室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁1第頁第1章緒論隨著社會經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，防盜成了人們越來越關(guān)心的問題。鐵門鐵窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，社會對報警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術(shù)防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)侵進(jìn)入破壞行為、產(chǎn)生聲光報警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?。室?nèi)防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設(shè)備廣泛應(yīng)用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜器進(jìn)一步完善和提高。這是一種基于單片機(jī)信號處理技術(shù)的防盜檢測器的軟硬件設(shè)計方法。應(yīng)用該方法設(shè)計的系統(tǒng)在反應(yīng)速度、誤報率、漏報率以及抗干擾能力方面都具有較好性能。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理，設(shè)計的新型探測器，測量范圍廣,響應(yīng)速度快,靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠。并采用單片機(jī)89C51作為人體探測系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷及處理。當(dāng)檢測到有被測物體進(jìn)入測量范圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警信號，等待一段延遲時間后自動消除報警信號，并可手動解除報警信號。當(dāng)有主人在家系統(tǒng)無需報警時,可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測到有人經(jīng)過時照明燈亮,等待一段延遲時間后自動熄滅,并可手動來控制延遲時間的長短。系統(tǒng)的另外一個功能是檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制，當(dāng)探測頭探測到有人經(jīng)過時,系統(tǒng)自動計數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報警信號，并通過LED顯示檢測到的人數(shù)與最大容量報警人數(shù)。系統(tǒng)使用單片機(jī)與PC機(jī)通信原理，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)統(tǒng)一處理。室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁2第頁1前言隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財產(chǎn)也不斷地增多，因而也對防盜措施提出了新的要求。從現(xiàn)代人們住宅發(fā)展的趨勢來看，現(xiàn)代人們住宅主要是向群體花園式住宅區(qū)發(fā)展，向高空中發(fā)展，一般都是一個住宅區(qū)有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅單元，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜報警器進(jìn)一步完善和提高。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機(jī)做信號處理器，這樣有利于與計算機(jī)相連接，利用計算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機(jī)內(nèi)存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效范圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。綜合以上報警器的不足，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后利于跟PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁3第頁第2章應(yīng)用元件的介紹2熱釋電人體紅外傳感器21熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)中的主要手段，其特點是測溫范圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點：（1）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準(zhǔn)確度。（2）測溫范圍寬。（3）探測器的響應(yīng)時間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量。（4）不必接觸被測物體，操作方便。（5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTiO2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器22紅外測溫原理紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（273.15）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為：室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁4第頁433450152ThCKE其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.669710-12w/cm2，k4為黑體的溫度；E0為黑體輻射能。實際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：E=E0其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0為與E在同一溫度下的黑體輻射能力；為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由（2）可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。23熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類：其中，熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測器如：LiTaO2(鉭酸鋰)探測器、BaTiO2(鈦酸鋇)探測器和TGS（硫酸三甘酞）探測器等。如圖1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO5封裝）。圖1熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)圖與電路圖室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁5第頁熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時間很長，因晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為：Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于PS的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流Is通過負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其圖2熱釋電傳感器的電路連接室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁6第頁等效電路如圖3所示。電流源的電流強(qiáng)度為Is為：dTdAPItS)(式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，24菲涅爾透鏡目前人體驗知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動時，進(jìn)人一個視場后，又走出這個視場，再進(jìn)人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間，在這段時期內(nèi)該傳感器不起作用。圖4菲涅爾透鏡外形圖圖3傳感器等效電路圖室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)共28頁7第頁第3章總體電路設(shè)計31系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖5所示。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)測量放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出下TTL電平至89C5