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主动红外入侵探测系统研究与设计

作　者: 杨旺严
导　师: 马国欣
学　校: 华南理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 主动红外入侵探测电源调制自适应
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

应用于安全防范的入侵探测器技术分为主动和被动两大类。常用的主动探测技术主要是光幕结构,该结构简单可靠,但需要发射和接收单元分离,安装时线缆设置受环境限制,不便于快速布防；而常用的被动式入侵探测,如热释电远红外探测技术,安装便利,隐蔽性好,但受环境温度影响大,当物体温度与环境接近时,探测器往往失效,该探测方式的探测距离与被探测目标的自身热辐射强度有关,在复杂环境下使用的不确定性很大。因此发展一种新型的探测方式、克服上述存在不足就显得十分必要。在周界入侵防范应用的诸多探测介质中,主动红外线防范介质以其视觉不可见、环境与目标不相互联、对人体无伤害等特性占有显著优势；此外还有重量轻、功耗低等优点,是安防技术中常用的探测介质。通过分析红外入侵探测系统的工作原理,针对被动红外入侵探测器受气候,背景、距离、物体辐射率等因素影响较大问题,提出了一种主动式红外探测系统设计方案,并进行了仿真和基本应用研究。该方案结合目前常用的主动和被动探测的优点,除了一般民用场合的安全防范外,还可能用于部队警戒的辅助布防。结合本人工作经验,当前部队很多重要场所如兵器室、弹药库、油库、通外道路等仍主要是以卫兵值守为主,在一定程度上难免会出现疏忽和漏洞,如果结合主动红外入侵探测器等各类电子防范技术的使用,防止不法分子抢夺武器弹药,制造恐怖事件,提高边境管控的范围、扩大管控空间,进一步缩短发现险情后处理问题的时间,增强部队的快速反应能力,必将起到积极的推动和促进作用。论文主要工作包括：1、提出适用于复杂环境的主动红外探测系统方案,该方案的工作波长位于近红外波段,设计了相应的红外光学系统。2、具体电路实施时,基于反射探测的系统采用了脉动电流驱动光源技术。脉动电流驱动方式较传统的平均电流驱动方式有探测距离远、抗干扰性强和大大降低红外发射管功耗等优点。利用NE555芯片来设计多谐振荡器,通过调整外部电容与电阻的参数来实现满足发射脉冲所需的频率要求,这比用单片机时钟功能编写程序来实现要有优势；并对红外摄像系统提出了设计方法。3、研究了基于调谐占空比的自适应技术。基于红外发光二极管的发射功率与其脉冲峰值电流成正比,而脉冲峰值电流又与发射脉冲的占空比有一定的关系,以反相器74LS04作为触发开关,通过单片机来控制多谐振荡器的可变电阻阻值来改变脉冲信号的占空比从而达到了改变红外发射脉冲的峰值功率的效果。4、由于红外探测器接收到的红外信号十分微弱,极易受外界和系统噪声干扰,为此采用高精度、低噪声、低漂移的模拟放大电路,将探测器输出的光电流转换成一定幅度电压,然后经过滤波电路对输出信号进行粗略的带通滤波处理,抑制和滤除部分干扰和噪声信号,再经锁相放大电路对交变信号进行相敏检波,大幅度地抑制噪声和有效地提高探测灵敏度和信噪比。最后信号经过A/D转换电路送入单片机控制系统。5、对系统的硬件和软件进行实验测试和模拟仿真,对信号的波形进行了误差分析,并针对一些存在问题提出了相应的解决方案。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 引言  12-14
    1.1.1 主动红外入侵探测系统的发展现状  13
    1.1.2 课题研究背景及意义  13-14
  1.2. 入侵探测器及其种类  14-20
    1.2.1 激光入侵探测器  14-15
    1.2.2. 红外入侵探测器  15-16
    1.2.3 微波入侵探测器  16-18
    1.2.4. 玻璃破碎探测器  18-19
    1.2.5. 振动入侵探测器  19
    1.2.6. 双鉴入侵探测器  19-20
  1.3 论文的主要研究内容  20-22
第二章主动红外入侵探测方法及设计方案  22-30
  2.1 红外辐射及红外光谱  22-23
  2.2 主动红外入侵探测器的工作原理  23-24
  2.3 红外探测器的特性参数  24-28
    2.3.1 响应率  24-25
    2.3.2 噪声等效功率和探测率  25-26
    2.3.3. 时间常数  26-27
    2.3.4. 光谱响应  27-28
  2.4 系统的整体设计方案  28-29
  2.5 小结  29-30
第三章硬件模块组成与信号采样处理  30-54
  3.1 红外发射器的组成  30-38
    3.1.1 红外发光二极管驱动电源模块  31-32
    3.1.2 红外光束脉冲编码与发射效率  32-33
    3.1.3 发射器及发射电路  33-38
  3.2 主动红外接收系统的组成  38-50
    3.2.1 接收红外光学系统  38-40
    3.2.2 红外光电转换器  40-42
    3.2.3 主动红外接收系统信号处理  42-50
  3.3 A/D转换与微控制器的接口设计  50-52
    3.3.1 ADS7841的主要特点和引脚功能  50-52
    3.3.2 ADS7841与单片机的接口电路  52
  3.4 声光报警电路  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第四章自适应功能及软件实现  54-65
  4.1 自适应功能设计  54-56
    4.1.1 气体的红外散射与吸收  54-55
    4.1.2 占空比可调的多谐振荡器  55-56
  4.2 各功能实现的软件设计  56-60
    4.2.1 软件开发环境  56-57
    4.2.2 单片机AT89C52介绍  57-60
  4.3 系统程序设计  60-64
  4.4 本章小结  64-65
第五章应用研究及分析  65-72
  5.1 系统调试  65-66
  5.2 实验模拟  66-69
  5.3 实验结果与分析  69-71
    5.3.1 测试信号波形图  69-70
    5.3.2 误差分析  70-71
  5.4 本章小结  71-72
总结与展望  72-74
参考文献  74-78
附录  78-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85-86
附件  86

主动红外入侵探测系统研究与设计

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