西安曲江圣境商務服務有限公司 石 江

基于光電傳感器的防盜報警系統(tǒng)設計

西安曲江圣境商務服務有限公司 石 江

隨著科學技術的進步，一些不法人員的盜竊技術越來越“高明”。目前，市場中的防警報系統(tǒng)主要是接觸式的，只有當人或物接觸到報警系統(tǒng)才會產(chǎn)生報警，很難滿足人們的需要。基于人們對報警系統(tǒng)提出的更高要求，本文，筆者設計了一種光電傳感器防盜報警系統(tǒng)，該防盜報警系統(tǒng)通過光電傳感器監(jiān)測光量變化完成光信號向電信號的轉換，然后通過無線編碼器和解碼器進行編碼、解碼觸發(fā)警報系統(tǒng)，達到報警的目的，具有非接觸式、體積小、功能可靠、安裝簡單、防誤報、誤觸等優(yōu)點，在生活中應用廣泛，前景可觀。

人們社會生活的方方面面都需要安全防范技術，它是保護私有和集體財產(chǎn)的重要手段。本文中，筆者所設計的光電傳感器防盜報警系統(tǒng)的報警區(qū)域是由紅外激光器和光電傳感器搭建而成，通過監(jiān)測光量的變化將光信號轉換成電信號，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，具有測參數(shù)多、反應快、結構簡單、防誤報、非接觸等優(yōu)點，能很好地應用于商場、倉庫和教室等各種不同的場合。

一、光電傳感器及光電效應

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

2.光電效應。根據(jù)愛因斯坦的光電子效應原理，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，另一部分則轉換成電子的動能。由能量守恒定律 mv2＝2（hγ－A）（m為電子質量，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，而對于每一種陰極材料都有一個確定的頻率極限，如果入射光的頻率小于極限頻率，無論光多強都不會有光電子發(fā)射出去的。此外，光電效應又分為外光電效應、光導效應和光生伏特效應3種。

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

（2）光導效應。如果光照在半導體上，當電子的能量大于半導體禁帶的能級寬度時，電子就從價帶移動到導帶并在價帶留下空穴，留在半導體內(nèi)的電子和空穴在外電場作用下形成的電流，使其電阻率降低，這種導電現(xiàn)象就叫做光導效應，也叫內(nèi)光電效應。大多數(shù)的絕緣體和半導體材料都有光電效應，但金屬除外。其中，半導體的光電效應最為明顯，基于光導效應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，其電阻值就會下降，導電性就會增強，而且光的強度愈強，其電阻值就愈小；如果停止光照，就會恢復到原來的電阻值。

（3）光在照射物體時如果產(chǎn)生電動勢那么就稱作光生伏特效應。目前基于光生伏特效應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)的報警區(qū)域由650 nm左右波長的紅外激光器和光電式傳感器組成，如果有人或物體經(jīng)過測試區(qū)域，就會遮擋一部分光，使光電探測器接受到的光量減少，從而使光強變?nèi)?；光量的變化?jīng)過電路處理變成模擬信號，由無線編碼器接收，再通過解碼器在有效的工作范圍內(nèi)進行譯碼，從而觸發(fā)音樂芯片或者蜂鳴器產(chǎn)生警報。在實際應用中，為了增加報警系統(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，同時使用無線編碼譯碼芯片VD5026與VD5027還能實現(xiàn)“一對多”的遠程監(jiān)控。

2.電路分析和仿真。光電傳感器的防盜報警系統(tǒng)的工作原理是通過電路將光信號轉換成電信號和傳輸編碼譯碼。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，使輸出的信號到引腳NE。當有人或物體入侵時，會擋住會擋住部分光線，使光量發(fā)生變化，信號變?nèi)跏狗到档?。此時，為了保證正確譯碼，選用芯片發(fā)出與無線解碼芯片VD5027的預置編碼一致的編碼，與此同時，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)從而起到報警的作用。

三、光電傳感器的防盜報警系統(tǒng)在教室、辦公室等場所保安系統(tǒng)中的應用

光電傳感器防盜報警系統(tǒng)采用非接觸式光電技術，具有易安裝、體積小、準確性高、可靠性強且能實現(xiàn)大面積監(jiān)控及“一對多”的遠程監(jiān)控等優(yōu)點，使其在教室、辦公室、居民區(qū)、商場、倉庫等不同場所有著廣泛的應用。

當偷竊者入侵監(jiān)測區(qū)時，會引起光量變化。光電探測器檢測到光量變化后經(jīng)過電路處理光信號轉化成電信號，再經(jīng)過編碼譯碼觸發(fā)報警系統(tǒng)，從而實現(xiàn)防盜報警。

綜上所述，該系統(tǒng)在人或者外物入侵時，能夠準確快速地觸發(fā)報警系統(tǒng)，可靠性高、監(jiān)測面積大、能夠實現(xiàn)“一對多”的遠程監(jiān)控。如果再在主監(jiān)測區(qū)域后面另設一矩形光幕作為輔助檢測區(qū)，能進一步有效地提高警報器報警的成功率。