無線紅外周界報(bào)警器的設(shè)計(jì)

趙立瓊

（湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系，福建莆田351254）

隨著社會(huì)的發(fā)展，安全問題越來越為人們所關(guān)注。入室盜竊等行為直接威脅了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，而安裝安防報(bào)警裝置是有效解決這一問題的主要途徑。紅外報(bào)警器是一種使用較為普遍的安防報(bào)警器。紅外技術(shù)可分為主動(dòng)與被動(dòng)兩種，被動(dòng)紅外技術(shù)基本應(yīng)用于室內(nèi)防范，而主動(dòng)紅外技術(shù)不僅可用于室內(nèi)還可用于室外，并具有隱蔽性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)。如采用無線收發(fā)方式則還具有安裝方便、節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，使一些已成型的建筑物省去了再次布線的麻煩。同時(shí)，還可針對(duì)不同的使用環(huán)境來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置控制防范距離的遠(yuǎn)近和降低誤報(bào)率。相對(duì)電纜、光纖等形式的周界報(bào)警方式來說，是一種安裝和使用更為簡便的安防技術(shù)。

1 無線紅外報(bào)警系統(tǒng)整體方框圖與工作原理

1.1 整機(jī)方框圖

本設(shè)計(jì)是針對(duì)房屋周界安全的無線紅外報(bào)警器，其整機(jī)電路主要包括紅外對(duì)射電路、放大整形電路、編解碼電路、無線收發(fā)模塊、收發(fā)測試通道、信號(hào)鎖存及報(bào)警電路。在此力求該報(bào)警器具備以下特點(diǎn)：（1）良好的擴(kuò)展性，針對(duì)不同場合可進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；（2）編解碼靈敏度高，數(shù)據(jù)傳輸損耗??；（3）安裝和使用簡單。設(shè)計(jì)框圖如下：

圖1 紅外無線報(bào)警器整機(jī)框圖

1.2 工作原理

報(bào)警系統(tǒng)整體由紅外對(duì)射和無線收發(fā)電路兩部分組成。紅外對(duì)射負(fù)責(zé)安防監(jiān)控，無線收發(fā)組成信號(hào)傳輸。由于光線是直線傳輸，因此在發(fā)射端發(fā)射光束，中間如無遮擋，則接收端能收到正常的光束；當(dāng)有人經(jīng)過布防區(qū)域時(shí)，光束被遮擋，則接收端無法接收到正常光束，此時(shí)將產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)經(jīng)過放大、編碼等環(huán)節(jié)發(fā)射出去；而接收電路則通過解調(diào)、譯碼和聲光報(bào)警等環(huán)節(jié)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)為聲、光信號(hào)，從而達(dá)到無線報(bào)警的目的。

2 無線紅外報(bào)警器電路設(shè)計(jì)

2.1 整機(jī)電路設(shè)計(jì)

整機(jī)電路的工作過程主要為紅外對(duì)射和無線收發(fā)。如發(fā)射與接收編碼電路的編碼正確，且紅外對(duì)射電路正常情況下，發(fā)射端發(fā)射光束，中間如無遮擋，則接收端就能收到正常的光束，經(jīng)VT21、VT22兩級(jí)放大，D21、D22倍壓整流后形成一個(gè)直流控制電壓，驅(qū)動(dòng)VT23飽和導(dǎo)通后將使PT2262的數(shù)據(jù)腳D0為低電平，經(jīng)編碼后由無線發(fā)射模塊發(fā)射出去。當(dāng)PT2272接收到此信號(hào)經(jīng)譯碼后數(shù)據(jù)腳D0也相應(yīng)為低電平時(shí)，則不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。而當(dāng)紅外線被物體遮擋時(shí)，VT23截止，這時(shí)送給PT2262的數(shù)據(jù)腳D0則為高電平，經(jīng)編碼后由無線發(fā)射模塊發(fā)射出去，PT2272接收到此信號(hào)經(jīng)譯碼后數(shù)據(jù)腳D0相應(yīng)也為高電平，那么此時(shí)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。

2.2 紅外對(duì)射電路的設(shè)計(jì)

因熱釋電元件是被動(dòng)式紅外探測器的溫度敏感元件，此種探測器在室內(nèi)應(yīng)用效果較好，在室外卻會(huì)產(chǎn)生較高的誤報(bào)率，所以采用主動(dòng)紅外對(duì)射作為探測器的監(jiān)測部分。紅外發(fā)射電路由多諧振蕩器（VT1、VT2）作為紅外線發(fā)射端的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管IR204，向布防區(qū)內(nèi)發(fā)出紅外線，接收端利用專用紅外線接收管對(duì)發(fā)射的紅外信號(hào)進(jìn)行接收。

圖2 紅外對(duì)射電路

2.3 放大整形電路

放大整形電路主要由VT21、VT22、D21和D22等元件構(gòu)成。當(dāng)紅外接收管接收到正常紅外信號(hào)時(shí)，先經(jīng)VT21、VT22兩級(jí)放大，再由D21、D22倍壓整流形成直流控制電壓后，驅(qū)動(dòng)VT23飽和導(dǎo)通，如紅外接收管未接收到紅外信號(hào)則VT23截止。

圖3 放大整形電路

2.4 編解碼電路及SP無線收發(fā)模塊

2.4.1 編解碼電路設(shè)計(jì)

編解碼電路由PT2262／PT2272來實(shí)現(xiàn)。PT2262可用于無線遙控發(fā)射電路，同時(shí)具有傳輸距離遠(yuǎn)和能實(shí)現(xiàn)鎖存的功能。編碼PT2262和解碼PT2272的第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地，地址編碼不重復(fù)有6 561組［1］。在設(shè)計(jì)中先取出1腳接正電源，其他7腳懸空作為當(dāng)前固定的編碼，還可以進(jìn)行6 560次不同的編碼。

2.4.2 SP無線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)

SP無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用調(diào)幅AM的通訊方式，工作頻率為315MHZ／433MHZ。其中發(fā)射端工作電壓為直流3～12V，接收端工作電壓為直流5V，以TTL電平為輸出方式。當(dāng)發(fā)射電壓為3V時(shí)，空曠地傳輸距離約20～50米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓5V時(shí)約100～200米，當(dāng)電壓9V時(shí)約300～500米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時(shí)，為最佳工作電壓且具有較好的發(fā)射效果。SP數(shù)據(jù)模塊采用ASK方式調(diào)制以降低功耗，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)停止時(shí)發(fā)射電流降為零。數(shù)據(jù)信號(hào)與DF發(fā)射模塊輸入端可用電阻或直接連接但不能用電容耦合，否則DF發(fā)射模塊將不能正常工作。數(shù)據(jù)電平應(yīng)接近DF數(shù)據(jù)模塊的實(shí)際工作電壓，以獲得較高的調(diào)制效果。

圖4 編碼與發(fā)射電路

圖5 編碼與接收電路

2.5 收發(fā)測試通道

在此為了便于測試和擴(kuò)展多條報(bào)警電路，所以發(fā)送端信號(hào)由PT2206的使能端控制，在發(fā)送模塊電源端增加指示燈作為發(fā)射指示。而接收模塊PT2272的17腳增加指示燈作為接收指示。由PT2262／2272的數(shù)據(jù)腳D1至D3組成三個(gè)測試通道，對(duì)無線發(fā)送和接收進(jìn)行測試。當(dāng)二者編碼正確時(shí)按下發(fā)射電路A鍵此時(shí)接收電路A指示燈亮，說明接收正常。另外兩個(gè)通道B、C與A通道一樣，這三個(gè)通道可擴(kuò)展為另外三條報(bào)警電路，與數(shù)據(jù)D0組成的報(bào)警電路相同（如圖4、圖5所示）。

2.6 信號(hào)鎖存及報(bào)警電路

圖6 信號(hào)鎖存電路

信號(hào)鎖存主要是由CD4011組成的RS觸發(fā)器鎖存電路。Q＼初態(tài)為1，所以當(dāng)接通電源時(shí)就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，此時(shí)可通過復(fù)位鍵S31復(fù)位停止報(bào)警。當(dāng)PT2272的數(shù)據(jù)腳D0有送出報(bào)警信號(hào)時(shí)，經(jīng)過RS鎖存器鎖存后，Q＼一直都為高電平以驅(qū)動(dòng)VT31飽和導(dǎo)通使得報(bào)警電路工作。如要取消報(bào)警可通過復(fù)位鍵S31復(fù)位，則VT31截止，報(bào)警電路停止工作。此時(shí)，報(bào)警電路設(shè)有聲、光同時(shí)報(bào)警功能。

圖7 信號(hào)鎖存及報(bào)警電路

2.7 電源電路

電源電路主要采用降壓方式供電，220V交流市電接于進(jìn)線端子上，經(jīng)C33、R41、D37、D38、D39、 D40組成的降壓整流電路后，在Z31上形成9V左右的直流電壓，再經(jīng)三端穩(wěn)壓集成電路U34穩(wěn)壓后，輸出穩(wěn)定的5V工作電壓為整機(jī)電路提供電源。

圖8 電源電路

3 設(shè)計(jì)應(yīng)用說明

在安裝使用過程中，發(fā)射端和接收端不能一直處于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。否則將造成接收時(shí)間延遲、脈寬太長接收信號(hào)幅度太弱，以致無法接收到信號(hào)的結(jié)果。應(yīng)把PT2262的發(fā)射啟動(dòng)端TE＼固定接地改為脈沖進(jìn)給，使得發(fā)送與接收是以連續(xù)的形式進(jìn)行，而且脈沖的進(jìn)給頻率要快才能達(dá)到最佳效果。此時(shí)如按下測試按鍵就能瞬間獲得接收信號(hào)，靈敏度將達(dá)到理想效果。同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境來調(diào)整電壓的大小以改變報(bào)警器的靈敏度。如電平足夠控制PT2262的數(shù)據(jù)腳D0發(fā)射條件，就可以產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，使得報(bào)警電路工作。

4 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)的無線紅外周界報(bào)警器主要集中于紅外接收與無線數(shù)據(jù)的傳輸上。由于采用了硬件編解碼電路和專用的無線接收模塊，因此可靠性較高，且能實(shí)現(xiàn)較高的報(bào)警靈敏度，可在瞬間報(bào)警。但同時(shí)在自動(dòng)化控制方面還有待改進(jìn)，使其數(shù)據(jù)的采集傳送能由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制一體化，進(jìn)一步促進(jìn)無線紅外報(bào)警技術(shù)的發(fā)展。

［1］皇甫玉宛.一種新的紅外線探測報(bào)警器的設(shè)計(jì)［J］.科技信息，2011（14）：337－379.