基于光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西安曲江圣境商務(wù)服務(wù)有限公司 石 江

基于光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西安曲江圣境商務(wù)服務(wù)有限公司 石 江

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些不法人員的盜竊技術(shù)越來越“高明”。目前，市場(chǎng)中的防警報(bào)系統(tǒng)主要是接觸式的，只有當(dāng)人或物接觸到報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，很難滿足人們的需要?；谌藗儗?duì)報(bào)警系統(tǒng)提出的更高要求，本文，筆者設(shè)計(jì)了一種光電傳感器防盜報(bào)警系統(tǒng)，該防盜報(bào)警系統(tǒng)通過光電傳感器監(jiān)測(cè)光量變化完成光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后通過無線編碼器和解碼器進(jìn)行編碼、解碼觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，達(dá)到報(bào)警的目的，具有非接觸式、體積小、功能可靠、安裝簡(jiǎn)單、防誤報(bào)、誤觸等優(yōu)點(diǎn)，在生活中應(yīng)用廣泛，前景可觀。

人們社會(huì)生活的方方面面都需要安全防范技術(shù)，它是保護(hù)私有和集體財(cái)產(chǎn)的重要手段。本文中，筆者所設(shè)計(jì)的光電傳感器防盜報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警區(qū)域是由紅外激光器和光電傳感器搭建而成，通過監(jiān)測(cè)光量的變化將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)無線編碼器編碼后再通過解碼器譯碼觸發(fā)音樂芯片或蜂鳴器而產(chǎn)生警報(bào)，具有測(cè)參數(shù)多、反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、防誤報(bào)、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，能很好地應(yīng)用于商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)和教室等各種不同的場(chǎng)合。

一、光電傳感器及光電效應(yīng)

1.光電傳感器。光電傳感器是一種光電效應(yīng)的傳感器，主要由光源、光電器件、光學(xué)通路組成，它能將檢測(cè)到的細(xì)微變化轉(zhuǎn)變成光信號(hào)，再由光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。光電傳感器可以用來檢測(cè)引起光量變化的非電量（光照強(qiáng)度、分析氣體等）和轉(zhuǎn)化成光量變化的非電量（形狀、速度等），而且具有精度高、反應(yīng)靈活、非接觸式的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在人們的生活中得到了廣泛地應(yīng)用。

2.光電效應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)原理，光子的能量E＝hγ（h為普朗克常數(shù)，γ為光波頻率），光波頻率越高，能量就越大。如果光子的全部能量被電子吸收，電子能量就會(huì)增加，增加的能量一部分用于擺脫正離子的束縛，另一部分則轉(zhuǎn)換成電子的動(dòng)能。由能量守恒定律 mv2＝2（hγ－A）（m為電子質(zhì)量，v為電子逸出的初速度，A為電子所做的功）公式可知，要使光電子逸出陰極表面，則必須滿足hγ＞A，而對(duì)于每一種陰極材料都有一個(gè)確定的頻率極限，如果入射光的頻率小于極限頻率，無論光多強(qiáng)都不會(huì)有光電子發(fā)射出去的。此外，光電效應(yīng)又分為外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)3種。

（1）外光電效應(yīng)。當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，光照射在材料上，靠近外層的電子會(huì)由于吸收到足夠的能量而脫離材料表面進(jìn)入外界，材料的導(dǎo)電性減弱形成外光電效應(yīng)。

（2）光導(dǎo)效應(yīng)。如果光照在半導(dǎo)體上，當(dāng)電子的能量大于半導(dǎo)體禁帶的能級(jí)寬度時(shí)，電子就從價(jià)帶移動(dòng)到導(dǎo)帶并在價(jià)帶留下空穴，留在半導(dǎo)體內(nèi)的電子和空穴在外電場(chǎng)作用下形成的電流，使其電阻率降低，這種導(dǎo)電現(xiàn)象就叫做光導(dǎo)效應(yīng)，也叫內(nèi)光電效應(yīng)。大多數(shù)的絕緣體和半導(dǎo)體材料都有光電效應(yīng)，但金屬除外。其中，半導(dǎo)體的光電效應(yīng)最為明顯，基于光導(dǎo)效應(yīng)制造出來的光電材料都有各自的入射光頻率，光在光電阻上照射時(shí)，其電阻值就會(huì)下降，導(dǎo)電性就會(huì)增強(qiáng)，而且光的強(qiáng)度愈強(qiáng)，其電阻值就愈??；如果停止光照，就會(huì)恢復(fù)到原來的電阻值。

（3）光在照射物體時(shí)如果產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)那么就稱作光生伏特效應(yīng)。目前基于光生伏特效應(yīng)制造出的器件主要有光敏二極管、管控晶閘管以及光耦合器等。

二、光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)的工作原理及電路分析和仿真

1.系統(tǒng)的工作原理。該系統(tǒng)的報(bào)警區(qū)域由650 nm左右波長(zhǎng)的紅外激光器和光電式傳感器組成，如果有人或物體經(jīng)過測(cè)試區(qū)域，就會(huì)遮擋一部分光，使光電探測(cè)器接受到的光量減少，從而使光強(qiáng)變?nèi)?；光量的變化?jīng)過電路處理變成模擬信號(hào)，由無線編碼器接收，再通過解碼器在有效的工作范圍內(nèi)進(jìn)行譯碼，從而觸發(fā)音樂芯片或者蜂鳴器產(chǎn)生警報(bào)。在實(shí)際應(yīng)用中，為了增加報(bào)警系統(tǒng)的面積并提高其穩(wěn)定性、可靠性，可以配合使用一對(duì)共軛菲涅爾透鏡，使“一”字線光源激光器發(fā)射的激光束變成矩形的光幕。此外，同時(shí)使用無線編碼譯碼芯片VD5026與VD5027還能實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多”的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.電路分析和仿真。光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)的工作原理是通過電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)和傳輸編碼譯碼。工作的第一步是將光電傳感器調(diào)至光伏模式后接入前置放大電路中，再在無光的條件下設(shè)置，使放大器接近零伏，然后把電路連接到無線編碼芯片VD5026的片選上，使輸出的信號(hào)到引腳NE。當(dāng)有人或物體入侵時(shí)，會(huì)擋住會(huì)擋住部分光線，使光量發(fā)生變化，信號(hào)變?nèi)跏狗到档?。此時(shí)，為了保證正確譯碼，選用芯片發(fā)出與無線解碼芯片VD5027的預(yù)置編碼一致的編碼，與此同時(shí)，譯碼芯片輸出引腳并持續(xù)地輸出高電平，使音樂芯片/蜂鳴器被觸發(fā)從而起到報(bào)警的作用。

三、光電傳感器的防盜報(bào)警系統(tǒng)在教室、辦公室等場(chǎng)所保安系統(tǒng)中的應(yīng)用

光電傳感器防盜報(bào)警系統(tǒng)采用非接觸式光電技術(shù)，具有易安裝、體積小、準(zhǔn)確性高、可靠性強(qiáng)且能實(shí)現(xiàn)大面積監(jiān)控及“一對(duì)多”的遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，使其在教室、辦公室、居民區(qū)、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等不同場(chǎng)所有著廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)偷竊者入侵監(jiān)測(cè)區(qū)時(shí)，會(huì)引起光量變化。光電探測(cè)器檢測(cè)到光量變化后經(jīng)過電路處理光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再經(jīng)過編碼譯碼觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警。

綜上所述，該系統(tǒng)在人或者外物入侵時(shí)，能夠準(zhǔn)確快速地觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，可靠性高、監(jiān)測(cè)面積大、能夠?qū)崿F(xiàn)“一對(duì)多”的遠(yuǎn)程監(jiān)控。如果再在主監(jiān)測(cè)區(qū)域后面另設(shè)一矩形光幕作為輔助檢測(cè)區(qū)，能進(jìn)一步有效地提高警報(bào)器報(bào)警的成功率。