红外传感器文献综述

单位代码 01 学号 分 类 号 TN7 密 级 文献综述关于红外报警器的综述 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 指导教师2013年 3月20日关于红外线报警器的综述摘 要随着社会的发展，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、安全可靠。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。本文简要通过对红外报警器组成的个个模块进行分析，介绍了红外报警器的两种常见方式即：主动式和被动式，进而又分析了两种方式的选择原则，最后有对红外线报警器的发展前景进行了预测。 关键词：红外线，热释电传感器，报警器，单片机引 言随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。报警器的类型多种多样，例如：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, 红外线声光报警器等。红外线作为一种不可见光，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。所以在众多报警器的分类方式中，红外线报警器由于简单实用，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠而被广泛应用。红外报警器直接决定系统的灵敏度与稳定性，是整个系统品质的保障，红外防盗报警器又称红外探测器。中国安防厂商在这些年，无论在技术的掌握与生产能力的提升上，均有明显的改善，这都归功于中国厂商的产品设计和生产技术，并致力于降低成本，使中国安防产品开始得到厂商们的认可，加上低价对于甲方有着重要的吸引力，使得本国产品在市场上成长迅速。虽然本国产品的品质仍与进口产品有段差距，但在用户对安防产品不熟悉的情况下，中国安防产品扔极具竞争优势。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,也即是毕业设计将研究的产品。2红外报警器的组成 红外报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统.探测一旦探测到入侵,红外报警器立即把报警入侵信号无线密码传输到报警主机,主机接收到报警信号后,会立即启动高分贝警笛现场报警器,红外报警器主机面板上的LED显示报警防区,防区路数0-4路,明确显示入侵方位. 红外线报警器的框图，如图1所示。光学系统待测目标红外传感器报警电路信号处理 图1 红外报警器框图一、 待测目标根据待侧目标的红外辐射特性可进行红外系统的设定。二、 光学系统它接收目标的部分红外辐射并传输给红外传感器。相当于雷达天线，常用是物镜。三、 红外探测器红外探测器是红外线报警器中一重要组成部分，红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。一个红外探测器至少有一个对红外辐射产生敏感效应的物体，称为响应元。此外，还包括响应元的支架、密封外壳和透红外辐射的窗口。有时还包括致冷部件、光学部件和电子部件等。从目前应用的情况来看，红外探测有如下几个优点：环境适应性优于可见光，尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力；隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号，比雷达和激光探测安全且保密性强，不易被干扰；由于是目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；与雷达系统相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低；作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛，地位更加重要。红外探测器是将不可见的红外辐射能转变成其它易于测量的能量形式的能量转化器，作为红外整机系统的核心关键部件，红外探测器的研究始终是红外物理与技术发展的中心。四、 信号处理将探测的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息。然后将此类信息转化成为所需要的格式，最后输送到控制设备或者显示器中。五、 报警电路报警电路主要用蜂鸣器用于报警，主要是信息由信号处理部分处理后送到控制设备，之后有报警器报警。3红外线报警器的分类 许多外国厂商也承认，以前外商大幅度依靠技术优势来应对中国国产品的成本优势，但近年来差距已经缩小，优势渐减，可见中国厂商在技术上已经逐步赶上外厂商，部分厂商更具有创新能力，推出具特色的产品，使得中国安防产品的水准大幅度提高这个现象主要来自许多厂商对于品牌意识与产品质量的重视，加大了投资于研发力度。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。被动式红外报警器主要由菲涅耳光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大电路、信号处理和报警电路等几部分组成( 如图2 所示) 。图2 被动式红外报警器组成框图菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10Lm左右的红外线来说却是透明的。菲涅耳透镜的焦点一般为5 厘米左右，除有聚焦作用还可形成可见区和盲区，实际应用时一般把菲涅耳透镜固定在传感器正前方1 5 厘米的地方。当物体射出的红外线通过菲涅耳透镜后，传到热释电红外探测器，这时热释电红外探测器将输出脉冲信号，脉冲信号经放大和滤波后，由电压比较器将其与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报。被动式热释电红外探头的优点是本身不发生各种类型的辐射，器件的功耗小、隐蔽性好、价格低。缺点是具有容易受各种热源、光源及射频辐射的干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度下降，有时还会短时失灵。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。4主动式与被动式的选择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。但报警探头探测到外界环境不只是探测到人体发出的红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量，而在可见光中这种能量尤其突出，所以任何被动红外报警器的抗白光干扰就成了一个重要的指标，这对探测器的误报率起着决定性的作用，。建议企业在室内使用被动报警器，因为室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下，这种环境下探测效果非常好。企业在选择红外报警器时候应该根据自身的环境特点进行的选择，这样才能使红外线防盗系统发挥最大的作用。相比被动红外报警器，主动红外系统一般用在周界防范，在选择主动红外报警器时，也需要注意以下问题：1、主动红外入侵报警器受雾影响严重，室外使用时均应选择具有自动增益功能的设备(此类设备当气候变化时灵敏度会自动调节);另外，所选设备的探测距离实际警戒距离留出20%以上的余量，以减少气候变化引起系统的误报警。多雾地区、环境脏乱风沙较大地区的室外不宜使用主动红外入侵测器。2、在室外使用时一定要选用双光束或3光束主动红外入侵报警器，以减少动物、落叶等引起系统的误报警。3、在围墙上、屋顶上或空旷地带使用主动红外入侵报警器时，应选择具有避雷功能的设备。遇有折墙，且距离又较近时，可选用反射器件，以减少报警器使用数量。5红外线报警器前景数字化、无线化、集成化是红外线防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势： （1）更稳定可靠：如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、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：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。 上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。总 结通过近段时间查书以及上网查资料，我对这次设计有了一个宏观的把握，对红外线报警器的发展、原理以及市场价位等都有了一个详细的了解，开拓了视野，同时通过对比别人的设计，有了自己的想法，本次毕业设计的结构组成是红外探测器、蜂鸣报警器、MCS-51单片机控制电路、LED报警电路组成，平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。参考文献1吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报, 2001.12-20.2张万忠. 可编程控制器应用技术M . 北京：化学工业出版社，2002.70-83.3黄继昌.电子元器件应用M.北京:人民邮电出版社,2004:89-92.4谢主红.模拟电子技术基础M.哈尔滨:哈尔滨工程大学,2003:84-93.5阎 石.数字电子技术基础（第五版）M. 北京:高等教育出版社.1998:133-142.6黄新易.报警器误报及其处理J.实用电子学报，2008,8(1): 8-9.7黄玉林.主动式与被动式防盗报警器的讨论J. 无线电子学杂志，2005,7(4): 40-45. 8陈星.关于红外线发射管的功率计算讨论J. 微观电子学期刊. 2008, 1(7): 10-14. 9陈永甫.红外探测与控制电路M. 北京：人民邮电出版社M.2004.6.10金大庆.红外线防盗报警器的简易设计J. 电子了望. 2007, 8(2): 21-23.11金鑫.红外线探测器的学习与实践J. 半导体信息. 2007, 8(2): 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