多路无线防盗报警器的设计【文献综述】

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毕业论文文献综述通信工程多路无线防盗报警器的设计摘要：多路无线报警器具有误报率低，安装和配置容易，成本便宜，使用起来方便等特点。实现其功能的原理是热释电红外传感器感应到入侵所发出来的红外热辐射，并且将其转换成超低频信号，然后经电路放大，输出。具体的方法是用无线通信技术实现三机（检测器，主机，控制器）分离。检测器是利用红外人体检测探头检测预先设定好的范围内的情况，一旦有情况就向主机发出信号。而主机的功能是通过无线接收信号，再通过单片机处理，然后数码管显示出信号发出的具体范围并同时音频功放控制喇叭发出警报。控制器是设定报警器的开和关。关键词：传感器；无线；报警系统；电压比较器；1.无线防盗报警器的发展状况作为防盗报警的关键产品，被动红外探测器的无线化也逐渐成为一种趋势。无线探头除了满足室内装潢的需求，更重要的是方便安装，节省施工成本。随着社会发展，人工成本不断提高，过去的有线报警器安装需要付出繁重的布线工作，很多商家和用户考虑施工成本的核算，从而选择无线报警系统。无线报警器的市场应用通常产品做到最后必定是细节制胜，在各个领域的应用专业程度，决定了无线报警系统的市场成败。市场细分是无线报警器未来应用的主要趋势。在应用市场上，无线报警将朝着更细化的方向前进──针对不同的市场，推出不同的产品。例如由于中国地域辽阔，南北温湿度等差异大，对被动红外探测器的应用提出了更高的要求。此文献1中菲涅尔透镜技术的应用，许多以前停留在概念上的功能得以实现，被动红外的探测精度也得到了极大地提升。比如探测距离，比同类型探测器提升了150%，探测面积也有了大幅度提升，基本实现了零漏报。新型菲涅尔透镜所采用的精密空间分割+精确能量聚焦技术，在实现高探测灵敏度(0.2米/秒低速检测)的同时，还极大地降低了误报几率。无线被动红外报警系统技术的特点表现在协同工作模式上，根据不同的使用环境，采用不同的红外微波工作组合，极大地提升了探测器对环境的适应性；数字双向温度补偿技术的采用，让探测器能够在不同温度环境条件下保持稳定探测状态，有效降低了误报率；独特的软件处理技术，能在高强度其他温度干扰的状态下，实现有效甄别探测；“全区域”防宠物功能，有效防宠物级别35千克，极大降低了主人不在家宠物干扰报警的困扰，符合CE(EN50131-G2，EN300440)标准，阅读文献2得到其优点有：1．微波配合红外探测起到复合探测作用，可以有效减少误报。10 2．微波是一种高频电磁波，不受环境温度变化影响，可以弥补红外探测受温度影响探测距离缩短的缺陷。3．可以有效防止恶意破环，防止探测器被遮挡或者被油漆等物质喷涂。缺点：1．X波段的微波波长比较长，很容易穿透墙壁及窗户等物体；如果灵敏度调节不合适，很容易探测到室外的移动物体(树枝摆动、移动的物体等)，从而产生误报警。2．微波的辐射区域是呈现一定的区域，在安装调试时要注意灵敏度的调节。3．容易受空气湿度的干扰而影响探测精度。而且带有微波的双鉴探测器通常价格要贵一些，稳定性也更好一些，一般使用在银行、基站、博物馆、大型仓库等重要及环境变化比较大的场所。如现阶段防盗报警与视频监控的联动，仅是通过基础性硬件将前端探测器的输出接口与视频监控的报警联动输入接口连接起来，当出现异常情况时，通过预先设定的联动方式执行视频报警联动。文献2中目前数字与模拟电路结合的传统技术将逐渐被取代，全数字化的被动红外探测器不仅仅性能稳定、可靠，更重要的是电路简单，通过集成的芯片控制，稳定性得到大幅提升。另外，全数字化的无线探测器生产工艺方便，便于自动化作业，产品外观也将更加小巧、精致，产品价格也会有所下降，对防盗报警系统的普及化应用有不可忽视的意义。由于电路简单，系统相应的抗RFI/EMI的能力更加强。探测方式复合化探测方式复合化也将成为未来的一个技术趋势。目前大多采用红外、微波复合探测，未来可能会有更多的方式，如：超声波、激光、图像、电子标签等多种复合探测方式。总体而言，未来无线防盗报警产品的发展趋势，产品技术将在集成化、数字化、探测方式复合化、网络化与智能化前提下力求突破。无线防盗报警产品经过多年的发展，虽无视频监控市场份额的迅速膨胀和门禁系统使用的急剧增长，但并没有削弱其在安防系统中的主导地位。2.红外传感器文献3总结概括了红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：1．辐射计，用于辐射和光谱测量；2．搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；3．热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；4．红外测距和通信系统；10 5．混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。热型以及光子型的主要特征如下表2-1。表2-1热型以及光子型的主要特征类型优点缺点热型常温动作波长依存性(波长不同感度有很大之变化者)并不存在便宜感度低响应慢(ms之谱)光子型感度高响应快速(μs之谱)必须冷却(液体氮气)有波长依存性价格偏高下面我们介绍这两种探测器的基本原理:阅读文献2，3：光子探测器是利用外光电效应或内光电效应制成的辐射探测器，也称光电型探测器。探测器中的电子直接吸收光子的能量，使运动状态发生变化而产生电信号，常用于探测红外辐射和可见光。其原理是利用外光电效应制成的光子型探测器是真空电子器件，如光电管、光电倍增管和红外变像管等。这些器件都包含一个对光子敏感的光电阴极，当光子投射到光电阴极上时，光子可能被光电阴极中的电子吸收，获得足够大能量的电子能逸出光电阴极而成为自由的光电子。在光电管中，光电子在带正电的阳极的作用下运动，构成光电流。光电倍增管与光电管的差别在于，在光电倍增管的光电阴极与阳极之间设置了多个电位逐级上升并能产生二次电子的电极（称为打拿极）。从光电阴极逸出的光电子在打拿极电压的加速下与打拿极碰撞，发生倍增效应，最后形成较大的光电流信号。因此，光电倍增管具有比光电管高得多的灵敏度。红外变像管是一种红外-可见图像转换器,它由光电阴极、阳极和一个简单的电子光学系统组成。光电子在受到阳极加速的同时又受到电子光学系统的聚焦，当它们撞击在与阳极相连的磷光屏上时，便发出绿色的光像信号。文献2,3中可以了解到：热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，从而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化10 并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ，引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。综合以上两种传感器的基本原理，选择热释电红外传感器。只对热电型红外传感器进行了一些说明。2．1热释电红外传感器原理文献2中热释电红外传感器特别是利用远红外线范围的感度作为人体检出用，如图1-1所示红外线的波长比可见光长而比电波短。红外线让人觉得只由热的物体放射出来，可是事实上不是如此，凡是存在于自然界的物体，如人类、动物、蔬菜等等全部都会射出红外线，只是其波长因其物体的温度而有差异。如图2-1中，人体的体温约为36～37℃，所放射出峰值为9～10μm的远红外线，另外加热至400～700℃的物体，可放射出峰值为3～5μm的中间红外线。图2-1红外线的波长分段示意阅读文献4概括热电型红外线传感器具有下列几个特征：1．由于系统能检测从物体放射出出来的红外线，所以不必直接接触就能够感知物体表面的温度，故人体以及移动中物体的温度均能以非接触之方式测得。2．热电型红外线传感器系接受检知对象物所发出的红外线，因此是被动型图2-2，由于不是图2-3所示的主动型，所以并不需要校对投光器、受光器之光轴等麻烦的操作。10 图2-2被动型图2-3主动型3．热电效果系温度变化而产生的，因此只接受因温度变化之能量，而热电型红外线传感器将电压微分而输出之。热电型红外线传感器原理:首先介绍热电效果概括文献2得知，如图2-4所示，感知组件系使用PZT(钛酸锆酸铅系陶瓷体)强介质陶瓷体，在感知组件施加高压电(3KV～5KV/mm)而分极之，基于这种方法，组件表面显现的正负电荷会和空气中相反之电荷结合而呈电气中和状。当组件的表面温度变化时，感知组件分极的大小会随着温度变化而变化，因此稳定时之电荷中和状态就崩溃，而感知组件表面电荷与吸着杂散电荷的缓和时间不同，所以会形成电气上的不平衡，而产生没有配对的电荷，如图2-4(b)所示。像这种因温度变化而产生电荷的现象称为热电效果，设若产生之电荷为Δθ，温度变化为ΔＴ，则Δθ/ΔＴ＝λ(库仑／℃)，就是热电系数。图2-5所示系热电型红外线传感器的构造。(a)稳定时(T)K(b)温度刚变化之后(T+ΔT)K图2-4热电型红外线传感器的原理图2-5系热电型红外线传感器的构造3．无线防盗报警器的组成10 阅读文献5和6红外线无线防盗报警器系统设计方案分为三个模块，第一部分是红外探测发射器（可以是多个探测发射器分别安装在需要防护的地方），第二部分是主机（含有接收器，处理器，报警器等），第三部分是遥控于手柄（对防盗器实施布防和撤防）。其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路，编码与发射电路。接收与解码电路。遥控器电路等。最后就是软件的设计。软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原理为前提。多路无线防盗报警器主要是由于无线人体探测器（红外探测信号发射电路），无线接收电路，数据解码电路，中央控制单元，数字显示单元，遥控电路，报警电路和电源电路等部分组成。主机中的中央处理器采用AT89C2051，集成电路PT2272-L4作为数据解码，无线接收采用现成的SH9902模块，编码为PT262-R4。如下图3-1所示整体框图。图3-1多路无线报警器的整体图3．1硬件部分的设计图3-2整体结构图10 文献1中无线数据传输通过电信号的形式进行传播，它由发送端、接收端、信道等各部分构成，信道是电磁波传播的主要途径。文献4,13中信号源的信息含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言并且频率非常高的信号以适于信道传输，这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号，这个过程叫做调制。调制是通过改变高频载波的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的，这个过程是通过发射机来实现的。无论是基于那种方式的防盗报警器。它的工作原理都是先将探测到的信号，通过编码，然经电路放大，输出并将报警信号通过天线发射出，再用接收电路接收信号，解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否将报警信号送给报警电路，从而达到防盗的效果。3.2编码发射电路介绍文献5,7总结出在发射端，震荡器的作用是产生最初的高频信号，它的频率等于或低于所需的工作频率，在后一种情况下，倍频器输出的信号频率为震荡器频率的整数倍，高频功率放大器的主要功能是将震荡器或倍频器输出的小信号放大到足够的功率电平，用以推动功率更大的高频输出功率放大器，输出功放的一个功能是直接产生大功率的高频信号，并发送到发射天线上去，另一个功能是对高频信号进行振幅调制，使高频信号的振幅随传送信号的大小而变化。在文献7，8中：由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作；为了使电路简单且使用电池进行供电，数据对高频载波的调制方式采用ASK方式，即当发送数据信号为1时，接通高频振荡器电源，发送高频无线信号，当发送数据为0时，断开其电源，停止工作，这种设计在静态时工作电流几乎为零。3.3数据解码与接收电路文献6,9中说明了接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。2272就担任了这个解码任务。2262和2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位，控制开关的开与关。10 文献14中数字信号是数字信息的电脉冲表示，电脉冲的形式称为码型。数字信息的电脉冲表示的过程称为码型编码或者是码型变换，在有线信道中传输的数字信号又称为线路传输码型。由码型还原为数字信息称为码型译码。文献10中由于在无线数字通信中，数据的抗干扰能力以及识别能力是决定整个系统好坏的关键。由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，由无线信号的编码由2262集成电路完成，可以实现单台主机对多台子机的，点对多点的通信控制方式。3．4电源设计文献13,14概括了电源电路设计原理:考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。电源通过变压会使输入、输出电压不同，从而达到升压或降压的目的。如图3-3②中U1到U2的振幅的变化就是通过降压来实现的；其中U2到U3的波形图的变化就是通过整流电路实现的；再就是通过滤波电路得到的波信图如③所示；最后为满足电路所要求的稳定的直流电压，再通过稳压芯片就可得到如图3-3⑤所示。图3-3电压波形图4.程序流程图软件程序流程如图4所示。图4程序流程图10 5．方案论证与比较列举了3种常见的防盗报警器装置。1．电话拨号防盗报警器利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机连接固定电话线，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。电话拨号传输方式：目前有很多成熟产品，它特别适合单位用。因为它技术成熟，安装简便，系统运行比较稳定可靠，是目前国内外大量采用的一种联网报警方式。若有内部电话交换机，其优点尤为突出。其缺点有：①大家目前已比较清楚方法；②易破坏电话线，也就切断了传输；③用公共电话网会发生电话费，一般的居民经济承受能力有问题；④系统容量较大的接警中心应备有多根电话线，一般的配置至少二根电话线，每200户～300户报警用户应增一根电话线，报警讯号接警机应有相应输入电话线口。2.GSM防盗报警器利用主机，通过无线或则有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机里面内置GSM手机卡，如有警情，按照客户设定的手机或则电话号码拨号报警。缺点是价格较高；需要经常支付服务费；系统运行的功率较大；隐私性会受到侵扰；车辆长期放置不使用会耗尽电平电量。车停在地下、树下、大厦旁、室内系统都不起作用。3.彩信报警器彩信防盗报警器是一种针对目前市面上的安防产品需要连接电话线，误报率高，不可靠、不直观等缺点而研发的耳目一新的安全防范装备，该报警器巧妙的将红外传感、图像侦测及手机无线网络传输等技术整合应用于安全防护中，充分运用无处不在的无线通讯网络，打破了传统报警系统的诸多限制；用户无论身处何方，都可以利用手机彩信，彩E接收千里之外彩信报警器发出的报警监控图像,实现零距离图像信息报警，广泛应用于家庭、办公室、工厂、商铺等等各种场所的安全防范。但是这种防盗报警器的价格操作性都比较的昂贵不适用于普通的大众。6．总结我这次做一套防盗报警系统，其主要人体探测器检测到异常状况时采用无线的形式把信号传递给主机，主机通过处理将报警信号传给报警器发出报警声，同时能显示出现报警处的位置。这个设计采用了红外线，短距离无线数据传输等技术达到了多路监测也可以通过监控对它们进行布防和撤防，而且实用性比较的强，价钱比较的便宜。参考文献:[1]电子技术基础.康华光[M].北京：教育出版社，1988.[2]现代传感器原理及应用.吕泉[M].清华大学出版社，2006.10 [3]无线传感器网络原理及应用.唐宏[M].北京：人民邮电出版社,2010.[4]射频识别技术软硬件系统研制.刘琰,李辉,顾亮[J].电子技术，2004,14(3):29.[5]单片无线发射与接收电路设计.黄智伟[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009.[6]数字电路技术基础.阎石[M].北京：教育出版社,1998.[7]nRF401无线收发芯片的长距离通信设计.谭晖[J].今日电子,2004,12(1):78.[8]基于nRF401的PC机无线收发模块的设计电子技术应用.张铭,刘银峰,黄河[J]2004,28(4):76-78.[9]采用nRF401实现单片机与PC机无线数据通信一微计算机信息.奚吉,赵辉,江冰[J].2004,18(9):42-43.[10]Vizimuller,P:‘RFdesignguide-systems,circuits,andequations’(ArtechHouse,Boston,MA,1995).[11]Wirelessnetworkingtechnology:fromprinciplestosuccessfulimplementationChinese(美)SteveRackley.[M].北京电子工业出版社,2008.[12]短距离无线数据传输及接口技术.周思远[D].南京信息工程大学,2008.[13]基于单片机控制的自动拨号报警器.刘豫喜[D].河南省第四届青年学术年会,2004.[14]基于MCU无线遥控电动滑板控制系统.柳亚平[D].江南大学,2008.10