红外防盗报警器的方案设计
焦卫东，朱林杰
(嘉兴学院机械与工程学院，浙江嘉兴314001)
摘要: 在研究热释电红外探测传感器基本原理的基础上，提出了红外防盗报警器的设计方案. 首先， 通过应用热释电红外传感器探测移动的热源(人或动物等)，其输出的微弱电信号被放大. 再经过电压比较 以及信号处理后转换为触发电平，用于触发警笛报警. 仿真试验验证了该红外防盗报警器的有效性. 关键词: 热释电红外传感器; 信号放大; 信号处理; 防盗报警
中图分类号: TN911. 71 文献标识码: A. 文章编号: 1008 － 6781(2010)03 － 0084 － 04 Scheme Design of Infrared Burglar Alarm
JIAO Wei － dong，ZHU Lin － jie
(School of Mechanical ＆ Electrical Engineering，Jiaxing University，Jiaxing，Zhejiang，314001) Abstract: Based on the research into the basic principles of pyroelectric infrared sensor，a design scheme of infrared
burglar alarm device is proposed in this paper. Firstly，the infrared sensor is used for the detection of moving object
and its outputs，i. e. weak electrical signal，which is to be amplified. Then，the amplified electrical signal is processed
by voltage comparator and subjected to further processing. Thus，a trigger signal is produced and used for activating an
alarm whistle. The experimental result shows the designed infrared burglar alarm device is effective. Key words: Pyroelectric infrared sensor; signal amplification; signal processing; anti － theft alarm 0 引言
随着现代电子技术、计算通信技术的迅速发展，有关防盗报警方面的产品愈来愈丰富. 尤其红外
技术得到了迅猛的发展，红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方面面. 作为红
外防盗的一种新技术，它已越来越得到社会各界的重视和广泛应用. ［1］本文介绍的就是这么一种功能
实用、价格低廉、使用方便的防盗系统. 它基于红外线基础理论并结合了国内外同类系统的优点，采
用了被动式热释电红外线传感器(该传感器的主要特点就是只对移动热源有反应) 作为输入，经信
号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等实现报警.
1 红外防盗报警器的原理设计
1. 1 热释电红外传感器
1800 年，英国物理学家从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线. 红外线是一种电磁波，
具有与无线电波及可见光一样的本质. 红外线的波长在0. 76μm ～ 100μm 之间，按波长的范围可分为
近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与
可见光之
·84·
嘉兴学院学报
Journal of Jiaxing University
第22 卷第3 期2010 年5 月
Vol. 22 No. 3 2010. 5
间的区域. 红外线的辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境
下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈激
烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小. 温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动
而辐射出红外线. ［2］人体温度为36 ～ 37℃，所放射的红外线波长为9μm ～ 10μm，在远红外区. 热释
电红外线传感器是20 世纪80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测原件. 它能以非接触形式检测出
人体辐射的红外线能量变化，并将其转换成电压信号输出. 将这个电压信号加以放大，便可驱动各种
控制电路，如用于电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等.
热释电红外线传感器的主要部分是由一种高热点系数材料制成的探测元件. 探测元件的作用是探
测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号. 被动式热释电红外传感器只对人体敏感，对其他小
动物则反应迟钝. ［3］而且配合菲涅耳透镜使用能增加感应距离和范围. 当有移动的发热体进入监视范
围时，传感器接收到红外线能量，并有信号被检出. 经放大器放大后，由比较器进行比较鉴别，再经
过信号处理电路处理，最后由输出电路延时输出，用作报警信号输入.
1. 2 红外防盗报警系统的组成
被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号处理和报警电路等几部分组成. 其
结构如图1 所示.
图1 报警器结构框图
从图1 可知，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元上，同时也产生交替
变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元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，为报警功能的实现打下基础. 其
中信号处理部分主要是指BISS0001 芯片，由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时
器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路. ［4］当有警情发生时，信号放大器将红外线传
感器的信号放大，经过电压比较器的比较，同时经过延时电路的处理，经警笛发出报警信号.
1. 3 红外防盗报警系统的电路设计
在该探测技术中，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. ［5］
热释电红外探测器电路包括红外探测器专用芯片－ 红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外
探头及一些外围元件(电阻电容).
图2 BISS0001 管脚图
检测元件BISS0001 是COMS 数模混合专用集成电路，具有
独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信
号预处理. ［6］另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其
内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器. 管脚排列如图2
所示.
BISS0001 是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延
迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成
电路. 其内部框图如图3 所示.
首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1 组成传感信号预处理电路，将信号放大. 然后耦合
焦卫东，朱林杰:红外防盗报警器的方案设计·85·
图3 BISS0001 内部框图［7］
给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位VM 抬高为0. 5VDD 后，将输出信号V2 送
到由比较器COP1 和COP2 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs. ［8］由于VH≈0. 7VDD、VL≈
0. 3VDD，所以当VDD = 5V 时，可有效抑制± 1V 的噪声干扰，提高系统的可靠性. COP3 是一个条件
比较器. 当输入电压Vc
Vs 向下级传递; 而当Vc > VR 时，COP3 输出为高电平，进入延时周期. 在Vc = “1”、
A = “1”
时，Vs 可重复触发Vo 为有效状态，并可促使Vo 在Tx 周期内一直保持有效状态. 在Tx 时间内，只
要Vs 发生上跳变，则Vo 将从Vs 上跳变时刻起继续延长一个Tx 周期; 若Vs 保持为“1”状态，则
Vo 一直保持有效状态; 若Vs 保持为“0”状态，则在Tx 周期结束后Vo 恢复为无效状态，并且，同
样在封锁时间Ti 时间内，任何Vs 的变化都不能触发Vo 为有效状态. 热释电红外探测器电路如图4
所示.
图4 报警器的工作电路原理图
2 实验研究
防盗探测器电路设计中以红外探测器部分为主，设计的重点在红外专用芯片BISS0001 的应用.
热释电红外传探测器的优点是仅对人体运动敏感，对其他运动不敏感. ［9 － 10］缺点是易受冷热气流的影
响，尤其是当环境温度接近人体的温度时，误报率极高. 因此，合理调节输出延迟时间Tx，适当改
变Txi，即调整人R1、C1、R2、C2，使探测器有充分的时间区分变化的温差，从而达到准确测量的
·86· 嘉兴学院学报第22 卷第3 期
目的.
图5 热释电红外报警器
实验中，延时时间取为10s. 人体感应
模块与警笛、电源之间的实物接线如图5 所
示. 实验研究中的红外探头安装了菲涅尔透
镜，可增大感应范围. 本系统采用继电器输
出，输出电压12V，直接接负载. 实验显
示，本防盗报警装置具有2 个功能特点. 1)
活动热源一旦进入感应范围，感应器的继电
器常开触点立即闭合，从而输出电源(继电
器触点的公共接点已接输入电源正极); 活
动热源离开感应范围后，则延时关闭输出的
电源. 感应接通电源后，在延时时间段内，
如果有热源在其感应范围活动，电源将持续
接通，直到其离开后才延时关闭(感应模块
检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个
延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点). 2) 灵敏度高，可靠性好，显示了
其潜在的应用价值.
3 结论
红外防盗报警器的总体方案设计基本正确可行，其主要功能基本得以实现. 盗情检测有效，具有
较强的抗干扰性能力和自我保护功能，为将来系统产品化打下了良好的基础. 红外防盗报警器的输出
信号都是开关量，有无警情很容易识别，但由于信号线上受到空间电磁波的干扰，例如附近手机、电
焊机等的工作，会导致误报，因此，实际电路中，要考虑到了对信号进行特殊的处理，如在硬件上设
置滤波电路，或采用比较器进行处理. 热释电红外传感器的应用非常广泛，具有价格低廉、技术性能
稳定等优点. 经过多次测试，该系统工作情况稳定.
参考文献:
［1］ 沈廷根. 热释电红外新器件的工作原理及其应用［J］. 世界电子元器件，2001 (10): 43 － 46. ［2］ 刘舒祺，施国梁. 基于热释电红外传感器的报警系统［J］. 国外电子元器件，2005 (3): 18 － 20. ［3］ 黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础［M］. 北京: 机械工业出版社，2003: 56 － 58.
［4］ 袁希光. 传感技术手册［M］. 北京: 国防工业出版社，2006: 12 － 15.
［5］ 何希才. 传感器及其应用电路［M］. 北京: 电子工业出版社，2001: 6 － 7.
［6］ 吴英才，林华清. 热释电红外传感器在防盗系统中的应用［J］. 传感器技术，2002，21 (7): 47 － 48. ［7］ 张庆双. 经典实用电路大全［M］. 北京: 机械工业出版社，2007: 22 － 26.
［8］ 秦曾煌. 电工学(电子技术) ［M］. 北京: 高等教育出版社，2006: 123 － 125.
［9］ SCHOPFH，RUPPEL W，WURFEL P. Voltage responsivity of pyroelectric detectors on a heat － sink substrate ［J］. Ferroelectrics，
1991 (8): 297 － 305.
［10］ 张兴国，苏运东. 热释电红外探测警戒系统［J］. 传感器技术，1997，16 (5): 38 － 40.
(责任编辑张争)__
红外防盗报警器的方案设计
焦卫东，朱林杰
(嘉兴学院机械与工程学院，浙江嘉兴314001)
摘要: 在研究热释电红外探测传感器基本原理的基础上，提出了红外防盗报警器的设计方案. 首先， 通过应用热释电红外传感器探测移动的热源(人或动物等)，其输出的微弱电信号被放大. 再经过电压比较 以及信号处理后转换为触发电平，用于触发警笛报警. 仿真试验验证了该红外防盗报警器的有效性. 关键词: 热释电红外传感器; 信号放大; 信号处理; 防盗报警
中图分类号: TN911. 71 文献标识码: A. 文章编号: 1008 － 6781(2010)03 － 0084 － 04 Scheme Design of Infrared Burglar Alarm
JIAO Wei － dong，ZHU Lin － jie
(School of Mechanical ＆ Electrical Engineering，Jiaxing University，Jiaxing，Zhejiang，314001) Abstract: Based on the research into the basic principles of pyroelectric infrared sensor，a design scheme of infrared
burglar alarm device is proposed in this paper. Firstly，the infrared sensor is used for the detection of moving object
and its outputs，i. e. weak electrical signal，which is to be amplified. Then，the amplified electrical signal is processed
by voltage comparator and subjected to further processing. Thus，a trigger signal is produced and used for activating an
alarm whistle. The experimental result shows the designed infrared burglar alarm device is effective. Key words: Pyroelectric infrared sensor; signal amplification; signal processing; anti － theft alarm 0 引言
随着现代电子技术、计算通信技术的迅速发展，有关防盗报警方面的产品愈来愈丰富. 尤其红外
技术得到了迅猛的发展，红外探测技术已渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方面面. 作为红
外防盗的一种新技术，它已越来越得到社会各界的重视和广泛应用. ［1］本文介绍的就是这么一种功能
实用、价格低廉、使用方便的防盗系统. 它基于红外线基础理论并结合了国内外同类系统的优点，采
用了被动式热释电红外线传感器(该传感器的主要特点就是只对移动热源有反应) 作为输入，经信
号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等实现报警.
1 红外防盗报警器的原理设计
1. 1 热释电红外传感器
1800 年，英国物理学家从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线. 红外线是一种电磁波，
具有与无线电波及可见光一样的本质. 红外线的波长在0. 76μm ～ 100μm 之间，按波长的范围可分为
近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与
可见光之
·84·
嘉兴学院学报
Journal of Jiaxing University
第22 卷第3 期2010 年5 月
Vol. 22 No. 3 2010. 5
间的区域. 红外线的辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境
下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈激
烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小. 温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动
而辐射出红外线. ［2］人体温度为36 ～ 37℃，所放射的红外线波长为9μm ～ 10μm，在远红外区. 热释
电红外线传感器是20 世纪80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测原件. 它能以非接触形式检测出
人体辐射的红外线能量变化，并将其转换成电压信号输出. 将这个电压信号加以放大，便可驱动各种
控制电路，如用于电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等.
热释电红外线传感器的主要部分是由一种高热点系数材料制成的探测元件. 探测元件的作用是探
测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号. 被动式热释电红外传感器只对人体敏感，对其他小
动物则反应迟钝. ［3］而且配合菲涅耳透镜使用能增加感应距离和范围. 当有移动的发热体进入监视范
围时，传感器接收到红外线能量，并有信号被检出. 经放大器放大后，由比较器进行比较鉴别，再经
过信号处理电路处理，最后由输出电路延时输出，用作报警信号输入.
1. 2 红外防盗报警系统的组成
被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号处理和报警电路等几部分组成. 其
结构如图1 所示.
图1 报警器结构框图
从图1 可知，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元上，同时也产生交替
变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元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，为报警功能的实现打下基础. 其
中信号处理部分主要是指BISS0001 芯片，由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时
器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路. ［4］当有警情发生时，信号放大器将红外线传
感器的信号放大，经过电压比较器的比较，同时经过延时电路的处理，经警笛发出报警信号.
1. 3 红外防盗报警系统的电路设计
在该探测技术中，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. ［5］
热释电红外探测器电路包括红外探测器专用芯片－ 红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外
探头及一些外围元件(电阻电容).
图2 BISS0001 管脚图
检测元件BISS0001 是COMS 数模混合专用集成电路，具有
独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信
号预处理. ［6］另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其
内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器. 管脚排列如图2
所示.
BISS0001 是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延
迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成
电路. 其内部框图如图3 所示.
首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1 组成传感信号预处理电路，将信号放大. 然后耦合
焦卫东，朱林杰:红外防盗报警器的方案设计·85·
图3 BISS0001 内部框图［7］
给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位VM 抬高为0. 5VDD 后，将输出信号V2 送
到由比较器COP1 和COP2 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs. ［8］由于VH≈0. 7VDD、VL≈
0. 3VDD，所以当VDD = 5V 时，可有效抑制± 1V 的噪声干扰，提高系统的可靠性. COP3 是一个条件
比较器. 当输入电压Vc
Vs 向下级传递; 而当Vc > VR 时，COP3 输出为高电平，进入延时周期. 在Vc = “1”、
A = “1”
时，Vs 可重复触发Vo 为有效状态，并可促使Vo 在Tx 周期内一直保持有效状态. 在Tx 时间内，只
要Vs 发生上跳变，则Vo 将从Vs 上跳变时刻起继续延长一个Tx 周期; 若Vs 保持为“1”状态，则
Vo 一直保持有效状态; 若Vs 保持为“0”状态，则在Tx 周期结束后Vo 恢复为无效状态，并且，同
样在封锁时间Ti 时间内，任何Vs 的变化都不能触发Vo 为有效状态. 热释电红外探测器电路如图4
所示.
图4 报警器的工作电路原理图
2 实验研究
防盗探测器电路设计中以红外探测器部分为主，设计的重点在红外专用芯片BISS0001 的应用.
热释电红外传探测器的优点是仅对人体运动敏感，对其他运动不敏感. ［9 － 10］缺点是易受冷热气流的影
响，尤其是当环境温度接近人体的温度时，误报率极高. 因此，合理调节输出延迟时间Tx，适当改
变Txi，即调整人R1、C1、R2、C2，使探测器有充分的时间区分变化的温差，从而达到准确测量的
·86· 嘉兴学院学报第22 卷第3 期
目的.
图5 热释电红外报警器
实验中，延时时间取为10s. 人体感应
模块与警笛、电源之间的实物接线如图5 所
示. 实验研究中的红外探头安装了菲涅尔透
镜，可增大感应范围. 本系统采用继电器输
出，输出电压12V，直接接负载. 实验显
示，本防盗报警装置具有2 个功能特点. 1)
活动热源一旦进入感应范围，感应器的继电
器常开触点立即闭合，从而输出电源(继电
器触点的公共接点已接输入电源正极); 活
动热源离开感应范围后，则延时关闭输出的
电源. 感应接通电源后，在延时时间段内，
如果有热源在其感应范围活动，电源将持续
接通，直到其离开后才延时关闭(感应模块
检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个
延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点). 2) 灵敏度高，可靠性好，显示了
其潜在的应用价值.
3 结论
红外防盗报警器的总体方案设计基本正确可行，其主要功能基本得以实现. 盗情检测有效，具有
较强的抗干扰性能力和自我保护功能，为将来系统产品化打下了良好的基础. 红外防盗报警器的输出
信号都是开关量，有无警情很容易识别，但由于信号线上受到空间电磁波的干扰，例如附近手机、电
焊机等的工作，会导致误报，因此，实际电路中，要考虑到了对信号进行特殊的处理，如在硬件上设
置滤波电路，或采用比较器进行处理. 热释电红外传感器的应用非常广泛，具有价格低廉、技术性能
稳定等优点. 经过多次测试，该系统工作情况稳定.
参考文献:
［1］ 沈廷根. 热释电红外新器件的工作原理及其应用［J］. 世界电子元器件，2001 (10): 43 － 46. ［2］ 刘舒祺，施国梁. 基于热释电红外传感器的报警系统［J］. 国外电子元器件，2005 (3): 18 － 20. ［3］ 黄长艺，严普强. 机械工程测试技术基础［M］. 北京: 机械工业出版社，2003: 56 － 58.
［4］ 袁希光. 传感技术手册［M］. 北京: 国防工业出版社，2006: 12 － 15.
［5］ 何希才. 传感器及其应用电路［M］. 北京: 电子工业出版社，2001: 6 － 7.
［6］ 吴英才，林华清. 热释电红外传感器在防盗系统中的应用［J］. 传感器技术，2002，21 (7): 47 － 48. ［7］ 张庆双. 经典实用电路大全［M］. 北京: 机械工业出版社，2007: 22 － 26.
［8］ 秦曾煌. 电工学(电子技术) ［M］. 北京: 高等教育出版社，2006: 123 － 125.
［9］ SCHOPFH，RUPPEL W，WURFEL P. Voltage responsivity of pyroelectric detectors on a heat － sink substrate ［J］. Ferroelectrics，
1991 (8): 297 － 305.
［10］ 张兴国，苏运东. 热释电红外探测警戒系统［J］. 传感器技术，1997，16 (5): 38 － 40.
(责任编辑张争)__