学士学位论文 个接收器组成。
双光路由两对发射器和接收器组成。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。
1.3 本文主要内容
科学技术的发展人们对自身及财产的安全的要求不断的提高，红外的隐蔽性、,高灵敏能满足人的防盗的要求。本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89S51单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器。红外线报警器分主动式和被动式两种。主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成。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。
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学士学位论文 第2章 热释电红外传感器
2.1 热释电红外传感器简单介绍
热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。
自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、 自动照明。及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；②大气对2-2．6lLm、3—5lLm、8—141lm三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。
2.2 热释电红外传感器的原理特性
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜(图2-1)利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，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，经信号处理而输出电压号。
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学士学位论文 在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。
图2-1 菲涅耳透镜工作原理图
2.3 热释电红外传感器的结构特性及安装
图2-2 双探测元热释电红外传感器
图2-2是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2~20μm。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过
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学士学位论文 外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。
当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱(通常仅有1mV左右)，而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1~10Hz左右)，所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如 图2-3所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
R2 C1 Q1OUT Y2RS C2 R1Y1FETR3Q2NPN R4Vcc3vVCC12v 图2-3 热释电红外传感器原理图
双探测热释电红外探头的优缺点. 优点：
本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。 缺点：
1. 容易受各种热源、光源干扰。
2. 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。
3. 易受射频辐射的干扰。
4. 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度降低，有时造成短时失灵。 抗干扰性能：
1. 防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。
2. 抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。
3. 抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射,不产生报警。
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学士学位论文 热释电红外传传感器的安装要求
红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系.。正确的安装应满足下列条件：
1. 红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
2. 红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3. 红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 4. 红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
2.4 本章小结
热释电红外线传感器由于其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作特点而被选择。探测元件本身存在着，探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，通常会在探头加一个场效应管来放大信号。为了提高探测元件的灵敏度会安装一个菲涅尔透镜。
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