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第1章概述1.1选题背景报警器（alarm）是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。报警器，分为机械式报警器和电子报警器。报警器主要利用现有的电话网络或则无线手机GSM.GPS网络，通过无线或则有线的方式，连通主人电话，或则手机，实现远程防盗功能的电子产品，如红外探测器，门磁，烟雾探测器，红外栅栏等。随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防范、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。传统报警器结构复杂，红外光束需要通过几何光学设备聚焦调焦，稳定性差；光线穿透能力较弱。受雨雾天气的影响，容易引起误报；能耗高，每对红外对射工作电流100mA左右，不便于长时间在布防状态下使用。而激光报警器由于其结构简单、激光扩散角度小，无需几何光学设备聚焦调焦，稳定性好；能耗低，每对激光对射工作电流10mA左右，可以24小时全时段布防使用；环境适应能力强，管理面积大等优点。在国内外市场上占据着越来越大的市场份额。1.2发展前景根据现代激光技术的成熟，激光报警器相比传统报警器具有更大的优势。所以根据国内外市场需求预测，激光报警器将会高速增长。进一步提高激光报警器的质量和档次，既是当前摆在我们面前的课题，也是全行业共同努力的目标。优点如下：1.探测距离远，误报率低激光入侵探测系统与同类主动探测系统相比，对恶劣气候环境的适应性显著增强。激光束发射的功率密度大，发散角小，光束集中，方向性好，使用同等功率器件的条件下，在百米处，目标接收激光光束的功率密度是红外发光二极管光束的数倍，因而穿透雨、雪、雾、风沙能力强，极大降低了误报率。2.抗干扰性强，对其它设备无干扰激光报警系统自身抗电磁干扰性强，并对警戒激光束传播通路以外的区域、设备无任何电磁干扰。由于激光发散角小，光束集中，光束只在闭路中传输，当用多组激光探测器在直线方向接续传输或小转折角传输时，均无红外线探测器所产生的相互串扰现象，从而消除此时红外线探测器产生的漏报警。对周围环境无任何光散射、污染。3.防范性强可实施连续交叉布防，无互相干扰的问题；可实施多道独立的光束平面、空间立体分布。4.调整简单、适应性广（1）激光对射报警系统的响应时间，可通过接收器电源板上的2路拨码开关进行200ms、400ms、600ms、800ms的选择。（2）可在-40℃～70℃的环境下正常工作，无需任何电加热器。（3）激光报警系统输出为无电位触点，可与其他各种系统兼容。（4）可以实时监控接收器接收到的激光强弱，当接收控制板上的5只LED发光管全部点亮时，说明激光光束已经打在接收透镜中心。第2章激光监控防盗报警器的设计原理2.1工作电路框图设计根据设计任务要求作出如图2.1的框图：图2.1设计框图激光对射由发射器、接受器组成，两者之间形成多束警戒线，在需要布防的部位设置多束、多层激光网阵，运用遮挡激光束报警的方式对防范区域进行警戒布防，通过警戒光束线给企图入侵者以高挑战。在布防状态下，当激光束被遮挡时，激光接收器给报警主机发出带位置编码的报警信号，报警主机立即联动高声响报警喇叭，给入侵者发出强烈警示的声光信号，达到阻吓入侵的目的。并在LED显示屏显示警情位置，同时向预设的主人、保安值勤室发出语音和文字报警信号。主人如果在外地可以通过手机监听室内情况、双向通话或远程喊话阻吓。系统根据家居结构形成防区，防区可撤、布防，适合于主人进行不同等级和活动环境要求的布防操作。2.2元器件简介2.2.1NE555图2-1NE555功能：内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。其外形如图2.2.图2.2NE555外形2.2.2光敏三极管光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN或PNP结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。当无光照射时，流过光敏三极管的电流，就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo它也是光敏三极管的暗电流，其大小为Iceo=(1+hFE)I式中:Icbo---集电极与基极间的饱和电流;hFE---共发射极直流放大系数。2.2.3无源蜂鸣器无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。无源蜂鸣器的优点是：（1）：便宜。（2）：声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果。（3）：在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。图2.3无源蜂鸣器第3章激光监控防盗报警器电路设计3.1电路设计3.1.1光电检测设计该检测电路是由放大器A，反馈电阻RF和CF组成，其输出电压为u1=SPRF，其中，S为光电二极管的灵敏度，P为入射光功率。在检测弱光信号时，RF为提高增益，RF的取值应选择尽可能大，放大器的输入偏置电流IB和输入失调电压VB对输出电压的影响分别为IBRF和，Rs为光电二极管内阻。可以看出，减小RF可以减少以上影响，但同时会减小电路的增益。解决这个问题需选择偏置电流和失调电压均很低的运算放大器。这里选用0PAlll型高精度运算放大器，其偏置电流约为0．8pA，输入失调电压约100μV。经过计算，RF的值取在几百MΩ范围内时，上述影响可以近似忽略，能够满足电路的要求。如图3.1所示。图3.1光电检测电路3.1.2音频报警电路设计报警电路采用CS9803GP芯片，该芯片采用CMOS工艺制造，体积小、成本低、调试时间短，采用该芯片设计的电路，能够提高整机的可靠性。盗情报警电路中采用红外传感器监测有人无人，盗情报警电路如图4所示，其中C6为红外探测器，若探测到有红外物体，则将信号输给CS9803，该芯片得到信号后，立即从11脚输出控制信号至无线发射器，无线发射器发出无线报警信号，通知控制电路，从而实现报警的功能。语音报警电路采用APR9600芯片，该芯片可以直接用普通驻极体话筒录音，直接推动8~16Ω喇叭放音，可以通过“OSCR”端的电阻设置调节录放音的时间长度和音质效果，通过拨码开关来选择分段控制方式，通过置拨码开关来选择录／放音状态，可以通过按键来实现开始、循环、停止录放语音等功能。如图3.2所示。图3.2报警电路3.1.3信号控制电路设计这一部分为整个系统的动作核心。当接收器接收到入侵信号，由于该信号非常微弱且夹杂有干扰信号，因此设计了特殊的信号处理电路（采用运算放大器，配合周边电路形成具有带通滤波器功能的放大电路）分离出电信号，并将其放大数千倍；通过参数的优化设计，配合比较器电路进一步消除流动热空气造成的干扰。然后对两级放大后分离出的热电信号进行分析判断。为防误动作，信号将与门限电平进行比较，产生高电平信号输出。最后将不同探头产生的信号通过或非门引入到单片机的INT1口，待中断以执行相应的动作；当没有中断时，系统处于待机状态，这样可以降低系统功耗。电路结构见图3.3。图3.3信号控制电路若干传感器信号滤波、放大电路双向比较电路或非门电路单片机外部中断1报警3.2整体电路与工作原理3.2.1整体电路总结前面的单元电路设计可以得到如图3.5所示的整体电路图。图3.5整体电路图激光监控报警电路由光电检测电路、语音报警电路、信号控制电路三部分组成。（1）光电检测电路包括整流和滤波两部分。（2）语音报警电路主要是由控制芯片74LS00，延时电路，继电器组成。（3）信号控制电路为整个系统的动作核心。3.2.2工作原理分析电路的核心是以N555及其外围阻容元件构成的锁相环电路。当其输入端3脚输入的信号与本身振荡信号的相位(频率)相一致时，其逻辑输出端8脚输出保持为低电平；当输入端输入的信号与其振荡信号相位不同时，其8脚输出为高电平。电路中采用了免调整的同频工作方式，利用锁相环电路本身的振荡信号(锁相环电路的工作频率由外围的R8、C8的参数来决定)同时作为激光器的调制信号，使收发电路工作于同一振荡频率上，工作方式更加简便可靠。当电路工作时，锁相环电路IC3的5脚输出的振荡信号，经R5输送到VT1放大后，推动激光器发出载有调制信号激光束。激光束在传播途径中经多次反射后，照射到接收部分的光电管VT2上并转变为交变电信号，该信号经R4、C4耦合到运放IC2的2脚上，通过IC2放大后输送到锁相环电路IC3的3脚。由于此信号的相位与锁相环电路的振荡信号完全一致，故经内部比较鉴别后，逻辑输出端8脚输出低电平，TV4截止，TV3导通，绿色发光管LED1点亮；而当有人侵入警戒区域时，激光器发射的激光束被遮挡，传播路径被中断，光电管TV2瞬间内不能接收到信号，此时锁相环电路的输入端没有信号输入，逻辑输出端8脚跃变为高电平，TV3截止，TV4导通，IC4的2、6脚变为低电平，由IC4等构成的单稳态延时电路翻转，其3脚输出高电平，红色发光管LED2点亮；同时，VT5导通，继电器J1吸合，接通告警电路——电铃RL及红色灯泡H发出声光报警信号，报警时间的长短由单稳电路的暂态时间来决定，按图中所注参数来计算，大约为50s。元器件选择：电路中，RL为220V交流电铃；H为220V红色灯泡，可以多盏并接；J1选用工作电压为6V的继电器，触点电流大于2A即可，其他采用的元器件多为常用元件，按标注参数选择即可。为确保电路工作可靠，最好加接直流电源，防止市电出现问题时报警电路失灵。第4章电路制作4.1器件选择表4.1器件清单买回元器件后，先检测其参数和性能，方法如下：电阻的检测：为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。根据电阻误差等级不同。读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。光敏电阻：用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近无穷大。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接项目代号名称型号、规格数量电阻器5R1RJ―0.5―1KΩ―±5%3R2RJ―0.25―30KMΩ―±5%1R3RJ―0.125―10KΩ―±5%1电容器3C1CD－2－10V－0.01μF－±5%1C2CD－2－25V－10μF－±10%2A激光发射头1B激光接收头1C无源蜂鸣器1D反光镜3近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。电容器：对于O.01μF以上的固定电容器。可用万用表的R×1k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容的容量。测试操作时，先用两表笔任意触碰电容的两引脚，然后调换表笔再触碰一次，如果电容是好的，万用表指针会向右摆动一下，随即向左迅速返回无穷大位置。电容量越大，指针摆动幅度越大。如果反复调换表笔触碰电容两