一種多功能智能型安全防范報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)的快速增長也帶來了相當(dāng)大的負(fù)面社會(huì)效應(yīng)，城鄉(xiāng)、區(qū)域收入差距進(jìn)一步拉大，流動(dòng)人口也開始迅速增加，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現(xiàn)出了增長趨勢，人們越來越渴望有一個(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窗、或靠人防的防范方式越來越不能滿足人們?nèi)粘７婪兜囊?，與此同時(shí)，液化石油氣、管道煤氣進(jìn)入了大多數(shù)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(xiàn)代化設(shè)施帶來的便利的同時(shí)，卻也增加了火災(zāi)隱患和有害氣體中毒的危險(xiǎn)。這時(shí)，傳統(tǒng)的家庭住宅顯然己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。人們迫切需要一種智能型的家庭安全防范報(bào)警系統(tǒng)，以可靠地進(jìn)行日常安全防范工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種險(xiǎn)情并通知戶主，以便將險(xiǎn)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(cái)產(chǎn)不受損失。

1 防盜防火系統(tǒng)模型

防盜、防火系統(tǒng)由電源電路、防盜系統(tǒng)、防火系統(tǒng)、信號(hào)處理電路和聲光報(bào)警電路組成。防盜、防火安全系統(tǒng)整機(jī)框圖如圖1所示。

防火系統(tǒng)主要由煙霧檢測信號(hào)送給電壓比較器，再經(jīng)過延時(shí)控制電路送給聲光報(bào)警器。煙霧傳感器是通過測量空氣中的正負(fù)電荷的平衡來工作的。在傳感器內(nèi)部，有一小片放射性物質(zhì)，這種物質(zhì)能在感應(yīng)室內(nèi)流動(dòng)的空氣中產(chǎn)生一股微小的電流。在線路板上，有一個(gè)電腦芯片用來監(jiān)測這股電流。當(dāng)煙霧粒子進(jìn)入到感應(yīng)室后，就會(huì)擾亂那里的正負(fù)電荷的平衡，同時(shí)也會(huì)使這股電流發(fā)生變化。當(dāng)煙霧逐漸加重，正負(fù)電荷的不平衡性就會(huì)加強(qiáng)。當(dāng)這種平衡性達(dá)到一定的限度，就會(huì)聲光報(bào)警。

防盜系統(tǒng)是一個(gè)被動(dòng)式紅外報(bào)警器，主要由熱釋電紅外傳感器檢測信號(hào)送給電壓比較器，再經(jīng)過電子開關(guān)送給聲光報(bào)警器。熱釋電紅外傳感器由傳感探測器、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。當(dāng)人體輻射的紅外線通過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(hào)。菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線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(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測器要求信號(hào)不斷變化的特性;熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器設(shè)計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用;信號(hào)處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能提供電信號(hào)。

2 防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)分析

2.1 防盜報(bào)警器的模型

防盜報(bào)警電路是利用電子元器件和線路構(gòu)成的一種防盜設(shè)施，用以監(jiān)控非法入侵者，并當(dāng)原監(jiān)控場所發(fā)生異常變化時(shí)，能準(zhǔn)確、及時(shí)地產(chǎn)生特定的報(bào)警信號(hào)。防盜報(bào)警器由熱釋電紅外傳感器CK-6、電壓比較器、跟隨器、電子開關(guān)及聲光報(bào)警電路組成。該系統(tǒng)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完成探測目的。被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。圖2所示是該報(bào)警器的工作流程圖。

2.2 防盜報(bào)警器的分析

防盜報(bào)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(nèi)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(nèi)部繼電器吸合，其輸出信號(hào)線短接，無信號(hào)輸出，IC1a(LM324)組成比較器輸出端為低電平，后續(xù)報(bào)警電路不工作。當(dāng)盜賊闖入警戒區(qū)時(shí)，CK-6的輸出信號(hào)短路線斷開，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(dāng)C2上的電壓達(dá)到IC2(TWH8778)的開啟電壓時(shí)，該電壓經(jīng)跟隨器IC1b(LM324)及R7加到電子開關(guān)IC2(TWH8778)的輸入端，使電子開關(guān)IC2(TWH8778)接通，觸發(fā)報(bào)警音響電路IC3(9300)工作，產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)。電路中的開關(guān)S是用來人工手動(dòng)消除報(bào)警信號(hào)的。

3 防火報(bào)警器的設(shè)計(jì)分析

3.1 防火報(bào)警器的模型

本電路由火災(zāi)檢測電路UD-02型離子感煙傳感器、專用煙霧信號(hào)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煙霧來檢測火災(zāi)的發(fā)生的。這是因?yàn)榘l(fā)生火災(zāi)時(shí)必然伴隨著煙霧的產(chǎn)生，有的甚至是先有煙后發(fā)火，因此通過檢測煙霧可以來檢測火情。UD-02型離子式感煙傳感器由內(nèi)、外電離室組成，內(nèi)離室密閉，與外界不通;外電離室開放，與外界相通。內(nèi)、外電離室內(nèi)各裝有一對電極和一個(gè)放射性同位素镅-241的α射線放射源，連續(xù)不斷地放出α射線，使極間電離而產(chǎn)生正、負(fù)離子，這就使兩極間具有導(dǎo)電性。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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)過程中還會(huì)發(fā)生正、負(fù)離子中和現(xiàn)象，這又會(huì)使極間電流逐漸減小，相當(dāng)于極間電阻增大。而內(nèi)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(dǎo)電電流和等效內(nèi)阻均不變。由于內(nèi)外電離室中的兩對電極是串聯(lián)的，其結(jié)果是內(nèi)外電離室的導(dǎo)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是一片專門用于對煙霧傳感信號(hào)進(jìn)行處理的集成電路，為十六腳扁平封裝。它的內(nèi)部主要電路是一個(gè)檢測輸入信號(hào)的電壓比較器，當(dāng)無煙霧輸入時(shí)，傳感器的平衡電壓約為5.3V，大于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓4.7V，比較器輸出低電平，當(dāng)有煙霧傳感信號(hào)輸入時(shí)，傳感器的輸入信號(hào)小于內(nèi)部設(shè)置的閥值電壓，比較器輸出高電平，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。閥值電壓值還可通過13腳外接電阻的不同來調(diào)節(jié)。

3.2 火災(zāi)報(bào)警電路的分析

火災(zāi)報(bào)警技術(shù)是由火災(zāi)傳感技術(shù)和電子技術(shù)兩大部分組成的。對火災(zāi)的探測是以物質(zhì)在燃燒過程中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象為依據(jù)的，并應(yīng)以早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)為前提。因?yàn)榛馂?zāi)的早期發(fā)現(xiàn)，是充分發(fā)揮滅火措施、減少火災(zāi)損失、保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)的重要條件。在多數(shù)情況下，發(fā)生火災(zāi)時(shí)是先有煙后起火，如果采用感煙式火災(zāi)報(bào)警器，便能提前發(fā)現(xiàn)火情，減少火災(zāi)損失。為了預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，人們研制生產(chǎn)了各種防火、滅火系統(tǒng)。隨著近代電子技術(shù)和各種新材料的發(fā)現(xiàn)，各種新型防火檢測器件也不斷出現(xiàn)，除了各種氣敏傳感器外，目前在火災(zāi)檢測系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是UD-02型“離子感煙傳感器”。

離子感煙火災(zāi)報(bào)警器電路如圖4所示。電路中UD-02的輸出端C與C14467的信號(hào)輸入端15相連，C14467的12腳外接電容C3為內(nèi)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(hù);5腳外接LED用來檢測電池電壓;10腳、11腳為報(bào)警信號(hào)輸入端，接壓電蜂鳴器。

當(dāng)UD-02檢測到有煙霧時(shí)，其集電極C產(chǎn)生的檢測信號(hào)送到C14467的輸入端15腳，經(jīng)C14467內(nèi)部電路處理后，由10、11腳輸出的報(bào)警信號(hào)加在壓電晶體喇叭上，使其發(fā)出報(bào)警聲。電路中的按鈕開關(guān)S用來檢查報(bào)警功能是否正常。當(dāng)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(bào)警電路就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲，表明電路工作正常。

4 結(jié)語

本文簡述了防盜、防火安全系統(tǒng)的報(bào)警器，其中防盜模塊由熱釋電紅外傳感器CK-6、信號(hào)處理系統(tǒng)和聲光報(bào)警電路組成。防火報(bào)警器由離子感煙傳感器UD-02、煙霧處理電路C14467和聲光報(bào)警器組成。隨著電子通訊技術(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(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視，現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了各種名目繁多的報(bào)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。開發(fā)一種適合于家庭、倉庫、銀行等重要場所的低價(jià)位、運(yùn)行可靠的多功能智能型安全防范報(bào)警系統(tǒng)，對室內(nèi)出現(xiàn)的各種緊急意外事件如發(fā)生入室盜竊、火災(zāi)等自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息并進(jìn)行及時(shí)處理已經(jīng)勢在必行。