应用电子专业毕业设计人体红外线感应报警器...

咸阳职业技术学院电子信息系专科毕业论文

咸阳职业技术学院电子信息系毕业论文人体红外线感应报警电路分析

学生姓名：王丹丹

学号：080610123

专业：应用电子技术

年级：0801班

指导老师：张江红

内容摘要：

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,在防盗等

装置中应用较广。

科技发展至今，给我们的生活带来了极大的便利，尤其是计算机的出现给人们的生活带来了质的飞跃，可以说计算机的应用已经渗透

到了我们生活的各个方面，如今计算机视觉的研究如火如荼，而人体

动作包含了大量的信息，对人体动作的检测识别也已经成为当前的热

门方向之一，如果能够准确的识别人体的动作，这将有非常大的潜力

和广泛的应用空间，在安防，人机交互，智能家居系统、运动捕捉系

统等领域人体动作的检测识别有着非常大的应用前景，该报警器能探

测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即

可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合

防盗报警。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、警戒等装置中较广。

关键词：红外线；热释电效应；菲涅尔透镜

目录

内容摘要：.........................................................................................................................II 引言：..............................................................................................................................IV 第一章绪论. (6)

1.1设计概述 (6)

1.2设计背景 (6)

1.3设计要求 (6)

1.4设计意义 (7)

第二章系统方案设计与研究 (8)

2.1设计过程 (8)

2.2方案选定 (8)

第三章红外线传感器概述 (9)

3.1红外线传感器 (9)

3.2红外线传感器的特点 (9)

3.3主要特性 (9)

第四章LM358芯片 (10)

4.1LM358概述 (10)

4.2芯片特点 (10)

4.3电气特性 (10)

4.5典型电路 (11)

第五章LM393芯片 (12)

5.1LM393概述 (12)

5.2芯片特点 (12)

5.3电气特性 (12)

5.4典型电路 (13)

第六章电路设计 (13)

6.1红外线传感器 (13)

6.2信号放大电路 (14)

6.3电压比较器 (15)

6.4音响报警电路 (16)

6.5延时电路 (16)

6.512V电源电路 (17)

6.6红外线感应报警电路 (18)

第七章总结与展望 (19)

致谢 (21)

参考文献 (23)

附录1元件清单 (23)

附录2电路原理图 (25)

引言：

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以用于较大规模住宅区的防盗系统。它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接。利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。在科技日益发展的今天，防盗的概念已经发生根本的变化，传统的人防由于人的弱点(偷懒、打瞌睡、疏忽)及投资回报等问题，已渐由技防所取代。一个电子防盗系统可以包括移动探测器、门磁探测器、玻璃破碎探测器、振动探测器、烟雾探测器、紧急按键等各种探测器，从多个方面保护您的安全。在系统布防时，上述各种探头探测到任何异动，如有人进入房间，或打破玻璃，或撬门，或企图破坏保险箱，甚至翻越围墙等，都将会发出声光警报，提醒人们的注意与行动，从而有效地保护了人民的生命财产的安全。

本系统采用了热释电红外传感器，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、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。

第一章绪论

1.1设计概述

本设计是在指导老师给定课题的基础上经过分析利用红外线传感器探测人体辐

射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。

课题利用LM386功放、LM393比较强芯片，以及红外线传感器原理设计而成的典

型电路。总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探测发射

电路通过热释红外线探测报警器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、延时和

发射等环节，将人体的移动信号转为电信号，再利用幅度调制将信号发射出去；

而接收报警部分则是利用短波调幅收音机进行接收，从而达到无线报警的目的。

由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块

的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。

1.2设计背景

该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报

警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。随着时代

的不断进步，人们对自己所处的环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居

安全方面不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，

有效的保证了居民的人身和财产的安全。但是由于大部分报警系统采用的是有线

信道，这给系统安装、维护和抗干扰都带来了不利的一面。而采用无线信道的报

警系统，可以做到安装和维护变得更为方便，隐蔽性更好，不易被发现而被破坏，且抗干扰能力更强。由于红外线是不可见光，所以有很好的隐蔽性。因此红外无

线用在防盗报警系统中将使报警系统更隐蔽，更可靠，更安全。

1.3设计要求

1．熟悉电路的工作原理；

2．掌握该电路中元器件的识别方法；

3．掌握电路的调试方法；

4．熟悉电路简单的故障分析方法；

5．论文符合其格式、字数的基本要求，内容要求充实、作图严谨规范等。

1.4设计意义

通过红外声光报警器的设计，加深对报警电路的了解，学会一些红外声光的一些报警原理及应用。加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。

第二章系统方案设计与研究

2.1设计过程

整个电路设计可分为以下几个单元电路：红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等。

2.2方案选定

人体红外线感应报警器电路是由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。

第三章红外线传感器概述

3.1红外线传感器

红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检

测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受

到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输

出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、

砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。

3.2红外线传感器的特点

红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度，都能辐射红外线。红外线传感器测量

时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，响应快等优

点。红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医

学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感

器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾

病进行诊断治疗；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可

实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机

的过热情况等。

3.3主要特性

●高灵敏度：400°C/750°F或250°C/480°F

●红外光谱：1至3μm

●由自监测功能实现数字式控制

●无需光学调整

●使用维护方便

●专为钢铁工业恶劣的工作环境设计，光电子电路放置于重型外壳中

(IP66)

●设有空气吹扫装置和水冷却系统

●提供连接器和带有不锈钢辫型编织保护层的电缆

第四章LM358芯片

4.1LM358概述

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐

的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

4.2芯片特点

●内部频率补偿。

●直流电压增益高(约100dB)。

●单位增益频带宽(约1MHz)。

●电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)。

●低功耗电流，适合于电池供电。

●低输入偏流。

●低输入失调电压和失调电流。

●共模输入电压范围宽，包括接地。

●差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。

●输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)

4.3电气特性

●输入偏置电流45nA

●输入失调电流50nA

●输入失调电压2.9mV

●输入共模电压最大值VCC~1.5V

●共模抑制比80dB

●电源抑制比100dB

●8脚:电源VCC

●4脚:接地

●1、7脚：输出端

●3、5脚：同相输入端

●2、6脚：反相输入端

第五章LM393芯片

5.1LM393概述

LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393系列可直接与TTL 及CMOS逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便与MOS逻辑电路直接接口。

5.2芯片特点

●工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双

电源:±1～±18V；

●消耗电流小，Icc=0.8mA；

●输入失调电压小，VIO=±2mV；

●共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；

●输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；

●输出可以用开路集电极连接“或”门；

5.3电气特性

●8脚：电源＋

●4脚：电源－

●1脚：比较器A输出

●2脚：比较器A反相输入

●3脚：比较器A同向输入

●5脚：比较器B同向输入

●6脚：比较器B反相输入

●7脚：比较器B输出。

5.4典型电路

第六章电路设计

6.1红外线传感器

红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9－10um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以蜂鸣器发出响声。

6.2信号放大电路

C1

图1

信号放大电路如图1，VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。

6.3电压比较器

C5

图2

电压比较器如图2，IC2B和VD2等作电压比较器，IC2B的第⑤脚由R10、VD1提供基准电压，当IC2A①脚输出的信号电压到达IC2B的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC2B的⑦脚由原来的高电平变为低电平。

6.4音响报警电路

图3

如图3，IC4A LM393为报警延时电路，R14和C6组成延时电路，其时间约为1分钟。当IC2B 的⑦脚变为低电平时，C6通过VD2放电，此时IC4的②脚变

为低电平它与IC4的③脚基准电压进行比较，当它低于其基准电压时，IC4的①脚变为高电平，VT2导通，讯响器BL 通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC2B 的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD2截止。由于C6两端的电压不能突变，故通过R14向C6缓慢充电，当C6两端的电压高于其基准电压时，IC4的①脚才变为低电平，时间约为1分钟，即持续1分钟报警。

6.5延时电路

VT3

8050图4

如图4，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。

6.512V电源电路

由功率为12V5W的变压器，电桥等组成，为报警电路提供12V的电压源。

如图5

6.6红外线感应报警电路

图6

6.7红外线感应报警电路原理

该红外该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要的场合进行防盗报警。

该装置由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警

电路等组成。红外线探测传感器IC

1探测到前方人体辐射的红外线信号时，由IC

1

的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT

1等组成第一级放大电路放大，在经过C

2

输入到运算放大器IC

2中进行高增益，低噪声放大，此时由IC

2

①脚输出的电信号

已足够强。IC

3做电压比较器，它的第⑤脚由R

10

,VD

1

提供基准电压，当IC

2

①脚输

出的信号电压到达IC

3的⑥脚时，两个输入端的电压进行比较，此时IC

2

⑦脚由原

来的高电平变为低电平，IC

1为报警延时电路，R

11

和C

6

组成延时电路，其时间约

为1分钟。当IC

3得⑦脚变为低电平时，C

6

通过VD

2

放电，此时IC

1

的②脚变为低

电平，它与IC

3的③脚基准电压进行比较，当它低于基准电压时，IC

4

的①脚变为

高电平，VT

2导通，讯响器BL通电发出报警声。人体的红外线信号消失后，IC

3

的⑦脚又恢复高电平输出，此时VD

2截止，由于C

6

两端的电压不能突变，故通过

R 14向C

6

缓慢充电，当C

6

两端的电压高于基准电压时，IC

4

的①脚才变为低电平，

时间约为1分钟，即持续1分钟报警。

由VT

3、R

20

、C

8

组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止

使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停

电后又来电产生误报。

该装置采用9-12V直流电源供电，由T降压全桥20U整6流，C

10

滤波，检

测电路采用IC

5

78L06供电，本装置交直流两用，自动无间断转换。

第七章总结与展望

把论文结束的瞬间，心里面非常高兴，在写论文的期间，不会的或模糊不清的拿着书本翻阅资料，不懂的会追根究底，虽然没有那么多的时间将问

题深思熟虑，考的不周全，学习的感觉很棒，吸收知识很充实。

经过这段时间的打理，毕业设计总归完成了。我喜欢设计，这是我三年大学

生活对我作出的努力的体现。就这样，我是积极地去做我的毕业设计。

本设计中所阐述的仅仅是一种简易的红外线感应报警器电路设计。我是一个

追求创新的人，大学里我一半的学习成果来自于课堂，另一半来自于我的课

外阅读，我喜欢阅读，在学校里，单片机，Photoshop,Protel电路分析等，

总结下来，我自学的只是一点皮毛，肤浅的东西。本来还兴奋的思考着，工

作两年以后再好好学习一下其他的东西，现在觉得有点天方夜谭了，上班后

时间都是很很宝贵的，仅有的一点时间估计都用来补充睡眠了，呵呵，下面

还是谈谈设计吧。

总之，不论工作还是学习，都要理论联系实际，运用相关的理论知识，实践是检测理论的最好办法，通过对电路原理的介绍和探究，得出其制作方

案与实践应用原理，并重点研究了其相关的核心技术和应用理论。相信，在

现实生活中该理论一定能得到很好的应用和更为广阔的发展。

一开始做毕业设计时那才叫新鲜啊，所以我很积极，课题刚一下来，我兴奋的，去网上搜了一篇，结果太复杂了还有就是觉得毕业设计这辈子也就一次，下载别人的自己什么都没有学到，所以我就自己写，我完成了第一篇自己的论文，唉，可惜，含金量太低，太老套，没有创新的观点，所以我选择放弃这一个版本，之后我便开始追求我所谓的创新毕业设计，也就是在课题的基础上发挥一下，呵呵。还有，就是之前觉得吧，毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，只要有点专业基础就会很简单，但现在才发现毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高，同时学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，而自己需要学习的东西还有很多。

在毕业设计过程中，我也上网查阅了许多资料，掌握了科技文献的检索方法，大大提高了自己获得新知识，新信息的能力。我也深深的体会到，实践必须在充分理解电路原理的基础上，才能做到目标明确，操作准确。反过来，分析调试过中的得失，能加深对理论的理解。我也将许多遗忘的知识又给温习了。

通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

本课题在选题及研究过程中得到张江红老师的悉心指导和同学们的热心帮助。张老师为我指点迷津，帮助我开拓思路使我可以顺利完成设计。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！