红外线报警器的安装与调试

目录

中文摘要 (1)

一、绪论 (3)

二、红外线报警器的分类及原理 (5)

（一）主动式红外报警器 (5)

（二）被动式红外报警器 (6)

三、产品的整体设计及原理 (8)

（一）设计原理 (8)

（二）电路主要原件介绍 (15)

四、红外线报警器的安装与调试 (19)

（一）实际安装 (19)

（二）实际调试 (20)

结束语 (23)

致谢 (24)

参考文献 (25)

红外线报警器的安装与调试

摘要

通过介绍红外传感器的工作原理，给出了一种电红外报警器的结构原理及其应用电路。这种电路把红外线的隐蔽性很好地应用于报警系统中，从而实现了防盗报警功能，达到了安全防护之目的。

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、延时电路和报警指示电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号，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、红外传感器的结构和工作原理。利用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。红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。

关键词红外线报警器单片机主动式报警被动式报警

一、绪论

随着时代的不断进步，人们对自己所处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，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。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。为了防止各种偷盗和暴力事件的发生和危害,确保大厦的安全,生命和财产不受损害,智能保安系统的设置是必要的。

随着科技的发展,新的犯罪手段对保安系统也提出了新的要求,在信息时代的今天,对钱、财物、人身安全的保护是一方面,而对储存在计算机里的大量的重要文件、数据,更需要保护。

在一个智能化大厦内,不仅对外部人员要防范,对内部人员也需要加强治理;对某些重要的地点、物品,以及重要的人物也需要非凡的保护。因此,对现代化的大厦,需要设置多层次、立体化的保安系统。

防盗报警器的作用防盗报警系统就是用探测器对建筑物内外重点区域、重要地点布防,在探测到非法入侵者时,信号传输到报警控制器:声光报警,显示地址,有关值班人员接到报警后,根据情况采取措施,以控制事态的发展。

智能建筑的防盗报警系统,负责建筑内各个点、线、面和区域的侦测任务。它一般由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分组成。

探测器负责探测人员的非法入侵,有异常情况发出声光报警,同时向区域报警器发送信息。

光束遮断式探测器:目前用得较多得是红外对射式,它由红外线发射器和接收器组成。当罪犯跨越门窗或其它防护区时,遮断红外光而引发报警。为确保此类探测器的准确需配置频率和相位鉴别电路。

二、红外线报警器的分类及原理

（一）主动式红外报警器

1、主动红外入侵报警器

主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8～0.95微米之间)，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。

2、主动式红外报警的工作原理

以数字通讯方式通过CPU的程序控制，使主动红外线对射探测器具有智能性，可精确区分每条射束，以便采用多束红外线射束构成多线束的密集防卫；同时还可通过调整CPU的程序，设定在规定的若干束红外线射束被阻断时产生报警输出。由于其工作特点，可以构成对窗、阳台等建筑物的出入口形成封闭式的防范，为现代化建筑防盗方案提供“御贼于户外” 、住户自由活动于户内的高度人性化的安全防护。

3主动式红外报警的优点

1）安全系数全面提高。入侵者在准备进入室内时就报警了，不但阻吓了入侵者更重要的是保护了室内业主的人身安全，避免了以上被动式红外探测器安装在室内的各种不利因素；

2）操作简单、方便，可全天候布防。不管仓库内有无员工走动、不管物品如何繁多，探测器全天都可处于探测状态，不须专人进行布/撒防的繁锁工作；

3）准确性高。因是对一个平面进行防范，免除了人为的误报（人员或宠物的走动），防范的窗户或阳台一般只有盗贼才会去跨越或攀爬。

4）业主活动空间大。仓库内的员工可自由走动，不影响工作效率。

5）防剪、防破坏功能。当入侵者试图进行碰触和破坏时都可发生报警信号，使其无法进行非法行为。

（二）被动式红外报警器

1、被动红外报警器

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。

2、被动式红外报警器的工作原理

世界上任何物体都存在红外线，只不过红外线的频段是用人眼看不到的，被动式红外探测器就是通过采用对人体体温辐射的红外线频段敏感的元件为核心，在感应到立体空间内的热源时产生报警

3、被动式红外报警器的缺点

1).容易受到动物体温辐射、阳光照射、热气流温度辐射等多种因素干扰而引发误报警；

2).当气温与人体温度接近或高于人体温度时，这一类探测器将根本无法正常工作。

三、产品的整体设计及原理

（一）设计原理

图3.1 主动式红外报警器

这一台红外线防盗报警器。具有以下特点：用当今最流行的AT89C2051单片机控制，体积小，成本低；用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰；当有人试图闯入室内时，能自动进行声光报警。现将该报警器原理如下。

1、硬件电路

可将该电路分为以下三个部分

（1）电源电路。220V交流市电经变压器T降压，桥式整流器D1整流，电解电容C7滤波，三端稳压器78L05稳压，最后得到整机要求的+5V稳定直流电

源。

（2）单片机系统。U1为AT89C2051单片机。C1，R0，R1和复位按钮RESET 组成手动电平复位和上电自动复位电路；C2，C3以及晶振JT1组成时钟电路； C4，C5为+5V电源滤波电容。U2为CMOS6反相器CC4069，起驱动作用。VD1~VD6为红外发射管，其负极端接与P1口，P1口设置为输出状态，当P1口为“0”时，VD1~VD6发红外光。VD7~VD12为红外接收管，当接收到红外光时导通，+5V电源通过VD7~VD12加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平，这时P3.0~P3.5为低电平。发射管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置，当有人闯入时遮挡了红外线，接收管截止，反相器输入端为低电平，这时U1的P3.0~P3.5为高电平。当在一定时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出报警信号（高低电平间隔1S的脉冲信号）。驱动声光报警电路，进行声光报警，直至按复位按钮RESET或电源开关S1。由于红外收发管之间没有遮挡时为正常，有遮挡时为异常，则当P1口输出00H时，P3口的正常状态数据为00H。

（3）声光报警电路。555定时器U4，扬声器BY，普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路。其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。当P3.7为高电平时控制电压Uco较高，阈值电压U T+（=Uco）和U T-（=1/2Uco）也较高；当P3.7为低电平时U T+和U T-也较低。当U T+较高时，电容C9充、放电的电压幅度较大，因而振荡频率较低。反之，当U T+较低时，电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小，充、放电过程完成得较快，故振荡频率较高。即当P3.7=1时，555输出脉冲的振荡频率较低；当P3.7=0时，555输出脉冲的振荡频率高。该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上，扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。同时，P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上，VD13将闪烁发光。达到声光

同时报警的效果。

硬件电路原理图见附录。

表3.1 元件列表

2、软件设计

我们的目标是，当检测到有人闯入时就由P3.7口输出高低电平间隔1S的

脉冲信号去驱动声光报警电路，产生声光报警。这可通过使P3.7口每隔1S取反一次实现。而1S时间可通过让定时器T0（工作于定时方式1）重复定时100ms 十次实现。用工作寄存器R1作循环计数器，初值为10（0AH）。采用中断方式编程，整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成。

（1）主程序主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视。看是否有人

图3.2程序流程图

程序清单如下：

ORG 0000H

AJMP MAIN ；转向主程序

ORG 000BH ；定时器T0中断入口

LJMP BJ ；转向中断服务程序

ORG 0030H

MAIN：MOV SP，#50H ；设置堆栈栈底

MOV R1，#0AH ；设置循环计数器初值

MOV P3，#00H ；设置P3口为正常状态

MOV P1，#00H ；使VD1~VD6发红外光

MOV TMOD，#01H；设T0为定时方式1

MOV TH0，#3CH ；设置定时100ms初值

MOV TL0，#0B0H

SETB EA ；CPU开中断

SETB ET0 ；定时器0允许中断

JS：MOV A，P3 ；监视是否有人闯入

CJNE A，#00H，LP

AJMP JS

LP：SETB TR0 ；启动T0定时100ms

SJMP $ ；等待定时100ms完成

（2）中断服务程序。主要功能是判断定时1S是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。其程序流程图如图2.2所示。

图3.3 中断服务程序流程图程序清单如下：

ORG 0060H

BJ：PUSH Acc ；现场保护

PUSH PSW

MOV TH0，#3CH ；重设定时初值

MOV TL0，#0B0H

DJNZ R1，FH ；1S未到返回

MOV R1，#0AH ；重设计数器初值

CPL P3.7 ；P3.7口取反

FH：POP PSW ；恢复现场

POP Acc

RETI ；中断返回

END

（二）电路主要原件介绍

1、 CC4069------六反相器

（1）简要说明

CC4069 是由六个COS/MOS 反相器电路组成，此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL 驱动和逻辑电平转换的电路中。

CC4069 提供了14 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。

推荐工作条件：电源电压范围…………3V～15V

输入电压范围…………0V～VDD

工作温度范围：

M类…………－55℃～125℃

E 类………….－40℃～85℃

极限值：

电源电压…...－0.5V～18V

输入电压……－0.5V~VDD+0.5V

输入电流…………….±10mA

储存温度…………－65℃～150℃

（2）认识CMOS六反相器CC4069

CC4069是一种CMOS集成电路，内部含有六个反相器，它们的输入分别用

1A—6A表示，输出分别用1Y—6Y表示，逻辑表达式A

Y 。外引线排列如图4所示。引出端符号：1A～6A 数据输入端，VDD正电源，Vss 地，1Y～6Y 数据输入端

1Y2A3A3Y

V SS

图3.4 CC4069外引线排列图

在该设计中由于在prtel元件库中没有该器件及其封装所以采用了六个比较常见的74LS04反相器代替它，实现了相同的效果，但占用的体积较大，不利于集成。

2、 AT89C2051单片机

（1）程序保密

89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。

（2）软硬件的开发

89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统。

1）由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51

程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当做这种调试不能够了解片内RAM 的内容和程序的走向等有关信息。

2）将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出来仿真205T,这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。

（3）性能价格比

1）与80C31系统相比较

如果需要构成一个80C31的最小系统的话，除了CPU之外，至少需要一片27C64,而系统的有效引脚和89C2051基本相同。从元器件的成本，电路板的面积和加密性来看，使用89C2051都是合算的。

2）与PIC单片机比较

目前，国内小型的单片机全胜较多的有PIC系列，89C2051与PIC相对应芯片比较有如下特点：

89C2051的价格高于PIC的OTP型号，但大大低于PIC的EPROM型，89C2051片内不含Watch Dog，这是89C2051的不足之处，中断系统堆栈结构、串等通讯笔定时器系统都大大强于PIC系统。

由于PIC芯片中无标准串等口，所以在单片机的联网应用上面，PIC不太适合。与PIC相比2051更适合于较复杂的应用场合，适合一些软件需要多次修改的应用。

（4）应用

就目前中国市场的情况来看，89C2051有很大的市场。其原因有下列几点：

1）2051采用的是MCS51的核心，十分容易为广大用户所接受；2）2051内部基本保持了80C31的硬件I/O功能；3）2051的Flash存贮器技术，可重复擦/写1000次以上，容易解闷调试手段；4）更适合小批量系统的应用，容易实现软件的升级。89C2051适合于家用电器控制，分布式测控网络，I/O量不足不是很大的应用系统。

四、红外线报警器的安装与调试

（一）实际安装

在本人实习单位，连云港市天成房地产有限公司，得到一次到小区安装红外线报警器的机会，与张师傅，李师傅一同去天成家园，在小区的大门两侧栏杆上安装红外线报警器。在20米长约2.5米高的栏杆上安装，每隔5米安装一个报警器，高出栏杆30厘米左右。

安装报警器主要有两种方法

1、支柱式安装

比较流行的支柱有圆形和方形两种，早期比较流行的是圆形截面支柱，现在的情况正好反过来了，方形支柱在工程界越来越流行。主要是探测器安装在方形支柱上没有转动、不易移动。除此以外，有广泛的不锈钢、合金、铝合金型材可供选择也是它的优势之一。在工种上的另外一种做法是选用角钢作为支柱，如果不能保证走线有效地穿管暗敷，让线路裸露在空中，这种方法是不能取的。

支柱的形状可以是"1"字形、"Z"字形或者弯曲的，由建筑物的特点及防盗要求而定，关键点在于支柱的固定必须坚固牢实，没有移位或摇晃，以利于安装和设防、减少误报。

2、墙壁式安装

现在防盗市场上处于技术前沿的主动红外线探测器制造商，能够提供水平180°全方位转角,仰俯20°以上转角的红外线探测器，如ALEPH主动红外线探测器HA、ABT、ABF系列产品，可以支持探头在建筑物外壁或围墙、栅栏上直接安装。

根据产品和小区的情况，应采用墙壁式安装方法进行安装，设置在栏杆上的报警器，其主要功能是防备人为的恶意翻越，顶上安装和侧面安装两种均可。

顶上安装的探测器，探头的位置应高出栅栏，围墙顶部25C M，以减少在墙上活动的小鸟、小猫等引起误报。四光束探测器的防误报能力比双光束强，双光束又比单光束强。

侧面安装则是将探头安装在栅栏，围墙靠近顶部的侧面，一般是作墙壁式安装，安装于外侧的居多。这种方式能避开小鸟、小猫的活动干扰。

下面进行安装。

（1）把报警主机通电放在固定位置，挂在栏杆上高出栏杆约30厘米高的地方，使其向前下方倾斜，以获得较高的灵敏度。接通电源，经过1分钟左右的延时后，报警器进入警戒状态，这时，若有人进入监控区，即刻报警。报警约1分钟，自动停止。然后重新处于警戒状态。

（2）小区里的人进入时，首先按一下遥控器上的关机键，随着报警器一声“嘀”响，即关闭了报警器，进入警戒区也不再报警。当小区里的人离开警戒区后，按一下开机键，随一声“嘀”响，报警器重处于警戒状态。

（3）遇到紧急情况，按一下紧急报警键，报警器即紧急报警。

（4）报警器内设有高，中，低三档灵敏度调整，用户可根据需要自行调整。

安装过程中，线路不能裸露，电线一定要穿管暗设，这是工作安全性最起码的要求。在通电之前，先用万用表测试电源端子，防止短路现象发生。

（二）实际调试