红外报警系统设计

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1.2 红外报警器的原理

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X围大。

3. 隐蔽性好，可流动安装。

1.3设计意义及要求

通过对红外线报警器系统的设计与分析，用集成运放LM324、红外传感器、二极管等器件设计电路，可监视几米到几十米X围内运动的人体，当有人在该X围走动时发出报警信号。并且运用multisim软件对电路进行仿真。

二、电路组成及框图

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2.1 电路组成及框图

红外线报警器可监视几米到几十米X围内移动的人体，当有人在该X围内走动时，发出报警。其电路的组成框图如图2-1所示。

图2-1 报警器电路的组成图

图2-2报警器电路图

1．电源：通过交流电经变压器的变压、桥式二极管的整流、电容的滤波、稳压器的稳

压得到5V的直流电压。

2．传感器：传感器主要是用来采集人体的红外线信号并将该信号转换成电信号的器件。

3．放大滤波：是由集成运算放大器LM324和电容构成对传感器的信号进行放大和滤波供下一级电路使用。

4．比较器：这里采用的是双限电压比较器，把电路中的基准电压U1和U2作为参考电压（U1>U2）与比较器输出的电压作比较控制指示电路指示是否有人进入的情况。

三、单元电路设计

3.1 电源电路设计

直流电源（DC power）有正、负两个电极，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流来为电路工作提供能量。在设计采用的是5V的芯片，所以电路设计为5V的电源。

3.1.1 整流滤波电路

1．整流电路

晶体二极管是由两种具有不同导电性能的n型半导体和p型半导体结合形成的pn结构成的，如图3-1（a）所示，pn结具有单向导电的特性，常用符号表示如图3-1（b）。

图3-1 二极管的pn结构及符号

图3-2 二极管的特性曲线

当pn 结加上正向电压（p区接正、n区接负）时，外电场使pn结的阻挡层变薄，形成比较大的电流，二极管的正向电阻很小；当pn结加上反向电压时，外电场使pn结的阻

挡层变厚，形成极小的反向电流，表现为反向电阻非常大。晶体二极管的正反向特性曲线如图3-2所示，即二极管具有单向导电性。

利用二极管的单向导电性，可将交流电变成脉冲直流电，其过程称为整流。如图3-3是桥式整流滤波电路，其整流过程如下：当交流电为正半周时，M点电压高于N点电压，D2、D4截止，而D2、D5导通，电流将从交流电源依次通过D2、RL、D5回到电源；当交流电为负半周时，N点电压高于M点电压，D2、D5截止，而D3、D4导通，电流将从交流电源依次通过D3、RL、D4回到电源。这样通过RL的电流方向是固定的，U A始终大于U B，且UAB 随交流电的起伏而波动。如果将RL两端接入示波器会观察到如图3-4的整流波形②。

整流电路是把交流电变成直流电的电路，电路是二极管的单向导电性由四个二极管构成桥式整流电路，如图3-3所示。

图3-3 桥式整流

图3-4 交流、整流及滤波波形

2．滤波电路

电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际

单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板，也是电容器的俗称。

在负载RL两端并接上电容值较大的电解电容，如图3-3所示，可将脉冲直流电过滤成较平稳的直流电，称为滤波。波形②将会变得较为平滑或成一条直线③。

滤波的基本原理：电容C两端的初始电压为0。接入交流电源U后，当U为正半周时，D2、D5导通，U通过D2、D5对电容充电；当U为负半周时，D3、D4导通，U通过D3、D4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的最大值Umax。此时二极管的电压始终小于或等于0，故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压恒为Umax。

综上所述，交流电通过整流、滤波可以变成直流电，这就是一般稳压电源的基本原理。

3.1.2 稳压电路

LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输入最同电压为30多伏，输出电压1.5--32V电流1.5A不过在用的时候要注意功耗问题注意散热问题。LM317有三个引脚，一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右)在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地。输入和输出引脚对地要接滤波电容。

图3-5 稳压电路图

典型线性调整率0.01%，典型负载调整率0.1%。80dB 纹波抑制比，输出短路保护，过流、过热保护，调整管安全工作区保护，标准三端晶体管封装。稳压电路的原理图如图3-5所示。当外部电容应用于任何集成电路稳压时，有时必须加保护二极管以防止电容在低电流点向稳压器放电，LM317的引脚如图3-6所示。

图3-6 LM317引脚

如图3-6所示1脚为调节脚、2脚为输出脚、3脚为输入脚，其中2脚与散热片的表面是连接的。

电源指示电路是由一个发光二极管构成，利用发光二极管的发光作用，指示电路的工作情况，当发光时说明电路正常工作，不发光时说明电路不工作，如果电路电流过大会把发光二极管烧毁这是就可以检查电源电路是否用开路或者短路的情况。电源指示电路如图3-5所示。

3.2 放大电路的设计

3.2.1 反相交流放大器

此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等,电路无需调试。