一种多功能智能型安全防范报警系统的设计分析

0 引言

随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对自己住宅的要求也越来越高，不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等也提出了更高的要求。相反，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求，与此同时，液化石油气、管道煤气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，人们在享受这些现代化设施带来的便利的同时，却也增加了火灾隐患和有害气体中毒的危险。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统，以可靠地进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。

1 防盗防火系统模型

防盗、防火系统由电源电路、防盗系统、防火系统、信号处理电路和声光报警电路组成。防盗、防火安全系统整机框图如图1所示。

防火系统主要由烟雾检测信号送给电压比较器，再经过延时控制电路送给声光报警器。烟雾传感器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。在传感器内部，有一小片放射性物质，这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。在线路板上，有一个电脑芯片用来监测这股电流。当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。当这种平衡性达到一定的限度，就会声光报警。

防盗系统是一个被动式红外报警器，主要由热释电红外传感器检测信号送给电压比较器，再经过电子开关送给声光报警器。热释电红外传感器由传感探测器、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元器上时，电路中的传感器将输出电压信号。菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测器上，同时产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测器要求信号不断变化的特性;热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用;信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能提供电信号。

2 防盗报警器的设计分析

2.1 防盗报警器的模型

防盗报警电路是利用电子元器件和线路构成的一种防盗设施，用以监控非法入侵者，并当原监控场所发生异常变化时，能准确、及时地产生特定的报警信号。防盗报警器由热释电红外传感器CK-6、电压比较器、跟随器、电子开关及声光报警电路组成。该系统是一个被动的探测器。所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图2所示是该报警器的工作流程图。

2.2 防盗报警器的分析

防盗报警原理图如图3所示。热释电红外传感器CK-6作为警戒探头使用，它的内部有菲涅尔透镜，探测半径为12 m，水平半径探角为120°，外接12V电源。通电后，CK-6内部继电器吸合，其输出信号线短接，无信号输出，IC1a(LM324)组成比较器输出端为低电平，后续报警电路不工作。当盗贼闯入警戒区时，CK-6的输出信号短路线断开，电压比较器IC1a(LM324)同相输入端的电压高于反相输入端的电压，IC1a(LM324)输出高电平。此高电平对C1、C2充电，当C2上的电压达到IC2(TWH8778)的开启电压时，该电压经跟随器IC1b(LM324)及R7加到电子开关IC2(TWH8778)的输入端，使电子开关IC2(TWH8778)接通，触发报警音响电路IC3(9300)工作，产生声光报警信号。电路中的开关S是用来人工手动消除报警信号的。

3 防火报警器的设计分析

3.1 防火报警器的模型

本电路由火灾检测电路UD-02型离子感烟传感器、专用烟雾信号处理电路C14467和压电蜂鸣器组成。UD-02型离子式感烟传感器的灵敏度高、可靠性好，它具有两个电离室和一个放射源。UD-02型离子式感烟传感器是通过烟雾来检测火灾的发生的。这是因为发生火灾时必然伴随着烟雾的产生，有的甚至是先有烟后发火，因此通过检测烟雾可以来检测火情。UD-02型离子式感烟传感器由内、外电离室组成，内离室密闭，与外界不通;外电离室开放，与外界相通。内、外电离室内各装有一对电极和一个放射性同位素镅-241的α射线放射源，连续不断地放出α射线，使极间电离而产生正、负离子，这就使两极间具有导电性。当对这对电极加上电压时，极间就会形成电流，且电流的大小与所加电压

的大小有关。当电压大到一定值时，极间电流呈饱和状态并能保持下去。

当有烟雾进入外电离室时，极间离子由于受烟尘吸附，移动速度慢，同时在移动过程中还会发生正、负离子中和现象，这又会使极间电流逐渐减小，相当于极间电阻增大。而内电离室则由于密闭而烟雾不能进入，因此仍保持原状态，导电电流和等效内阻均不变。由于内外电离室中的两对电极是串联的，其结果是内外电离室的导电状态失去平衡，输出电压就会发生变化。这样，就使UD-02在洁净的空气中时，C极输出电压为5～5.6V;在烟雾的环境中，C极输出电压下降至1.1～1.2V。

C14467是一片专门用于对烟雾传感信号进行处理的集成电路，为十六脚扁平封装。它的内部主要电路是一个检测输入信号的电压比较器，当无烟雾输入时，传感器的平衡电压约为5.3V，大于内部设置的阀值电压4.7V，比较器输出低电平，当有烟雾传感信号输入时，传感器的输入信号小于内部设置的阀值电压，比较器输出高电平，同时发出报警信号。阀值电压值还可通过13脚外接电阻的不同来调节。

3.2 火灾报警电路的分析

火灾报警技术是由火灾传感技术和电子技术两大部分组成的。对火灾的探测是以物质在燃烧过程中产生的各种现象为依据的，并应以早期发现火灾为前提。因为火灾的早期发现，是充分发挥灭火措施、减少火灾损失、保护生命财产的重要条件。在多数情况下，发生火灾时是先有烟后起火，如果采用感烟式火灾报警器，便能提前发现火情，减少火灾损失。为了预防火灾的发生，人们研制生产了各种防火、灭火系统。随着近代电子技术和各种新材料的发现，各种新型防火检测器件也不断出现，除了各种气敏传感器外，目前在火灾检测系统中应用最多的是UD-02型“离子感烟传感器”。

离子感烟火灾报警器电路如图4所示。电路中UD-02的输出端C与C14467的信号输入端15相连，C14467的12脚外接电容C3为内部振荡器的外接电容;7脚外接电阻R2为定时电阻;14脚、16脚与传感器的B脚共同接地，作输入保护;5脚外接LED用来检测电池电压;10脚、11脚为报警信号输入端，接压电蜂鸣器。

当UD-02检测到有烟雾时，其集电极C产生的检测信号送到C14467的输入端15脚，经C14467内部电路处理后，由10、11脚输出的报警信号加在压电晶体喇叭上，使其发出报警声。电路中的按钮开关S用来检查报警功能是否正常。当按下S时，12V电源电压由UD-02的A电极输入传感器，模拟有烟雾的状态，使集电极C的输出电压降低。只要在此状态下，报警电路就会发出报警声，表明电路工作正常。

4 结语

本文简述了防盗、防火安全系统的报警器，其中防盗模块由热释电红外传感器CK-6、信号处理系统和声光报警电路组成。防火报警器由离子感烟传感器UD-02、烟雾处理电路C14467和声光报警器组成。随着电子通讯技术的飞速发展，有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。开发一种适合于家庭、仓库、银行等重要场所的低价位、运行可靠的多功能智能型安全防范报警系统，对室内出现的各种紧急意外事件如发生入室盗窃、火灾等自动发出报警信息并进行及时处理已经势在必行。