基于光電傳感器的防盜報警系統★

宋濤，張斌，羅倩倩

(中北大學電子測試技術重點實驗室，儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西太原030051)

0 引言

本文設計了基于光電傳感器的防盜報警系統，采用目前炙手可熱的非接觸式光電技術搭建系統，具備體積小，安裝簡易、防誤報、非接觸報警等優點，配合無線編碼譯碼收發芯片，能夠實現大面積監控、多路遙控等功能，在居民區、商場、倉庫等不同市場都有著良好的適應性與應用前景。

1 系統原理

該系統利用650nm左右波長的紅外激光器與高速光電傳感器搭建報警區域，當入侵物體或人穿過該測試區域時，會遮擋光電探測器接收的光通量，此變化的光通量經過后續放大電路處理成選通無線編碼器所需要的模擬信號，通過在有效工作范圍的解碼器譯碼而觸發蜂鳴器或音樂芯片，進而發出警報。根據實際應用場合的需要，通過一對共軛菲涅爾透鏡的配合使用可以將“一”字線光源激光器所發射的激光光束擴展成矩形光幕，有效增加了報警區域的面積，提高了該系統的可靠性與穩定性。同時搭載無線編碼譯碼芯片VD5026與VD5027能夠完成“一對多”的遠程監控（remote monitor）功能，該系統工作流程圖如圖1所示。

圖1 光電報警器系統原理圖

2 典型電路分析及仿真

光電報警系統的核心電路即信號的光電轉換與編碼譯碼芯片的無線傳輸，將光電傳感器按光伏模式接入前置放大電路中，通過合理設置偏壓，使放大器輸出在無光照條件下達到零伏左右，將輸出信號接到無線編碼芯片VD5026的片選引腳NE,當入侵物體或人遮擋光線時,信號伏值被拉低，選通芯片發出預置編碼（由A1～A8號地址線引腳設定），同時無線解碼芯片VD5027的預置編碼應與其一致才能正確譯碼，此時譯碼芯片輸出引腳持續輸出高電平，打開蜂鳴器/音樂芯片的開啟開關，從而達到區域監控的目的。如圖2所示為光電轉換的前置放大電路，圖3為仿真波形。

圖2 前置放大電路

圖3 仿真波形

3 模擬實驗及分析

在實驗室搭建矩形光幕報警區域，利用氣槍子彈（直徑≤6mm）的過靶動作驗證系統報警功能。該測試系統完成觸發警報需要滿足以下核心條件：（1）入侵物體穿過有效測試區域時產生足夠時長的低電平信號，能夠被編碼芯片VD5026的片選引腳NE所識別；（2）入侵物體在較快速度下穿過測試區域時光電傳感器能夠及時響應；（3）防止誤觸、誤報等現象發生。

圖4為實驗用槍實物，圖5為彈丸過靶波形圖，圖6為系統的工作流程。當彈丸穿過該測試區域時會產生一個負跳變的脈沖，此時選通VD5026芯片，同時發射預置編碼。假設入侵物體幾何厚度為5mm，光幕厚度約5mm，入侵物移動速度約30m/s-500m/s,則低電平的持續時間——也即探測器可以利用的響應時間（ns級）大致為t=s/v=10mm/500m/s=20μs，片選引腳NE（識別時間一般都在幾微秒）在此時間區間內選通，從而發射編碼。同時調節測試區域的光幕光強，使只有在預置尺寸的入侵物體穿過該測試區域時，才能夠使信號輸出拉低到電路可以識別的低電平區間，這樣就人為從硬件條件上排除了環境因素（如蚊蟲等）造成的誤觸、誤報現象。

綜合具體測試條件下入侵物體的實際尺寸（遠遠大于氣槍彈丸6mm）等限制因素，該系統完全能夠觸發無線編碼芯片發射編碼脈沖，從而通過后續相應的解碼芯片發出警報信號。

圖4 氣槍與彈丸實物圖

圖5 彈丸過靶波形圖

圖6 測試系統工作流程圖

4 結論

通過上述分析以及實驗我們可以得出該系統在入侵物體遮擋光線時能夠迅速準確的觸發警報，可靠性高，同時為了避免誤報、誤觸等現象的發生，可以再在主測試區域后面加設另一矩形光幕作為輔測試區，只有當物體先后穿過兩扇光幕時才觸發報警器，在電路上可以通過適當設置延時和一與門來實現，該功能能夠有效提高警報器的成功率。

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