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1. Descripción general de la composición y el principio de funcionamiento del sistema de alarma antirrobo por infrarrojos

Con el avance continuo de los tiempos, la gente ha planteado requisitos más altos para la seguridad de su Medio ambiente, especialmente cuando se trata de seguridad en el hogar, hay que estar atento a los invitados no invitados. Actualmente se instalan sistemas de alarma inteligentes en muchos lugares, lo que mejora en gran medida el nivel de seguridad y garantiza de manera efectiva la seguridad de las personas y propiedades de los residentes. Dado que el infrarrojo es una luz invisible y tiene un fuerte ocultamiento y confidencialidad, se ha utilizado ampliamente en dispositivos antirrobo, de advertencia y otros dispositivos de seguridad. Además, en los campos del antirrobo electrónico y la detección del cuerpo humano, los detectores infrarrojos eléctricos también son populares entre usuarios y profesionales debido a su bajo precio y rendimiento técnico estable.

Este sistema se divide en cuatro bloques principales: módulo de detección de infrarrojos térmicos, bloque de transmisión y recepción de infrarrojos activos, alarma sonora y visual y bloque de comunicación serie. El sistema está controlado inteligentemente por un microprocesador para verificar si hay objetos infrarrojos moviéndose en el área en cualquier momento. Una vez encontrados, emitirá inmediatamente una alarma sonora y luminosa y notificará el resultado al sistema de monitoreo principal. Nuestro módulo de sensor de infrarrojos también puede identificar el día o trabajar en la oscuridad. El diagrama de bloques de este sistema se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Diagrama de composición del sistema

2. Diseño del circuito del sistema de alarma antirrobo por infrarrojos

Ahora diseñaremos el circuito de cada unidad en combinación con el sistema:

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1. Microprocesador y sus tareas

Para este sistema, elegimos la máquina independiente de la serie MS-51 y se utiliza AT89C2051 como CPU principal. para manejar

diversas tareas. AT89C2051 tiene 2K FLASH; 128 bytes de RAM; 15 pines de E/S; 2 temporizadores/contadores de 16 bits; una estructura de interrupción de 2 niveles y completo-dúplex; y circuito de reloj. Además, el AT89C2051 está diseñado con operación lógica estática que se puede reducir a frecuencia 0 y admite dos modos de operación de ahorro de energía de software opcionales. El modo inactivo detiene la CPU pero permite que la RAM, los temporizadores/contadores, los puertos serie y los sistemas de interrupción sigan funcionando. El modo Drop retiene el contenido de la RAM pero detiene el oscilador y desactiva todos los demás componentes hasta el próximo reinicio del hardware.

Rendimiento principal

● Compatible con productos MCS-51.

● Memoria Flash reprogramable de 2KB.

● Durabilidad: 1000 escrituras/borrados.

● Rango de funcionamiento de 2,7~6V.

● Funcionamiento totalmente estático: 0Hz~24MHz.

● Memoria de programa cifrada de 2 polos.

● RAM interna de 128×8 bits.

● 15 cables de E/S programables.

● 2 temporizadores/contadores de 16 bits.

● 6 fuentes de interrupción.

● Canal UART serie programable.

● Salida directa del driver LED.

● Comparador analógico en chip.

● Modos sin carga y apagado de bajo consumo de energía.

Para la detección de infrarrojos en este diseño, la CPU utiliza interrupciones para funcionar. Cuando se detecta un cambio en el área correspondiente, la señal cambia en el puerto de interrupción, logrando así el propósito de monitoreo. Utilice los puertos P3.2 y P3.3 del microcontrolador. La alarma de luz y sonido utiliza el puerto P1.0. La comunicación en serie utiliza P3.0 y P3.1 para comunicarse con el sistema de control maestro. El hardware del sistema se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Diagrama de Hardware del Microprocesador

2. Diseño de Circuito Infrarrojo Piroeléctrico Pasivo

Este circuito consta de un sensor piroeléctrico (con Lente Fresnel), amplificador de paso de banda, Circuito de comparación, circuito de control de luz y circuito de salida. El diagrama de bloques se muestra en la Figura 3.

Figura 3 Diagrama de bloques del circuito pasivo

La función de la lente Fresnel es enfocar y concentrar los rayos infrarrojos irradiados por el cuerpo humano para mejorar la sensibilidad de detección.

La función del sensor piroeléctrico es detectar los rayos infrarrojos de longitudes de onda específicas radiadas por el cuerpo humano y generar micro señales eléctricas. Sin lente, la distancia de detección es de sólo 1 a 3 metros. Después de usar una lente Fresnel, generalmente puede alcanzar más de 10 metros. Por lo tanto, el papel de la lente Fresnel es muy importante.

Amplificador de paso de banda, debido a que la señal de pulso eléctrico emitida por el sensor piroeléctrico tiene una amplitud muy pequeña y su frecuencia es de aproximadamente 0,3 ~ 10 Hz, que es una señal de frecuencia ultrabaja, por lo tanto, requiere alta ganancia. banda de bajo ruido y baja frecuencia a través de amplificación y procesamiento de amplificación de alta ganancia, se puede enviar al circuito de la siguiente etapa. La ganancia de amplificación es de aproximadamente 70~75 dB.

Comparador, para suprimir eficazmente la interferencia de ruido, mejorar la confiabilidad de funcionamiento del módulo y reducir la probabilidad de mal funcionamiento, se instala un comparador de voltaje en el módulo de detección. Los comparadores de voltaje generalmente usan comparadores de ventana de doble límite, que tienen un voltaje de umbral cuanto mayor es el valor, más fuerte es la capacidad antiinterferencia, pero la sensibilidad disminuye si el valor es pequeño, es susceptible a interferencias y causa mal funcionamiento. Cuando la señal de salida del amplificador llega al comparador y su amplitud alcanza el umbral del comparador, el comparador emite una señal de pulso.

Circuito de control de luz, este circuito utiliza principalmente las características sensibles a la luz del fotorresistor para controlar la entrada de señal al comparador y puede hacer que funcione de manera flexible durante el día o la noche, lo cual es muy bueno. el propósito del control de la luz.

El circuito de salida, después de ser procesado por el circuito anterior, se satisfará en el extremo perdedor. Cuando una criatura infrarroja pase por el área correspondiente, el extremo de salida mostrará un nivel alto; salida un nivel bajo, usando esto, puede interactuar bien con el microprocesador.

La Figura 4 a continuación es el diagrama de circuito de este diseño:

Diagrama del principio de inducción piroeléctrica de la Figura 4

Como se muestra en la figura, D a la izquierda es piroeléctrico. infrarrojos Para el sensor, el pin 3 es la conexión de alimentación, el pin 2 es el terminal de tierra y el pin 1 es el terminal de salida. Después de la salida a través del pin 1, primero se necesita una resistencia coincidente, que es de aproximadamente 47 KΩ. Luego se acopla al terminal de entrada inversor del amplificador U1 a través del condensador de C147UF U1 y U2 forman un filtro de paso de banda y un amplificador de ganancia. La frecuencia de corte del límite inferior del filtro de paso de banda está determinada por R4 y C1, y el límite superior. La frecuencia está determinada por R3 y C5. La amplificación La ganancia de U1 está determinada por R5 y R4 (R5/R4), y la ganancia de U2 está determinada por R9 y R8 (R9/R8). se obtiene tomando el logaritmo del factor de amplificación (20LgAv). El circuito amplificador de dos etapas La ganancia total es 70dB. Las resistencias R3, R4, R6 y R7 forman un circuito de polarización para establecer el voltaje de polarización del amplificador operacional de dos energías en 1/2 VCC. R10, R11, R12, R13, W, D1, D2, U3 y U4 forman un circuito de comparación de doble límite, y el voltaje de referencia para la comparación está determinado por R10, R11, R12 y R13. El terminal de entrada inversora de U3 está configurado para ser mayor que 1/2VCC, el terminal de entrada no inversora de U4 está configurado para ser menor que 1/2VCC y la salida de U2 es 1/2VCC cuando es estática. En este momento, cuando el sensor de infrarrojos no detecta rayos infrarrojos, la salida del amplificador U2 es 1/2 VCC. Se puede inferir que el extremo no inversor de U3 es más pequeño que el extremo inversor y la salida es de bajo nivel. De la misma manera, la salida de U4 también es de nivel bajo; cuando hay rayos infrarrojos, U2 emitirá una señal de pulso relativa a 1/2VCC. Cuando U2 es un pulso positivo, se puede analizar que U3 generará un nivel alto y U4 generará un nivel bajo; cuando U2 generará un pulso negativo, U3 generará un nivel bajo y U4 generará un nivel alto; es decir, solo cuando se detecta el terminal de salida de infrarrojos, habrá una salida de pulso positivo. En la figura, D1 y D2 desempeñan principalmente un papel de aislamiento para evitar que uno sea cortocircuitado por el otro cuando aparece un nivel alto. Las figuras C7 y C8 son condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación. La resistencia R23 es un fotorresistor y su resistencia disminuye a medida que aumenta la luz. En este circuito, cuando la luz es más oscura por la noche, la resistencia es mayor y los valores de umbral de U3 y U4 son más altos, por lo que no es fácil. para detectar rayos infrarrojos. La salida se obtiene durante el día, cuando la luz es fuerte, el valor umbral se reduce y la alarma se configura de acuerdo con la configuración normal, logrando así el propósito de control de la luz. La salida final está conectada al microcontrolador para lograr un control inteligente.

3. Diseño del circuito de infrarrojos activo

El circuito de infrarrojos activo contiene dos partes: una parte es el circuito de transmisión de infrarrojos; la otra parte es el circuito de recepción de infrarrojos. El circuito emite un haz de luz infrarroja desde la parte transmisora ​​de infrarrojos y el circuito receptor de infrarrojos detecta la luz infrarroja emitida. En circunstancias normales, no se emitirá ninguna alarma para la transmisión y recepción. Cuando un objeto en movimiento bloquea la luz infrarroja, la recepción. El circuito no puede recibir la luz infrarroja, el circuito emite una alarma audible y visual. Logrando así el propósito de prevenir robos.

Para el circuito de transmisión, utilizamos tubos de transmisión de infrarrojos comunes. Dependiendo de los escenarios de aplicación, también se pueden usar tubos de transmisión de infrarrojos de alta potencia para aumentar la distancia de detección. El circuito de hardware es como se muestra en la figura 5. En la figura, el puerto P1.0 genera un circuito externo y está conectado a un triodo para hacer coincidir el transmisor de infrarrojos para emitir rayos infrarrojos. Emisión simultánea de electricidad

Figura 5 Circuito de emisión de infrarrojos activo

La emisión de infrarrojos también se transmite de forma codificada, utilizando códigos de serie modulados en ancho de pulso como transmisión de señal infrarroja. Por lo general, la combinación de ancho de pulso de 0,565 ms, intervalo de 0,56 ms y período de 1,125 ms representa "0" binario; la combinación de ancho de pulso de 0,565 ms, intervalo de 1,685 ms y período de 2,25 ms representa "1" binario; de 0” y “1” se muestran en la Figura 6. No transmitimos

Formato de codificación de infrarrojos de la Figura 6

Simplemente lo transmitimos por separado, utilizando modulación. Modular el formato de codificación en la figura anterior en una portadora de alta frecuencia no solo ahorra recursos de banda de frecuencia, sino que también facilita la transmisión a larga distancia y mejora las capacidades antiinterferencias. Nuestra recepción utiliza HS0038, lo que requiere que modulemos el código de transmisión en una onda portadora de 38 KHz para la transmisión, por lo que necesitamos crear una señal de onda cuadrada de 38 KHz durante la programación del software y también diseñar circuitos de control de tiempo de 0,565 ms, 0,56 ms y 1,68. EM. .

El circuito receptor utiliza HS0038 para la recepción. Debido a que este circuito tiene circuitos integrados de filtrado, AGC y demodulación, su salida puede distinguir "0" y "1" lógicos. El diagrama de la estructura interna se muestra en la Figura 7. El pin 1 es el terminal de salida de señal, el pin 2 es el terminal de tierra y el pin 3 es el terminal de conexión de alimentación.

Figura 7HS0038 Diagrama de estructura interna

En este diseño, el hardware se muestra en la Figura 8:

Figura 8 Diagrama de hardware de la pieza receptora de infrarrojos

Como se muestra en la figura, el cabezal receptor de infrarrojos recibe la luz infrarroja y luego la filtra y demodula internamente para restaurar la señal codificada. En este diseño, requerimos que el circuito de transmisión siempre transmita un "1" lógico, luego. demodulación, emite una señal con un ancho de pulso de "1" en el terminal de salida del pin 1. Una vez que no se detecta "1", significa que puede haber un objeto u otra cosa bloqueando el circuito. La luz infrarroja que emitimos. Notifique inmediatamente a la CPU principal de la solicitud. Envíe una señal de alarma y envíe una señal de alarma al sistema de control principal a través del puerto serie.