] 张庆双,《报警器、警示器应用电路集粹》.北京：机械工业出社，2005

[9] 黄继昌、乔苏文、张海贵等．实用报警电路[M]．北京：北京人民邮电出版社,2005

学生毕业设计指导记录表学院指导教师：