一種多功能智能型安全防范報警系統的設計分析

0 引言

隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對自己住宅的要求也越來(lái)越高，不僅希望擁有舒適、溫馨的住所，而且對安全性、智能性等也提出了更高的要求。相反，經(jīng)濟的快速增長(cháng)也帶來(lái)了相當大的負面社會(huì )效應，城鄉、區域收入差距進(jìn)一步拉大，流動(dòng)人口也開(kāi)始迅速增加，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現出了增長(cháng)趨勢，人們越來(lái)越渴望有一個(gè)安全生活的空間，但是犯罪分子的作案手段越來(lái)越高明，他們甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那種依靠安裝防盜門(mén)窗、或靠人防的防范方式越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們日常防范的要求，與此同時(shí)，液化石油氣、管道煤氣進(jìn)入了大多數家庭，各種家用電器也得到了廣泛的使用，人們在享受這些現代化設施帶來(lái)的便利的同時(shí)，卻也增加了火災隱患和有害氣體中毒的危險。這時(shí)，傳統的家庭住宅顯然己經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足人們的需求。人們迫切需要一種智能型的家庭安全防范報警系統，以可靠地進(jìn)行日常安全防范工作，及時(shí)發(fā)現各種險情并通知戶(hù)主，以便將險情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣人們便可安心工作，同時(shí)也保證了居民的生命財產(chǎn)不受損失。

1 防盜防火系統模型

防盜、防火系統由電源電路、防盜系統、防火系統、信號處理電路和聲光報警電路組成。防盜、防火安全系統整機框圖如圖1所示。

防火系統主要由煙霧檢測信號送給電壓比較器，再經(jīng)過(guò)延時(shí)控制電路送給聲光報警器。煙霧傳感器是通過(guò)測量空氣中的正負電荷的平衡來(lái)工作的。在傳感器內部，有一小片放射性物質(zhì)，這種物質(zhì)能在感應室內流動(dòng)的空氣中產(chǎn)生一股微小的電流。在線(xiàn)路板上，有一個(gè)電腦芯片用來(lái)監測這股電流。當煙霧粒子進(jìn)入到感應室后，就會(huì )擾亂那里的正負電荷的平衡，同時(shí)也會(huì )使這股電流發(fā)生變化。當煙霧逐漸加重，正負電荷的不平衡性就會(huì )加強。當這種平衡性達到一定的限度，就會(huì )聲光報警。

防盜系統是一個(gè)被動(dòng)式紅外報警器，主要由熱釋電紅外傳感器檢測信號送給電壓比較器，再經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)送給聲光報警器。熱釋電紅外傳感器由傳感探測器、干涉濾光片和場(chǎng)效應管匹配器三部分組成。當人體輻射的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元器上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號。菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線(xiàn)聚焦到熱釋電紅外探測器上，同時(shí)產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區和盲區，以適應熱釋電探測器要求信號不斷變化的特性;熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用;信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能提供電信號。

2 防盜報警器的設計分析

2.1 防盜報警器的模型

防盜報警電路是利用電子元器件和線(xiàn)路構成的一種防盜設施，用以監控非法入侵者，并當原監控場(chǎng)所發(fā)生異常變化時(shí)，能準確、及時(shí)地產(chǎn)生特定的報警信號。防盜報警器由熱釋電紅外傳感器CK-6、電壓比較器、跟隨器、電子開(kāi)關(guān)及聲光報警電路組成。該系統是一個(gè)被動(dòng)的探測器。所謂“被動(dòng)”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來(lái)完成探測目的。被動(dòng)紅外報警器的特點(diǎn)是能夠響應入侵者在所防范區域內移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。圖2所示是該報警器的工作流程圖。

2.2 防盜報警器的分析

防盜報警原理圖如圖3所示。熱釋電紅外傳感器CK-6作為警戒探頭使用，它的內部有菲涅爾透鏡，探測半徑為12 m，水平半徑探角為120°，外接12V電源。通電后，CK-6內部繼電器吸合，其輸出信號線(xiàn)短接，無(wú)信號輸出，IC1a(LM324)組成比較器輸出端為低電平，后續報警電路不工作。當盜賊闖入警戒區時(shí)，CK-6的輸出信號短路線(xiàn)斷開(kāi)，電壓比較器IC1a(LM324)同相輸入端的電壓高于反相輸入端的電壓，IC1a(LM324)輸出高電平。此高電平對C1、C2充電，當C2上的電壓達到IC2(TWH8778)的開(kāi)啟電壓時(shí)，該電壓經(jīng)跟隨器IC1b(LM324)及R7加到電子開(kāi)關(guān)IC2(TWH8778)的輸入端，使電子開(kāi)關(guān)IC2(TWH8778)接通，觸發(fā)報警音響電路IC3(9300)工作，產(chǎn)生聲光報警信號。電路中的開(kāi)關(guān)S是用來(lái)人工手動(dòng)消除報警信號的。

3 防火報警器的設計分析

3.1 防火報警器的模型

本電路由火災檢測電路UD-02型離子感煙傳感器、專(zhuān)用煙霧信號處理電路C14467和壓電蜂鳴器組成。UD-02型離子式感煙傳感器的靈敏度高、可靠性好，它具有兩個(gè)電離室和一個(gè)放射源。UD-02型離子式感煙傳感器是通過(guò)煙霧來(lái)檢測火災的發(fā)生的。這是因為發(fā)生火災時(shí)必然伴隨著(zhù)煙霧的產(chǎn)生，有的甚至是先有煙后發(fā)火，因此通過(guò)檢測煙霧可以來(lái)檢測火情。UD-02型離子式感煙傳感器由內、外電離室組成，內離室密閉，與外界不通;外電離室開(kāi)放，與外界相通。內、外電離室內各裝有一對電極和一個(gè)放射性同位素镅-241的α射線(xiàn)放射源，連續不斷地放出α射線(xiàn)，使極間電離而產(chǎn)生正、負離子，這就使兩極間具有導電性。當對這對電極加上電壓時(shí)，極間就會(huì )形成電流，且電流的大小與所加電壓

的大小有關(guān)。當電壓大到一定值時(shí)，極間電流呈飽和狀態(tài)并能保持下去。

當有煙霧進(jìn)入外電離室時(shí)，極間離子由于受煙塵吸附，移動(dòng)速度慢，同時(shí)在移動(dòng)過(guò)程中還會(huì )發(fā)生正、負離子中和現象，這又會(huì )使極間電流逐漸減小，相當于極間電阻增大。而內電離室則由于密閉而煙霧不能進(jìn)入，因此仍保持原狀態(tài)，導電電流和等效內阻均不變。由于內外電離室中的兩對電極是串聯(lián)的，其結果是內外電離室的導電狀態(tài)失去平衡，輸出電壓就會(huì )發(fā)生變化。這樣，就使UD-02在潔凈的空氣中時(shí)，C極輸出電壓為5～5.6V;在煙霧的環(huán)境中，C極輸出電壓下降至1.1～1.2V。

C14467是一片專(zhuān)門(mén)用于對煙霧傳感信號進(jìn)行處理的集成電路，為十六腳扁平封裝。它的內部主要電路是一個(gè)檢測輸入信號的電壓比較器，當無(wú)煙霧輸入時(shí)，傳感器的平衡電壓約為5.3V，大于內部設置的閥值電壓4.7V，比較器輸出低電平，當有煙霧傳感信號輸入時(shí)，傳感器的輸入信號小于內部設置的閥值電壓，比較器輸出高電平，同時(shí)發(fā)出報警信號。閥值電壓值還可通過(guò)13腳外接電阻的不同來(lái)調節。

3.2 火災報警電路的分析

火災報警技術(shù)是由火災傳感技術(shù)和電子技術(shù)兩大部分組成的。對火災的探測是以物質(zhì)在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的各種現象為依據的，并應以早期發(fā)現火災為前提。因為火災的早期發(fā)現，是充分發(fā)揮滅火措施、減少火災損失、保護生命財產(chǎn)的重要條件。在多數情況下，發(fā)生火災時(shí)是先有煙后起火，如果采用感煙式火災報警器，便能提前發(fā)現火情，減少火災損失。為了預防火災的發(fā)生，人們研制生產(chǎn)了各種防火、滅火系統。隨著(zhù)近代電子技術(shù)和各種新材料的發(fā)現，各種新型防火檢測器件也不斷出現，除了各種氣敏傳感器外，目前在火災檢測系統中應用最多的是UD-02型“離子感煙傳感器”。

離子感煙火災報警器電路如圖4所示。電路中UD-02的輸出端C與C14467的信號輸入端15相連，C14467的12腳外接電容C3為內部振蕩器的外接電容;7腳外接電阻R2為定時(shí)電阻;14腳、16腳與傳感器的B腳共同接地，作輸入保護;5腳外接LED用來(lái)檢測電池電壓;10腳、11腳為報警信號輸入端，接壓電蜂鳴器。

當UD-02檢測到有煙霧時(shí)，其集電極C產(chǎn)生的檢測信號送到C14467的輸入端15腳，經(jīng)C14467內部電路處理后，由10、11腳輸出的報警信號加在壓電晶體喇叭上，使其發(fā)出報警聲。電路中的按鈕開(kāi)關(guān)S用來(lái)檢查報警功能是否正常。當按下S時(shí)，12V電源電壓由UD-02的A電極輸入傳感器，模擬有煙霧的狀態(tài)，使集電極C的輸出電壓降低。只要在此狀態(tài)下，報警電路就會(huì )發(fā)出報警聲，表明電路工作正常。

4 結語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了防盜、防火安全系統的報警器，其中防盜模塊由熱釋電紅外傳感器CK-6、信號處理系統和聲光報警電路組成。防火報警器由離子感煙傳感器UD-02、煙霧處理電路C14467和聲光報警器組成。隨著(zhù)電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，有關(guān)家庭、辦公室和倉庫等處的安全防范和自動(dòng)報警系統的開(kāi)發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠(chǎng)家所重視，現在市場(chǎng)上也出現了各種名目繁多的報警裝置，但多由于可靠性較差、功能單一或造價(jià)高而難于普及。開(kāi)發(fā)一種適合于家庭、倉庫、銀行等重要場(chǎng)所的低價(jià)位、運行可靠的多功能智能型安全防范報警系統，對室內出現的各種緊急意外事件如發(fā)生入室盜竊、火災等自動(dòng)發(fā)出報警信息并進(jìn)行及時(shí)處理已經(jīng)勢在必行。