AT89S51单片机防盗防火报警器的设计+仿真图(4)
3 主要模块介绍
3.1 防盗模块
3.1.1 热释电红外传感器基本性能
热释电红外传感器通常由热释电电极、氧化膜、晶体、衬底、FET和负载电阻等主要部分组成，热释电晶体通常为压电陶瓷PZT(锆钛酸铅)，在晶体上下两表面各设置电极，再在上表面涂一层黑色氧化膜用来提高转换效率。热释电晶体的等效电路是电流发生器，在它的负载电阻上添加一个并联电容器，其输出高阻抗，通常有10K—47K，且输出电压信号十分微弱，所以在管内附有场效应管FET（Field Effect Transistor）放大器和电阻厚膜，使得阻抗能够变换。在管壳顶端装有滤光镜，用来选择和接收不同波长的光。窗口上所装滤光镜使得不需要的红外线无法进入传感器。通常热释电红外传感器在光谱范围内的灵敏度是相当平坦的(并且不受可见光的影响)。
通常采用硅聚乙烯（Silicone Crosslinked Polyethylene ）滤光镜，它能检测出物体放所释放红外线的能量变化，而不需要直接接触，并将其转换为电信号。传感器探头装有菲涅尔透镜(Fresnel lens)。由于人类所发射红外线频率范围在0.1-10Hz之间，所以我们需要对人体活动频率增频，而菲涅尔透镜是一种多面反(折)射镜，十分理想。当人体进入菲涅尔透镜的一个视场时，就会在热释电传感器上产生一个交变的红外辐射信号，使得传感器电路产生一个微弱的电压信号。
热释电红外传感器通过接收活动着的人体所辐射出的特定波长的红外线，可将其转化为与人体距离、运动速度、运动方向等有关的低频电信号。从热释电传感器的特性可以得出：电压响应度与入射光辐射的变化频率成反比，因此当恒定的红外线照射探测器的时候，传感器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射将不被检测到，但是若物体移动速度越快，入射功率相同的情况下，所得到输出电压将会越小，只当达到报警阈值时，传感器输出电压信号。根据这一特性，所选用的热释电红外探测器十分适用检测盗窃信号。
传感器的原理图如图3.1.1所示，当有人进入警戒区后，人体自身温度将使环境温度辐射场改变，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到是人体温度与背景温度之间的差异，并将其作为原始信号，同时在负载电阻上产生电信号，而此电信号的大小，则决定于元件对于温度变化反应速度的快慢。通过比较器与状态控制器产生相应的电压信号U0作为输出信号 。
图3.1.1 热释电红外线探测器原理图
红外线波长大约在0.76~1000μm之间。物体发射出的辐射红外线，最长波长与其温度之间的关系满足λm*T=2989（um*k）其中λm是最长波长，T是绝对温度。正常人体温度约为36~37.5ºC，即309~310.5K，其所发射辐射的最强的红外线波长λm=9.67~9.64um中心波长为9.65um。
红外发信号收的方式有两种，即主动式和被动式。主动式需要被接受红外信号和相应的接收或读取装置，红外线的发射光路和接收光路，依靠反射或对准的方式进行。为了增加监控距离，可以相应增加发射功率，已经提高接收灵敏度。主动方式最大的缺点是无法将运动着的生物和非生物加以区分，只要红外光路或红外线束被遮挡，则必然会触发误报。若有飞过的球等物体，都可能导致误报。
被动式红外传感技术是利用红外敏感元件，将生物体活动发出的微弱红外信号转换成相应的电信号，并将其放大和处理，对被控的对象进行监控。它的优点是可以准确的将运动着的生物体和非生命物体加以区别。同时，它还具备监控范围广、隐蔽性好、抗干扰能力卓越和不易误报等优点。综合考虑以后，本课题决定采用被动式红外传感器作防盗检测传感器。