红外探测防盗报警系统设计毕业设计开题报告解析.doc

毕业设计开题报告

学 生 姓 名：

学 号：

学 院、系：
信息与通信工程学院电气工程系
专 业：
自动化
设 计 题 目：
红外探测防盗报警系统设计

指导教师:

系主任：

2011 年 3 月 21日
毕 业 设 计 开 题 报 告
1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：
文 献 综 述
1、研究的目的和意义
如今社会日新月异，科技作为重要的力量正改变着我们的日常生活。尤其是人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，特别是在家居安全方面。在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化[1]，手段更加隐蔽。所以采用以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统，这将发挥最大的监控防护功能作用[2]。由此衍生出了智能小区，小区中安装有大量的红外探测器为核心部件的报警装置[3]。
由于红外线是不可见光，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。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，红外探测由于价格低廉、技术性能稳定，更是受到很多专业人士的欢迎[4]。
红外线防盗报警器是当前使用比较普遍的报警器之一，它以其灵敏度高、价格实惠，受到了广大用户的欢迎。但是使用每一种红外传感器都有其不足之处，如抗干扰能力弱、误报漏报现象严重等，可靠性不够高。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器，但这几种比较常见的报警器都存在这一缺点[[5、6]。
2、红外探测国内外的发展现状和发展趋势
1800年英国物理学家F.W赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。开始了人类历史上红外技术的研究，从此红外技术的发展应用不断走向成熟。
红外线的波长在0.76-100um之间，按波长可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，他在电磁波连续频谱中的位置处于无线电波与可见光之间的区域。
红外技术最初的发展应用是红外光谱仪，随着红外探测材料技术的发展应用，红外技术目前已广泛应用于环境监测、分子类型和结构判定、石油勘探与分析、质量检测、交通运输、安全报警、医疗保健等一系列领域。其方法和原理日益成熟，各类红外器件层出不穷，仪器的精度也不断地提高。虽然早在19世纪就有了红外探测器，而且在第一次世界大战期间红外探测器以用于军事目的，但只是到了第二次世界大战期间有了PBS探测器以后，红外探测技术才受到了人们广泛的重视并得到了迅速的发展。新的探测器材料不断被研制出来，探测器材料的响应波段很快就覆盖了1-3um，3-5um和8-10um三个大气窗口，与此同时，探测器材料质量的不断改善使探测器的性能也不断得到提高，促进了红外技术的全面发展。
我国在1953年初就开始研制PBS红外探测器材料。经过多年发展，研制的探测器材料和探测器品种不断增加，研究速度不断加快，逐步接近国外先进的研究水平[15]。
由众多厂家最近几年推出的新产品不难发现，被动式红外探测产品的技术朝着数字化、无线化、集成化发展，具体表现在以下几个方面[16]：
① 更稳定、可靠：如探测器需可抗RFI/EMI、防雷电等，以适应恶劣气候；
② 更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；
③ 更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；
④ 更智能化的设计：完善的信号处理技术，方便地设/撤防，人性化的操作界面；
⑤ 更强大的联网功能；
⑥ 更方便的扩展性。

3、红外探测报警器的相关理论
① 超声波/微波式探测技术
超声波/微波式传感器对室内防护是非常有效的。超声波系统包括发射机、电子放大器和控制装置。发射机产生的声波充满封闭区内。如果接收机收到的声波频率与发射机发射出的声波频率是一样的，不会发出报警信号。当防护区内的任何运动物体所发射回的反射波频率与原来的发射波频率有差别时，这种探测技术将探测出该频率变化，同时进行放大，放大信号会触发报警信号。用同一个控制装置操作多台收发机，或者一台发射机和多台接收机，能有效覆盖多处面积场所。这种探测技术一般适用于室内。如同中断光束式探测技术一样，防护现场是看不见的。因此，入侵者很难发现或者逃避这种探测技术。
② 主动红外探测技术
主动红外探测技术是区域周界防范应用中常见的一种探测技术。它的工作原理是利用探测器的发射端发出红外射线，由接收端接受后经放大比较后驱动继电器，产生报警信号，从而形成一个报警回路。为了防止入侵者破坏，一般每个探测器都会加装有防拆开关，一旦发现探测器外壳被打开，就会想主控机发送报警信号。
主动红外探测技术主要包括三个核心技术。首先是红外发射管，由于主动红外探测的工作距离一般要求都比较远，所以要求红外发射管的功率比较大；其次是探测外罩，由于红外探测器大部分工作在室外，长期收到太阳光和其他光线如汽车灯光等的直接干扰，容易引起探测器接收端的误动作，所以一般红外探测器的外罩都添加能过滤外界红外干扰的装置以减少漏报现象；第三个是发射接收端的镜片。镜片起两个作用：过滤和聚焦。前者继续过滤干扰红外源，后者主要是将发射端的红外发射管发射的红外线聚焦成平行状发出，以提高红外线的发射距离和发射功率，而接收端的镜片再将发射过来的平行红外光源聚焦到接收二极管上采集红外型号。
主动红外探测技术一般用于围墙、草坪等需要防范的空间区域，使用安装灵活，可以与其他探测器组合使用，安全、可靠、经济性好，为当今民用周界防范的主要选择产品。缺点是对安装环境要求比较严格，要求防护环境为水平、无遮挡[10]。
③被动红外探测技术
被动式红外线传感技术是利用红外光敏感器件将生物体发出的微量微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，并被监控的对象实施控制，他能可靠地将运动着的生物体和飘落的物体进行区别。同时，他还具有监控范围大、隐蔽性好、抗干扰性强和误报率低等优点。因此，被动式红外技术在自动控制、自动门启动、接近开关、自动照明、遥控遥测等方面、特别在安保、防火、报警等方面越来越受到重视和得到应用[11]。
目前被动式红外报警器则采用了传感元件——热释电红外传感器。这种热释红外传感器能以非接触式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多报警器材相比，具有如下特点：
不需要用红外线或电磁波等发射源。
灵敏度高、控制范围大。
隐蔽性好，可流动安装[12]。
热释红外线传感器和热电偶一样是基于热点效应的热电型红外传感器。不同的是，它的热释电系数远远高于热电偶，其内部的热电元件采用高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及碳酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化强度随温度的变化而变化[13]。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，在工艺上将两个特征一致的热点敏感元件反向串联接成差动平衡电路，它能以非接触时探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。
典型的热释电红外传感结构，热释电陶瓷敏感元件、场效应管和偏置高阻被封在管壳内。器件的性能不仅与敏感元件本身的特性有关，与敏感元件的物理尺寸、固定方式、以及偏置电阻的大小和场效应管的类型也有关。红外窗口的性能、器件密封方式以及外围电路的特性都会影响器件的探测效率。
热释红外传感器是以探测人体辐射为目标所以热释电原件长为8-12um左右的红外辐射必须非常敏感。为了仅仅对移动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耳透镜系统，使环境的干扰受到明显的控制作用。热释红外传感器包含两个互相串联或并联的热释电敏感元，而且两个敏感元的电极化方向正好相反[14]。环境背景红外热辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人入侵探测区域内，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。菲涅尔透镜系统根据性能要求不同，具有不同的焦距，从而产生不同的监控现场，视场越多，控制越严密。
热释电红外传感器的封装形状形式有多种，早期的树脂封装因为不能对外界的电磁波有屏蔽，已经被淘汰。目前的热释电红外传感器几乎都采用带红外窗口TO-5型金属壳封装。
4、设计综述
本课题研究的是红外探测报警装置，根据物理学知识，凡是温度大于绝对零度的物体都会发出红外线。不同的物体发出的红外线频率也不同，因此用热释电红外传感器可以探测出监控环境中的某些特定范围的波长的红外线，达到报警的效果。
该热释红外探测报警系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括单片机系统，热释红外传感器探头、放大比较电路、控制显示电路、鸣叫报警电路等部分；软件部分主要包括热释电传感器输出信号的采样及A/D转换模块、数据分析算法模块、信息识别模块。

参考文献：
[1] A.preciado,F.Javier.Alarm system with probabilistic reject of false
[e-mail].2005-5
[2]防汉雄，王艳春，基于51系列单片机的被动式热释电型红外防盗报警器的设计[J]，齐齐哈尔大学学报.2008，1（24）：41
[3]魏平俊，方向前，韩建勋，一种智能家居安防系统的电路设计[J].设计与开发 Semiconductor Technology，2006，8（31）：625
[4]A.Wood,G..Virone,T.Doan,et al.Alarm-net:Wireless Sensor Networks for
Assisted-Living and Residential [e-mail].2006
[5]陆尚柄，王海波，魏晋忠，基于热释电红外检测技术的防盗报警器设计[J]，企业技术开发，2009，3（28）：47
[6]刘海锋，钟国韵.基于单片机AT89C51热释红外报警系统的设计[J].安防科技产品设计与实现，2007，2：27
[7]周海波，基于HN911的红外报警系统中的应用[J].电工电气，2005，5：27
[8]罗晴兰.RS-485总线通信技术在红外报警系统中的应用[J].电工电气，2005，5：27
[9]张伟，家庭智能安防报警系统的研究[D]，重庆大学学报，2009，4：3-4
[10]梁光淸.基于被动式红外探测器的人体识别技术研究[D]，重庆大学学报，2009，4：-4
[11]陈永甫，红外探测与控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2004.290
[12]刘舒祺，施国梁.基于热释电红外检测技术的防盗报警器设计[J]，国外电子元器件，2005，3：18
[13]S．Pedersen，C.B.Pedersen.Animal Activity Measured by Infrared
Detectors [J].J agric .Industry Applications ，1991，27：824-829.
[14]A.Hossain，M.H.Rashid .Pyroelectric Detector and Their Applications
[J]IEEETrans.Industry Applications，1991，27：824-829.
[15]王继山，基于蓝牙技术的银行运钞安全通道红外报警系统的设计与实现[J]，东北大学学报，2005，2：3

[16]Keller Hans J.30 Year of Passive Infrared Motion Detector-a Technology
Review[R].A.Plenary atIPTO/IRS2 Erfurt Germany.2000，5

毕 业 设 计 开 题 报 告
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
（1） 本课题要解决的问题
日常生活中应用的报警装置有目标明显反映迟钝等现象为了解决这一问题，本课题设计一种稳定性好，反应灵敏，误报率低的报警装置。
根据这一要求设计一种简单的红外探测报警装置，，而且性能要良好，所以采用被动热释红外探测地方法设计热释红外的报警系统。
Ⅰ.本体拟采用的研究手段
防盗报警装置一般都有以下几个组成部分：传感器、控制部分、报警产生部分、声光报叫部分和电源。
根据要求，本课题基于单片机设计一种简易的红外报警器。此红外报警器安装在门窗附近，根据检测人体或动物自身的热量，检测到有人或动物时，自动发出报警信息，并且能够自动或手动取消报警。
①红外探测报警系统设计方案
光学透镜系统

红外传感器
放大镜
光学透镜系统

红外传感器

放大镜

发射接收装置
单片机系统

LED
显示器

声光报叫电路

图1系统结构图
1）声光透镜系统
采用透镜聚焦式光学系统，即菲涅尔光学透镜。菲涅尔镜片是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理采用电镀模具工艺和PE（聚乙烯）材料压制而成。
2）红外传感器
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，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼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，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。
3）放大器
运用放大器将热释红外传感器中接收到的微小的电信号变化放大至可以对其进行测量装置分离。但是为了避免与探测装置之间产生互相干扰，发射接收装置采用超高频无线收发模块。这种无线电遥测装置具有微型化、传输距离小、耗电小、抗干扰能力强等优点。发射模块内部震荡电路可以产生高频振荡，接收模块可以将信号解调，整形。
5)单片机系统
由于前面的放大电路和接收模块已处理过信号，所以信号处理器就是进一步对信号进行处理。这部分系统比较信号的频率是否在报警频率范围内，如果在范围内，则发送信号到声光报警电路，反之就不发送信号。
单片机系统与LED显示器连接，可以将实时监控信息显示出来，便于操作。加入手动开关后，就可以实现手动的开启关闭整个系统。
6）声光报叫电路
这部分电路由蜂鸣器组成，当接收到报警控制器部分发送的信号，声光报叫电路。
7）LED显示器
LED显示器可以显示实时控制信息和历史控制信息。
Ⅱ.系统的软件实现和设计思想
主程序采用模块化程序设计思想，对不同功能的程序进行分别编程。首先将系统初始化，然后将红外传感器接受环境的红外射线，简单的处理后，发送型号。接收模块接收到信号后，送到信号处理器，对信号的波长进行比较，如果在出发报警器的范围内，则将信号发送给声光报叫电路。如果不在范围内，则返回信号到初始化模块，再次进行探测。

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指导教师意见：

该同学的题目是红外探测防盗报警系统设计,在现代化技术高度发展的今天，红外线防盗报警器是当前使用比较普遍的报警器之一，选红外探测防盗报警系统设计作为毕业设计题目与现实生活联系紧密,又紧靠自动化专业,对所学知识有一定的应用,是一个不错的题材。
从所提交的开题报告，可看出该生查阅了一定的文献资料，对热释红外探测报警系统的硬件组成部分进行了相关查阅，同时提出了软件设计思想，且对方案进行了总体的论述。设计思路清晰，便于开展下一步的工作。
总上所述，同意该生开题。

指导教师：
年 月 日
所在系审查意见：

系主任：
年 月 日