基于光电传感器的防盗报警系统★

宋涛，张斌，罗倩倩

(中北大学电子测试技术重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)

0 引言

本文设计了基于光电传感器的防盗报警系统，采用目前炙手可热的非接触式光电技术搭建系统，具备体积小，安装简易、防误报、非接触报警等优点，配合无线编码译码收发芯片，能够实现大面积监控、多路遥控等功能，在居民区、商场、仓库等不同市场都有着良好的适应性与应用前景。

1 系统原理

该系统利用650nm左右波长的红外激光器与高速光电传感器搭建报警区域，当入侵物体或人穿过该测试区域时，会遮挡光电探测器接收的光通量，此变化的光通量经过后续放大电路处理成选通无线编码器所需要的模拟信号，通过在有效工作范围的解码器译码而触发蜂鸣器或音乐芯片，进而发出警报。根据实际应用场合的需要，通过一对共轭菲涅尔透镜的配合使用可以将“一”字线光源激光器所发射的激光光束扩展成矩形光幕，有效增加了报警区域的面积，提高了该系统的可靠性与稳定性。同时搭载无线编码译码芯片VD5026与VD5027能够完成“一对多”的远程监控（remote monitor）功能，该系统工作流程图如图1所示。

图1 光电报警器系统原理图

2 典型电路分析及仿真

光电报警系统的核心电路即信号的光电转换与编码译码芯片的无线传输，将光电传感器按光伏模式接入前置放大电路中，通过合理设置偏压，使放大器输出在无光照条件下达到零伏左右，将输出信号接到无线编码芯片VD5026的片选引脚NE,当入侵物体或人遮挡光线时,信号伏值被拉低，选通芯片发出预置编码（由A1～A8号地址线引脚设定），同时无线解码芯片VD5027的预置编码应与其一致才能正确译码，此时译码芯片输出引脚持续输出高电平，打开蜂鸣器/音乐芯片的开启开关，从而达到区域监控的目的。如图2所示为光电转换的前置放大电路，图3为仿真波形。

图2 前置放大电路

图3 仿真波形

3 模拟实验及分析

在实验室搭建矩形光幕报警区域，利用气枪子弹（直径≤6mm）的过靶动作验证系统报警功能。该测试系统完成触发警报需要满足以下核心条件：（1）入侵物体穿过有效测试区域时产生足够时长的低电平信号，能够被编码芯片VD5026的片选引脚NE所识别；（2）入侵物体在较快速度下穿过测试区域时光电传感器能够及时响应；（3）防止误触、误报等现象发生。

图4为实验用枪实物，图5为弹丸过靶波形图，图6为系统的工作流程。当弹丸穿过该测试区域时会产生一个负跳变的脉冲，此时选通VD5026芯片，同时发射预置编码。假设入侵物体几何厚度为5mm，光幕厚度约5mm，入侵物移动速度约30m/s-500m/s,则低电平的持续时间——也即探测器可以利用的响应时间（ns级）大致为t=s/v=10mm/500m/s=20μs，片选引脚NE（识别时间一般都在几微秒）在此时间区间内选通，从而发射编码。同时调节测试区域的光幕光强，使只有在预置尺寸的入侵物体穿过该测试区域时，才能够使信号输出拉低到电路可以识别的低电平区间，这样就人为从硬件条件上排除了环境因素（如蚊虫等）造成的误触、误报现象。

综合具体测试条件下入侵物体的实际尺寸（远远大于气枪弹丸6mm）等限制因素，该系统完全能够触发无线编码芯片发射编码脉冲，从而通过后续相应的解码芯片发出警报信号。

图4 气枪与弹丸实物图

图5 弹丸过靶波形图

图6 测试系统工作流程图

4 结论

通过上述分析以及实验我们可以得出该系统在入侵物体遮挡光线时能够迅速准确的触发警报，可靠性高，同时为了避免误报、误触等现象的发生，可以再在主测试区域后面加设另一矩形光幕作为辅测试区，只有当物体先后穿过两扇光幕时才触发报警器，在电路上可以通过适当设置延时和一与门来实现，该功能能够有效提高警报器的成功率。

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