红外线地下停车场汽车管理防盗系统.docx

摘要本设计介绍了一种采用热释电红外传感器，以AT89C52单片机为核心设计地下停车场汽车管理防盗系统，对小区地下停车场汽车出入进行监控管理。以达到汽车的停放管理以及防止汽车被盗的目的。关键词：停车场；管理；热释电红外传感器；单片机；报警系统AbstractThe paper has introduced a kind of managing theftproof system of infrared sensor which use heat to release electricity and take AT89C52 single chip microprocessor as the core to design underground parking pot. It can supervise and control the underground parking pot of the city districts. It can reach the purposes such as parking and managing cars, preventing cars from being stolen.Keywords：parking lot；management；pyroelectric infrared sensor；single chip microprocessor；single chip microprocessor;alarming systemIII目录摘要Abstract 引言 1第一章 选题说明21.1选题背景21.2课题研究的目的、意义31.2.1课题研究的目的 31.2.2课题研究的意义 4第二章 系统分析及方案论证52.1课题分析方案可行性讨论52.2问题的分析52.2.1检测部分52.2.2电源部分52.2.3显示部分52.2.4单片机部分62.2.5报警部分62.3电子部分方案比较与分析62.3.1检测部分62.3.2电源部分72.3.3显示部分72.3.4报警部分82.4最终方案的确定 10第三章 停车场管理防盗系统单元电路设计与实现 113.1系统原理方框图 113.2电子部分 113.2.1红外发射 113.2.2红外检测 123.2.2.1热释电红外红传感器工作原理 123.2.2.2热释电红外传感器处理芯片CS9803GP的原理及应用 163.2.2.3红外线检测的应用 173.2.3单片机部分 173.2.3.1 单片机系统概述 173.2.3.2 AT89C52的主要特点及功能 223.2.4电源部分233.2.5显示部分233.2.5.1 LED显示原理 233.2.5.2 I/O端口的扩展273.2.6报警部分28第四章 软件设计32第五章 设计总结33致谢 34参考文献 35附件37引言引言随着社会的发展，城市人口日益增多，楼房和车辆也越来越多。随着小区用户车辆的急剧增长，小区停车问题也就逐渐成了一个十分重要的问题。因此，汽车的迅速普及，对汽车的相关设施也提出了新的要求。小区是汽车相对集中的地方，若小区的停车场仍按以往的手工作业管理，既耗费大量的人力物力财力。又很难提高实际工作效率。由于智能小区人员出入量大，闲杂人员的进入难以控抽，临时车辆进入时手续繁杂，小区内车辆易发生丢失，小区内停车安全很难得到保障，而且很多情况下不能事先控制治安案件的发生，若发生车辆被盗等事件，往往没有任何记录。保安又不能够对小区所有进出人员和车辆进行识别和记录。所以，对小区的停车场采取一种比较先进的管理模式是非常有必要的。目前，我国停车场自动管理防盗技术已逐渐走向成熟，停车场管理防盗系统向大型化、复杂化和高科技化方向发展。一套高效快捷、公正准确及科学经济的停车场管理手段，是停车场对车辆实行动态和静态管理的综合，对停车场汽车管理防盗起着巨大的作用。从用户的角度看，其服务高效，收费透明度高，准确无误；从管理者的角度看，其易于操作维护，自动化程度高，大大减轻管理者的劳动强度。世界上任何先进技术的应用无一不是社会进步的标志和社会发展的需求。停车场的智能化建设也一样，随着社会的进步和发展，人们的生活方式发生着深刻的变化。城市的交通拥挤便是这种变化引起的现象之一。城市由于交通设施的增加造成的交通拥挤甚至混乱给人们的生活带来极大的不便，这种不便迫使人们去寻找高技术的有效手段去解决这种不便。智能化的停车场就是顺应这一时代需求的高技术产物。这不仅可以有效地解决乱停乱放造成的交通混乱，而且可以促进交通设施的正规化建设，同时也尽可能地减少车主失车被盗的忧虑。另外，在技术方面，其高技术性匹配于现有其他智能化系统，具有很好的开放性，易于与其它智能化系统组合成更强大的综合性系统，顺应各种综合方式的高级管理。先进可靠的停车场收费系统在停车场管理系统中的作用越来越大。 感应卡停车场电脑收费管理系统是目前国际上最先进的电脑收费管理系统之一，具有方便快捷、收费准确可靠、保密性好、灵敏度高、使用寿命长、形式灵活、功能强大等众多优点，是磁卡、接触式IC卡所不能比拟的，它将取代磁卡、接触式IC卡而成为新一代的主流。系统以非接触式IC卡为信息载体，通过IC卡刷卡记录车辆进出信息，利用计算机管理手段确定停车计费金额，结合工业自动化控制技术控制机电一体化外围设备，从而控制进出停车场的各种车辆。本文介绍了一种采用热释电红外传感器，以AT89C52单片机为核心设计地下停车场汽车管理防盗系统，对小区地下停车场汽车出入进行监控管理以及防止汽车被盗。1 第一章 选题说明第一章 选题说明1.1选题背景随着中国城市现代化、国际化的发展及人民生活水平的不断提高，私人购车大幅度增加，中国汽车保有量不断攀升。据统计，我国城市小汽车近年来每年以15的速度增长，到2010年，有人预计全国城市小汽车拥有量将达到1400万辆，其中大城市将达到1000万辆，这使得原本车位紧缺的地面停车场显得更加捉襟见肘。据有关专家介绍，车辆泊位的合理状态为1：1.15。即每辆车有一个泊位，外加工工业5%的周转量。而事实绝大多数城市都不同程度地存在着停车泊位严重的问题，并且随着我国人均汽车保有量的不断增加和私人轿车产销两旺的热度不断升级，停车的矛盾在各大城市将会日益突出。由于汽车数量的急剧增加和停车问题的日渐严重，停车场的高效优质便成为解决这一问题的一个重要环节，而一套先进的停车场智能管理系统将为停车场服务带来革命性的飞跃。停车场管理防盗系统涉及到的技术层面、范围非常广泛，包括电子、计算机、通讯、机电、网络等技术，其复杂程度甚至高于安防系统中的其它系统，如门禁、CCTV、报警等。目前，国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础。目前处于世界先进水平的AKT2000图像对比型感应式IC卡电脑收费管理系统。深圳市奥凯特科技有限公司研制开发的AKT2000感应式IC卡停车场电脑收费管理系统，具有方便快捷、收费准确可靠、保密性好、灵敏度高、使用寿命长、形式灵活、功能强大等众多优点，是磁卡、接触式IC卡所不能比拟的，它将取代磁卡、接触式IC卡而成为新一代的主流。国内大型停车场主要是采用智能卡识别技术（如非接触IC卡与非接触电子标签），这与欧美有些国家不同。目前欧美很多国家还是沿用纸票作为车辆进出场的凭据。原因是自动吐票系统的纸票材质为可回收的环保材料热敏纸，一次性使用，符合国际卫生标准，并且不怕变形、不怕褶皱、不怕沾湿，而卡片形式的IC卡则要反复循环使用，不符合国际卫生标准，并且塑料材质的IC卡在阳光下曝晒或经过几个月的使用磨损后，会产生变形导致经常不能自动出卡的故障。其次，纸票的成本极低，不会被恶意偷窃，而IC卡成本很高，经不起频繁的丢失和损坏；使用热敏纸卷的自动出票机容量很大（5500张纸票/每卷），可以连续使用很长时间也不用打开机箱换纸，如半个月或一个月才换一次纸，从而保护了设备，而使用塑料IC卡的自动出卡机因卡仓容量有限（250张左右），需要频繁地打开机箱装卡，如一天装一次或一天装几次，容易损坏设备。一套停车场管理系统的价值不在于采用哪种识别技术，不管是采用磁卡还是IC卡，近距离还是远距离RF射频识别车场管理者看重的不是这些。系统稳定可靠、能正常运行，而不出故障，这才是用户的首要要求，也是一套停车场系统的重中之重。而安全是停车场管理的目的之一。对车主来说，只要求能保证他们的车辆从进入车场的那一刻开始到离开车场的安全。在保证车辆停放安全方面，目前常使用的是图像对比技术，图像对比设备包括安装在管理计算机内的一套图像对比套件及安装在出入口的两台抓拍摄像机。图像对比设备将每辆车的进出图像实时显示在管理计算机屏幕上，收费员可以及时知道当前要出场的车辆是否与进场时的车型一致，并且当车主遗失停车凭证时，可以通过进场图像解决争端。抓拍到的图像可以长期保存在管理计算机的数据库内，方便将来查证。另外一种是车牌识别技术，当车辆进入车场时，系统自动抓拍车辆的车牌，利用车牌定位技术、光学字符识别技术（OCR）读取图像中的车牌号码并保存。在出场时，再抓拍并提取车辆的车牌号码进行自动比较。车牌识别技术还受一定环境因素的影响，如天气情况（有雨、雾等），就不便于辨别非常清晰。 在停车场的信息化中，涉及停车场车位管理的信息化、车主管理的信息化、停车信息管理的信息化，做好信息化工作利于提高停车场的管理效率，提升停车场的竞争力。要提高竞争力，既要有好的硬件环境，同时也要有好的客户服务，而要实现这些目标的办法就是信息化。针对停车场过程中的一些信息，对其进行信息化处理。现在各种停车场软件的优点及不足。比如有些传统停车场软件是为替代手工录入，从传统数据记录中产生的，这些软件面对Internet及电子商务迅猛发展的网络经济时代显得如此脆弱而只能望洋兴叹！  1、体系封闭，无法实现网络化管理，更无法支持电子商务。传统软件由于产生的技术背景落后，无法实现网络化管理或只支持局部网络应用，更无法支持电子商务，不能适应网络时代企业的需求。  2、信息单一、落后且缺乏前瞻性，由于技术方面的限制，传统软件无法做到库存信息的实时动态处理、事前的预测并提供前瞻性信息。  3、对管理考虑甚少。软件依旧没有摆脱传统束缚，以对外报告为其存在目的。 停车场管理系统应用的领域很广泛，如应用于中小型商业收费停车场（酒店、写字楼、商场、剧院配套）、大型或超大型商业收费停车场（机场、体育场、展览中心）、小区停车场等等，但不同的停车场对系统软、硬件要求就有所差异。1.2课题研究的目的、意义1.2.1课题研究的目的随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们的生活水平得到很大的提高。汽车数量也随之增长很快，并已逐步进入家庭。因此合理的停车场设施与管理防盗系统不仅解决城市的市容与交通及管理收费问题，而且是智能大厦或小区正常运营和加强安全的必要设施。地下停车场的主要功能是管理防盗，主要由地下停车场管理防盗系统实现。查阅红外防盗方面的相关资料，了解此方面原理及发展状况。掌握红外发射与接收技术，在设计过程中深化本专业知识,提高综合动手能力。采用热释红外元件设计红外线地下停车场汽车管理防盗系统，对小区地下停车场汽车进行安全监控，保证车主的车从进入车场的那一刻开始到离开车场的安全。1.2.2课题研究的意义现在我国的一些停车场管理防盗系统还停留在纸介质或半自动的基础上，这样的机制已经不能适应时代的发展，因为它浪费了许多人力和物力，在信息时代这种传统的管理方法必然被计算机为基础的信息管理所取代。软件作为一项有力的工具，只有当此种工具，与我们的实践相结合起来的时候，才具有重大的社会价值及使用价值。因此根据智能大厦或小区目前实际的停车场管理情况开发一套停车场管理系统是十分必要的。 在研究和设计过程中，结合本专业知识，开发新结构，设计新线路，可加深对知识的理解和综合应用能力，增进对电子技术了解，并对电子设计有更深层次的理解，从而为以后的工作打下良好的基础。研究的成果具有较高的实用性，针对小区地下汽车停放得到更好的管理防盗。41第二章 系统分析及方案论证第二章 系统分析及方案论证2.1课题分析方案可行性讨论为了完成本课题红外线地下停车场汽车管理防盗系统，经过考虑论证，决定分为以下几个阶段进行：1.对课题进行全面的分析，明确系统要实现的功能，大致了解要解决的问题，制定总的设计方案；2.根据论证设计硬件系统；3.在硬件的基础上设计软件程序；4.利用仿真器连接到硬件系统上组成实际系统，进行在线调试；5.把调试成功的程序利用烧入器烧入到芯片中去；6.把固化好程序的芯片插入到实际应用系统，投入到实际使用。2.2问题的分析本课题包括电子部分的四个小部分，其中单片机是实现功能的核心，而检测部分（红外发射、接收）、显示部分和报警关系到整个停车场管理防盗性能的好坏，对车辆的进出，稳定性可靠性能完全依靠该部分检测的准确度，进而向值班室传送准确的信号。由此可见，整个小区地下停车场汽车管理防盗系统的设计工作应该综合考虑多方面因素。根据本设计要实现的功能，考虑到硬件电路的复杂度，软件的易实现等情况来进行结构的设计工作。由此，在一些主要部分提出了一些可行性方案，进行分析对比，完成了整个系统的设计工作。2.2.1检测部分本部分主要是红外发射、接收。主要任务是检测当汽车在地下停车场停稳后（汽车进场时要有位置要求），红外发射器发出的红外信号被汽车车牌反射，此状态信号发送至保安，告知此车进场；当汽车在地下停车场开出后，发出的红外信号没被反射，此状态信号发送至保安，告知此车开出，在车出门时，保安认定。2.2.2电源部分本部分的主要任务是给单片机、红外热释电传感器等供电。 2.2.3显示部分本部分可用数码显示或灯箱显示，数码管显示车位号表示此车位有车进入或有车在,没有显示即表示此车位有车开出或为空。2.2.4单片机部分本部分为整个装置的主体部分，控制显示输出及控制声光报警。2.2.5报警部分本部分利用红外接收器接收到人体发红外信号，报警器报警。2.3电子部分方案比较与分析2.3.1检测部分：方案一：主动式红外探测。工作原理：主动红外探测将发射器和接收器分别安装于警戒线的两端，发射器发射出一串红外光由接收器接收，如中间任意处被遮断，报警器就发出报警信号。采用双光路的主动式红外报警器可大大提高抗噪误报的能力。目前直线探测距离可达到室内750m，室外250m.。本设计可利用汽车阻断红外接收。当红外接收器接收到红外信号时，此信号发送到值班室，告诉保安此车位是空的；当有汽车停放在此车位时，汽车阻断了红外线，接收器接收不到红外信号，此信号发送到值班室，告诉保安此车位有车在，当汽车开出后，红外接收器接收到红外信号，此信号发送至保安室，告诉此车开出，在车出门时，保安认定。其优点是简单，易于实现。只要设定车至少须停在离接收器多远就行了。方案二：利用反射式红外发射。当汽车在地下停车场停稳后，红外发射器发出的红外信号被汽车车牌反射，此状态信号发送至保安，告知此车进场；当汽车在地下停车场开出后，发出的红外信号没被反射，此状态信号发送至保安，告知此车开出，在车出门时，保安认定。此方案需考虑每辆车的车牌宽度、离地面的高度及车牌号码、车牌的尺寸等因素来设置停素（对于标准车牌，字符间间距为12mm，第2、3个字符间间距为34mm，其中，中间小圆点10mm宽，小圆点与第2、3个字符间间距分别为12mm。车前牌照的尺寸均为长44cm，宽14cm，共有7个或8个字符）。牌照上都有白色部分，不是白字就是白底，这就可以由白色部分反射红外线。但是要根据汽车车牌的位置：离地高度H，离左轮或右轮的距离L及牌照白色部分，来安装红外发射器和接收器，以及汽车要停在哪个位置，用涂料作出记号。如作左车轮记号，车主每次停车必须要将车的左车轮压住涂料线，右车轮也可以，或两轮都作记号亦可。但此方案在车牌倾斜或车牌掉色或有污垢都会影响红外线反射，红外接收器KDS9就不能正常接收红外发射器发射的红外线。方案三：利用反射式红外发射。利用地面作为反射媒介。当车位空时，红外发射器发出的红外线经地面反射，反射的红外线被红外接收器接收，此信号发送至保安室，说明此车位空；当此车位有车开进时，发射器发出的红外线因被洗车顶阻隔，此时接收器接收不到红外反射来的红外线，或者没有红外反射，此信号发送至保安室，告知，此车位有车进。此方案需要考虑车顶因素，容易受非平面车顶导致的杂散红外线引起的误判断。 综上所述三种方案优缺点比较，宜采用方案一：利用主动式红外探测。但本设计任务要求利用车牌反射红外线，故在本设计中采用方案二。2.3.2电源部分方案一：采用220V交流电转5V直流电变压器，给单片机、热释红外电路等供电。 电路图如下：方案二：直接采用5V电源供电或用电脑USB插口给单片机、热释电红外元件等供电。此方案现成，较方案一简便实用。2.3.3显示部分单片机应用系统中，显示器是最常用的输出设备。常用的显示器有：发光二极管显示器（LED）、液晶显示器（LCD）和荧光管显示器。目前，很多公共场合逐渐使用简易的CRT接口，显示一些汉字及图形。前三种显示器都有两种显示结构：段显示（7段、“米”字形等）和点阵显示（5×7、5×8、8×8点阵等）。而发光二极管显示又分为固定显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分。用单片机驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，有静态显示和动态（扫描）显示（在第三章将会作详细的介绍），按译码方式可分硬件译码和软件译码之分。硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。软件译码是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。比较常用的显示驱动芯片有：74LS164 , CD4094+ULN2003(2803) ,74HC595+ULN2003(2803) ,TPIC6B595,AMT9095B, AMT9595等许多。另外，市场上还有一些专用的LED扫描驱动显示模块如MAX7219等，功能很强，价格稍高一些。也可采用灯箱显示如下图所示。每个灯上面标有车位号，若有车进入，此车位的灯亮；若车开出或无车，此车位的灯不亮。此种显示方法比较简单。2.3.4报警部分采用被动式热释电红外探测器，这种热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于自动控制、接近开关、遥测等领域。用它制作的防盗报警系统与目前市上销售的许多防盗报警器材相比，具有以下特点：不需要用红外线或电磁波等发射源。灵敏度高、控制范围大。隐蔽性好，可流动安装。因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理及特性：红外探测报警以探测移动人体辐射的红外线为目标。它由红外探测器和信号处理电路，声光报警电路组成。（若采用无线方式，还要包括报警信号的编码、发射及接收、解码电路）红外探测器作用是将移动人体的红外辐射聚焦到传感器上来，通过内部光敏元件把接收到的红外能量转换成电信号输出。信号处理电路把微弱的电信号进行放大，并把有用的信号从各种干扰信号中检出。声光报警电路负责输出各种声光报警信号。人体都有恒定的体温,一般在37 ,所以会发出特定波长10m左右的红外线,在远红外区。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10 m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10 m左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。(1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10 m左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。(3)被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。(4)一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。(5)菲泥尔滤光片根据性能要求不同,具有不同的焦距(感应距离) ,从而产生不同的监控视场,视场越多,控制越严密。方案一：采用热释电红外元件CS9803、KDS9组成防盗报警电路。电路图如下：接通电源后，电路即处于开机延时阶段，热释电红外传感器KDS9加电预热45s。延时结束后，电路便进入自动探测状态。此时，如果有人进入防盗监视区，则人体辐射出的红外线就会被KDS9探测到，并经KDS9转换为幅度为1mV、频率为0.37Hz的微弱信号。该信号直接输送到IC2的脚，经IC2内部放大及处理后，从IC2的脚输出一控制信号，使VT1 饱和导通，继电器K1得电吸合，其常开触点K11闭合，使高响度扬声器发出报警声。方案二：由热释电红外配套元件CS9803和KDS9、单片机、声光报警部分组成。当晚上有人进入红外监视区，人体发出的红外线被红外探测器KDS9接收，此信号经热释电红外元件CS9803转换,然后将信号传输到单片机上，在单片机内，经软件查询、识别判决等实时发出报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟一段时间后自动解除。2.4最终方案的确定通过对上述多种结构的比较和考虑，我们决定采取如下的方案来进行红外红地下停车场管理防盗系统设计：检测部分：采用CS9803GP高性能热释电红外电路和KDS9人红外热释电探头单片机部分：采用ATMEL公司的单片机AT89C52语音部分：采用美国ISD公司单片语音处理大规模集成电路ISD系列的ISD1420电源部分：直接采用5V电源供电或用电脑USB插口给单片机、热释电红外元件等供电。防盗报警部分：采用CS9803GP高性能热释电红外电路和KDS9人红外热释电探头,单片机控制声光报警。第三章 停车场管理防盗系统单元电路设计与实现第三章 停车场管理防盗系统单元电路设计与实现3.1系统原理方框图3.2电子部分3.2.1红外发射红外发射电路设计多种多样，其电路有直流电流驱动电路、交流电流驱动电路和脉动电流驱动电路三种。按照构成发射电路所用之器件的不同，可分为分立元件组成的发射器电路、以通用集成电路为核心组成的发射器电路和由专用红外集成电路构成的发射器电路等。本设计采用CD4069六反向器中的两个非门组成的多谐振荡电路，其振荡频率调整在3840kHZ，经VT1驱动，红外发射管发出3840kHZ的红外光线。振荡频率的调整由R3担任，其他无需调试。电路中F1、F2为CC4069六反向器中的两个反向器。其余四个反向器闲置不用，但其输入因脚不能悬空，可全部接地或接电源正。3.2.2红外检测3.2.2.1热释电红外红传感器工作原理 1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时牛顿做出了单色光在性质上比白色更简单的著名结论。使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样的本质。红外线的波长在0.76m100m之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是外于无线电波与可见光之间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于作保物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。热释电红外线传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。热释电红外传感器原理是基于：任何高于绝对温度的物体都会发出电磁辐射红外线，但各种不同温度的物体所辐射的电磁能及能量随波长的分布是不同的。它能与非接触形式检测出人体辐射的红外线能量变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。如用于电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。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(LiTaO3)、硫酸三甘铁（LATGS）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, 该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, 因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化, 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104M , 故引入的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。设计时应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。根据热释电红外传感器元件的个数可分为单元件型和双元件两种，双元件型传感器中有两个反相串联的敏感元件，见图3.3所示是一个双探测元热释电红外传感器元件。只有一个敏感元件的则称为单元件型。图3.3所示，使用时D 端接电源正极,G端接电源负极,S 端信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起, 目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射, 热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上,从而使传感器输出电压信号。双元件型热释电红外传感器具有如下特征：1） 当入射的能量顺序地到两个元件时，由于两个元件反相串联，帮输出比单元件型要高2位；2） 由于两个敏感元件相连接，因此对于同时输出的能量会互相抵消。由于上述特征，所以双元件型传感器具有下述优点：（1） 可以防止因太阳光等非控制红外线所引起的误差或误动作；（2） PZT元件同时又具有压电效应，所以双元件可消除因振动而引起的误差；（3） 可以防止因周围环境温度变化而引起的误差。为了提高热释电红外传感器的接收灵敏度，通常备需要在在传感器上加装菲涅耳透镜。菲涅耳透镜实际上是一个透镜组，每个透镜单元只有一个不大的视场，相邻视场既不连续也不相交，之间均相隔一个盲区和高灵敏区，这相当于红外线射入一个视场后又越过这个视场，再进入另一个视场，如此进行下去使热释电元件的温度变化的快慢，所以输出信号强弱取决于敏感元件温度变化的快慢，所以输出信号幅度将极大的增强。这样做的优点是可提高组件的接收灵敏度，增大接收距离。目前配上透镜可检测10m左右，采用新设计的双重反射型，其检测距离可达20m以上。图3.4(a)是菲涅耳透镜的正面外形图，使用时应将菲涅耳透镜的交点对准传感器敏感元件的中民，如图3.4（b）所示。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料,它的探测波长范围为0. 220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度, 该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外,还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。几种常用的热释电红外传感器的特性参数下表一所示。用途不同的传感器的技术特性也不同，一般窗口通带为120m适合温度检测，如LN-206型；435±0.15m适用于火焰检测，如LMS-1型；714m为通用型，适用于防盗报警，如P228型等。此外，SD05为四元件型，LH1958为高性能型，F01为扁平微型等。表一：几种常用的热释电红外传感器的特性参数号型数参LN206P228SD02LS-064LN-084PIS-204SPIS-209S灵敏度（373K，1Hz，1Hz）V/W110065006501300330039001500min1500mim噪声V/Hz152.74.560max60max窗口带通m12061447.5714715514514直流工作电压V3153152102.215215315315工作温度。C-20+70-40+50-10+50-30+70-30+70-10+50-10+50储存温度。C-20+80-55+125-30+70-40+80-40+80-20+70-20+70本设计采用日本KDS公司所产的KDS9双源（大窗口）红外人体感应传感器，采用3脚封装。其典型应用图如下： 图3.4 KDS9的典型应用目前，市场上出现的热释电人体红外线传感器主要有上海产的SD02、PH5324，德国产的LH1954、LH1958，美国HAMAMATSU公司产P2288，日本NIPPON CERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和电参数大致相同，大部分可以彼此互换使用。3.2.2.2热释电红外传感器处理芯片CS9803GPR的原理及应用利用特殊信号处理方法后，有些有缺点的被动式热释电红外探头可在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据PIR传感器的特性设计了专用信号处理器，比如HOLTEK HT761X、PTI PT8A26XXP、WELTREND WT8072、BISS0001、CS9803GP等。本设计采用热释电红外探头处理芯片GS9803GP，用来判断车辆的出入，当红外探头检测到有车出入时，给单片机提供一个中断信号执行预定动作，设置此两种信号发送之保安室。采用另一个热释电红外GS9803GP电路，用来判断在夜晚小区有小偷进入停车场偷车时进行报警。器件CS9803原理 *工作电压为4.0V-5.5V(DC)，工作电流小于1mA*外接振荡电阻、电容。*配用带菲涅尔透镜的热释电红外传感器可使探测距离达10m以上。 *外接有硫化镉(CDS)传感器，白天抑制输出。 *输出可驱动继电器或可控硅。*内置两级增益可调运放电路及温度补偿电路，能抑制热气团流所产生的红外干扰。*通过外部RC元件可调整输出控制时间的长短。 *内置稳压输出31V直接驱动PIR。图3.5 CS9803的引脚排列 *集成过零检测，交流电源同步触发，抵御开关器件对电源的干扰。*与WELTREND公司WT8072兼容。*采用DIPl6封装。外围电路简单，安装调试方便。表二：CS9803的引脚功能引脚号符号功能1U