CN104103141A - 环境监测站取水点周界防越报警系统的红外线感应模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种环境监测站取水点周界防越报警系统的红外线感应模块，设置于红外监控器的红外感应装置中以获得红外感应信号；该红外线感应模块被配置为：敏感元件PZT1与敏感元件PZT2极性反接串联，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点接入MOS管MG的栅极，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点接地，电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点和电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点之间，MOS管MG的源极接电源，MOS管MG的漏极接信号输出端；敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的前端设置有滤光片。本发明有利于改善环境监测站取水点周界防越报警系统性能，提高环境监测站取水点的监控效果。

Description

环境监测站取水点周界防越报警系统的红外线感应模块

技术领域

本发明涉及环境监测技术，尤其涉及一种环境监测站取水点周界防越报警系统及其分系统。

背景技术

环境监测站的取水点需要实行封闭式管理，通常会设置围栏，无关人员非经允许不得入内。单纯依靠建成的围栏对环境监测取水点周界进行闭管理并不能杜绝非正常侵入者通过翻越围栏进入，必须配合一定的技术手段来提高周界的防范水平。一般地，通过建立周界防越报警系统来从技术方面增强对周界的有效管理，实现对中心站取水点外层周边的防护。

目前，一些单位的环境监测站取水点除安装视频监控器之外，还会设置红外监控器，当他人非法闯入时会进行报警。对于红外监控器而言，其探测的红外信号强度较小且不稳定，因而经常会存在误报、漏报。此外，红外监控器多采用干电池供电，一旦电池电能耗完而没有得到及时更换，将导致红外监控器失效，由此带来安全隐患。由于现有红外监控器的不足，有必要涉及一种新的环境监测站取水点周界防越报警系统及其分系统。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种环境监测站取水点周界防越报警系统及其分系统，可以有效地改善产品性能，提高环境监测站取水点的监控效果。

为解决以上技术问题，本发明提供一种环境监测站取水点周界防越报警系统的红外线感应模块，该环境监测站取水点周界防越报警系统包括视频红外监控器和红外监控器，其中：该红外监控器包括若干红外感应装置、报警装置、声讯闪烁装置及红外监控主机，红外感应装置、声讯闪烁装置及红外监控主机均连接至报警装置，红外感应装置配置有红外线感应模块以获得红外感应信号，触发报警装置产生报警信号进行报警，声讯闪烁装置根据报警装置的报警信号进行声讯闪烁报警，红外监控主机根据报警装置的报警信号使视频监控器联动，以进行视频监控录像；该视屏监控器包括若干视屏探头、视频监控主机、视频墙及录像设备，视屏探头、视频墙及录像设备均连接至视频监控主机，视频探头获得视屏信号，传输至视频监控主机，视频监控主机将视频信号发送至视频墙显示，并控制相应的录像设备进行实时视频监控录像；该红外线感应模块被配置为：敏感元件PZT1与敏感元件PZT2极性反接串联，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点接入MOS管MG的栅极，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点接地，电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点和电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点之间，MOS管MG的源极接电源，MOS管MG的漏极接信号输出端；敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的前端设置有滤光片。

较优地，与信号放大模块、电压比较模块、延时模块、报警模块及供电模块一起构成红外监控器的主体，其中：

红外线感应模块，具有红外线探测传感器，在探测到前方人体辐射出的红外线信号时，输出感应电信号；

信号放大模块，将感应信号按预定增益放大为待比较信号；

电压比较模块，将待比较信号与基准信号进行比较，得到一比较结果；

延时模块，在待比较结果表征待比较信号电压大于基准信电压时，延时预定时间后输出报警指示信号；

报警模块，根据报警指示信号，输出报警信号进行报警；

供电模块，为红外线感应模块、信号放大模块、电压比较模块、延时模块及报警模块提供工作电压。

较优地，该信号放大模块包括：

第一级放大电路，包括三极管及外围元件，对该感应电信号进行放大；

第二级放大电路，包括第一运算放大器，对该第一级放大电路的输出电压进行高增益、低噪声放大。

较优地，该电压比较模块包括第二运算放大器，一输入端接该第一运算放大器的输出端、另一输入端接基准电压。

较优地，该延时模块包括：

充电电路，输出端通过二极管反相接该第二运算放大器的输出端；

第三运算放大器，一输入端接该充电电路的输出端、另一输入端接基准电压。

较优地，该报警模块包括讯响器，该讯响器的输入端通过三极管驱动电路接该第三运算放大器的输出脚。

较优地，该供电模块包括交流-直流转换电路：该交流-直流转换电路包括全桥式整流电路，用于给输入交流电进行整流处理；滤波电路，用于给整流处理后的交流电进行滤波处理，该滤波电路包括二极管D3’、二极管D4’、二极管D8’、二极管D9’、电容C7’以及电容C9’，其中二极管D3’的阳极与整流电路的输出端连接，二极管D3’的阴极与二极管D9’的阴极连接，电容C7’的一端与二极管D3’的阴极连接，电容C7’的另一端分别与二极管D8’的阳极和二极管D4’的阴极连接，二极管D8’的阴极与二极管D9’的阳极连接，电容C9’的一端与二极管D4’的阳极连接，电容C9’的另一端与二极管D9’的阳极连接，二极管D9’的阴极还与直流输出端连接。

较优地，该交流-直流转换电路设置有滤波电容C10’，滤波电容C10’的一端与直流输出端连接，滤波电容C10’的另一端接地。

较优地，该交流-直流转换电路设置有用于呈现该交流-直流转换电路的工作状态的指示电路；该指示电路包括发光二极管D1’，发光二极管D1’的阴极接地，发光二极管D1’的阳极通过电阻R5’与直流输出端连接。

较优地，设置有用于保护发光二极管D1’的稳压二极管D2’，稳压二极管D2’的阳极接地，稳压二极管D2’的阴极通过电阻R4’分别与直流输出端和发光二极管D1’的阳极连接。

与现有技术相比，本发明的红外监控器采用多级放大电路提高前方人体辐射出的红外线信号增益，在待比较信号与基准信号电压大于基准信电压时，延时预定时间后将输出报警指示信号进行报警，这对红外信号的质量要求降低，有利于减少漏报、误报的问题。特别地，本发明通过接入市电来提供红外监控器的直流工作电压，不必频繁更换电池，使用起来较为方便，也降低了因红外监控器失效而带来的安全隐患。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号来表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例环境监测站取水点周界防越报警系统的组成框图；

图2为本发明实施例中红外监控器的原理图；

图3为本发明实施例中红外线感应模块的原理图；

图4为本发明实施例中报警模块的电路原理图；

图5为本发明实施例中交流-直流转换电路的原理图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

参见图1，为本发明实施例环境监测站取水点周界防越报警系统的组成框图。该环境监测站取水点周界防越报警系统包括视频红外监控器200和红外监控器100两大部分，其中的视屏监控器200与红外监控器100可独立运行，也可以联动。该环境监测站取水点周界防越报警系统的拓扑结构如下所述。

红外监控器100包括若干红外感应装置(如热释型红外感应器，对射式红外感应器等)110、报警装置120、声讯闪烁装置140及红外监控主机150，若干红外感应装置110、声讯闪烁装置140及红外监控主机150均连接至报警装置120，红外感应装置110获得红外感应信号，触发报警装置120产生报警信号进行报警，声讯闪烁装置140根据报警装置120的报警信号进行声讯闪烁报警，以便提示安防人员进行处理，红外监控主机150根据报警装置120的报警信号使视频监控器200联动，进行视频监控录像。

视屏监控器200包括若干视屏探头(如枪机、球机或红外防水一体机等)210、视频监控主机220、视频墙230及录像设备240，视屏探头210、视频墙230及录像设备240均连接至视频监控主机220，视频探头210获得视屏信号，传输至视频监控主机220，该视频监控主机220将视频信号发送至视频墙230显示，并控制相应的录像设备240进行实时视频监控录像。

上述环境监测站取水点周界防越报警系统中，红外感应装置110及视屏探头210设置在环境监测站取水点栅栏边界的若干位置，以消除监控盲区为准。本实施例选配红外监控主机150，联动状态下，红外监控主机150根据报警装置120的报警信号输出录像启动信号，使得视频监控主机220控制录像设备240开始进行视频录像，以便时候分析非法越界视频资料。

参见图2，为本发明实施例中红外监控器的原理图。该红外监控器100(以下简称红外监控器)中，红外感应装置110包括红外线感应模块111，报警装置(报警电路)120包括信号放大模块121、电压比较模块122，延时模块123和报警模块124，其中：

红外线感应模块111，探测人体发出的红外线并输出感应信号；

信号放大模块121，将感应信号按预定增益放大为待比较信号；

电压比较模块122，将待比较信号与基准信号进行比较，得到一比较结果；

延时模块123，在待比较结果表征待比较信号电压大于基准信电压时，延时一预定时间后输出报警指示信号；

报警模块124，根据报警指示信号，输出报警信号进行报警。

上述红外监控器100为有源器件，其包括供电模块(供电电路)130，为上述模块提供工作电压。

该红外监控器100的工作过程是，红外线感应模块111探测到人体发出的红外线，然后经信号放大模块121、电压比较模块122、延时模块123和报警模块124处理后进行报警。

该红外监控器100的各个模块均可采用多种电路实现，以下为较优实现实例。

参见图3，为本发明实施例中红外线感应模块的原理图。该红外线感应模块111中，敏感元件PZT1与敏感元件PZT2极性反接串联，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点接入MOS管MG的栅极，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点接地，电阻RG并接在串接后的敏感器件PZT1、PZT2的第一节点和第二节点之间，MOS管MG的源极接电源，MOS管MG的漏极接信号输出端。红外线IR经过滤光片FT后，由敏感元件PZT1、PZT2接收，但是两片敏感元件PZT1、PZT2接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，由此经MOS管处理后输出感应电信号。上述的滤光片FT为菲泥尔滤光片，可使环境的干扰受到明显的控制作用。

参见图4，为红外监控器100中报警模块的电路结构，各部件电路组成及工作过如下：

红外线探测传感器IC1(如Q74)为红外线感应模块111的主要部件，在探测到前方人体辐射出的红外线信号时，传感器IC1的2脚输出微弱的感应电信号。

信号放大模块121包括两级放大电路，其中：感应电信号经三极管VT1、电阻R1、R2、R3及电容C1等组成的第一级放大电路放大；再通过电容C2输入到第二级放大电路中的运算放大器IC2中进行高增益、低噪声放大，该第二级放大电路还涉及到电阻R4、R5、R6、R7、R8及电容C2、C3、C4；此时，运算放大器IC2的1脚输出的信号已足够强。

运算放大器IC3为电压比较模块122的关键部件，其涉及到外围元件R10、R11、R12、R13及电容C5和二级管VD1。该运算放大器IC3的5脚由电阻R10、二极管VD1提供基准电压；当运算放大器IC2的1脚输出的信号电压到达运算放大器IC3的6脚时，两个输入端的电压进行比较；此时，运算放大器IC3的7脚由原来的高电平变为低电平。

运算放大器IC4为延时模块123的关键部件，该运算放大器IC4的3脚接电阻R15、R16，1脚接电阻R17、R18，2脚连接电阻R14和电容C6以组成延时电路，延时时间约为X(如4分钟)。当运算放大器IC3的7脚变为低电平时，电容C6通过二极管VD2放电，此时运算放大器IC4的2脚变为低电平；它与运算放大器IC4的3脚基准电压进行比较，当低于其基准电压时，运算放大器IC4的1脚变为高电平，即输出报警指示信号。

根据报警指示信号，报警模块124中的三极管VT2导通，使得讯响器BL通电，从而发出报警声。

人体红外线信号消失后，运算放大器IC3的7脚又恢复高电平输出，此时二极管VD2截止。由于电容C6两端的电压不能突变，故通过电阻R14向电容C6缓慢充电，当电容C6两端的电压高于其基准电压时，运算放大器IC4的1脚才变为低电平，时间约为Y(如1分钟)，即持续1分钟报警。

上述电路中，供电装置130可为专用电池H，它通过三极管VT3、二极管VD3、VD4、电阻R19、R20、电容C8等辅助电路可为红外监控器各部件提供工作电压VDD，该专用电池H接有三段稳压管IC5(如78L06)及C7保持电压的稳定。可以理解的是，供电装置130也可以由市电转换为符合要求的直流工作电压，这是由交流-直流转换电路来实现的，以下为一较优的电路结构。

参见图5，为本发明实施例中的交流-直流转换电路的电路原理图。该实施例中的交流-直流转换电路主要包括整流电路131和滤波电路132，整流电路131用于给输入交流电进行整流处理的整流电路，滤波电路132用于给整流处理后的交流电进行滤波处理，各个部分的电路结构及工作原理具体如下。

整流电路131，用于给输入交流电进行整流处理，其优选地采用全波桥式整流电路BR1。全波桥式整流电路BR1由四个二级管构成，其设计简单实用，可以很好地满足客户的整流需求。

滤波电路132，用于给整流处理后的交流电V+进行滤波处理，其包括二极管D3’、二极管D4’、二极管D8’、二极管D9’、电容C7’以及电容C9’，二极管D3’的阳极与整流电路的输出连接，二极管D3’的阴极与二极管D9’的阴极连接，电容C7’的一端与二极管D3’的阴极连接，电容C7’的另一端分别与二极管D8’的阳极和二极管D4’的阴极连接，二极管D8’的阴极与二极管D9’的阳极连接，电容C9’的一端与二极管D4’的阳极连接，电容C9’的另一端与二极管D9’的阳极连接，二极管D9’的阴极还与直流输出端连接。

图5所示该交流-直流转换电路通过转换时将电容C7’和电容C9’串联进行储能，使得电容C7’和电容C9’为小电容即可完成原来使用大电容实现的交流-直流的转换，降低了交流-直流转换电路的实现成本，同时降低了整个电路的功率因数。当整流处理后的交流电的电压大于电容C7’和电容C9’的电压和时，整流处理后的交流电依次经二极管D3’、电容C7’、二极管D8’以及电容C9’到地给电容C7’和电容C9’充电，二极管D4’和二极管D9’截止。这里电容C7’和电容C9’使用相等电容值的电容，这两个电容可以充电到(Vbuck/2)＝(Vac峰值/2)。这时整流处理后的交流电的电压小于等于电容C7’和电容C9’的电压和，即V+变化到小于等于(Vac峰值/2)，二极管D3’截止，V+不再给直流输出端供电，这时二极管D8’截止，二极管D4’和二极管D9’导通。通过电容C7’、二极管D4’和电容C9’、二极管D9’给直流输出端放电，也就是通过电容C7’和电容C9’对负载回路供电。这时直流输出端(即Vbuck)的电压变化就不会和V+样具有波峰和波谷，而是平滑变化的波峰，由此起到波形斩波的效果。同时当V+变化到小于等于(Vac峰值/2)，V+不对直流输出端供电，即在电压变化为波谷时，输入电流也减小至0，所以电压和电流变化一致性比一般用大电解电容的电路的一致性要好，所以本实施例交流-直流转换电路的电源输入功率因数也会提高。

在图5中，交流-直流转换电路还包括滤波电容C10’，滤波电容C10’的一端与直流输出端连接，滤波电容C10’的另一端接地。通过滤波电解电容C10的滤波使得直流输出端输出的电压更加平滑，更好的满足用户直流供电的需求。此外，该交流-直流转换电路还包括用于指示交流-直流转换电路的工作状态的发光二极管D1’，发光二极管D1’的阴极接地，发光二极管D1’的阳极通过电阻R5’与直流输出端Vbuck连接。进一步地，该交流-直流转换电路还包括用于保护发光二极管D1’的稳压二极管D2’，稳压二极管D2’的阳极接地，稳压二极管D2’的阴极通过电阻R4’分别与直流输出端和发光二极管D1’的阳极连接。当本实施例的交流-直流转换电路给直流输出端供电时，发光二极管D1’这时会被点亮以指示本交流-直流转换电路处于工作状态。而稳压二极管D2’则可以保证发光二极管D1’两端的工作电压不会过大而将发光二极管D1’损坏。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种环境监测站取水点周界防越报警系统的红外线感应模块，该环境监测站取水点周界防越报警系统包括视频红外监控器和红外监控器，其中：该红外监控器包括若干红外感应装置、报警装置、声讯闪烁装置及红外监控主机，红外感应装置、声讯闪烁装置及红外监控主机均连接至报警装置，红外感应装置配置有红外线感应模块以获得红外感应信号，触发报警装置产生报警信号进行报警，声讯闪烁装置根据报警装置的报警信号进行声讯闪烁报警，红外监控主机根据报警装置的报警信号使视频监控器联动，以进行视频监控录像；该视屏监控器包括若干视屏探头、视频监控主机、视频墙及录像设备，视屏探头、视频墙及录像设备均连接至视频监控主机，视频探头获得视屏信号，传输至视频监控主机，视频监控主机将视频信号发送至视频墙显示，并控制相应的录像设备进行实时视频监控录像，其特征在于，该红外线感应模块被配置为：敏感元件PZT1与敏感元件PZT2极性反接串联，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点接入MOS管MG的栅极，串接后的敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点接地，电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第一节点和电阻RG敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的第二节点之间，MOS管MG的源极接电源，MOS管MG的漏极接信号输出端；敏感元件PZT1与敏感元件PZT2的前端设置有滤光片。

2.如权利要求1所述的红外线感应模块，其特征在于，与信号放大模块、电压比较模块、延时模块、报警模块及供电模块一起构成红外监控器的主体，其中：

红外线感应模块，具有红外线探测传感器，在探测到前方人体辐射出的红外线信号时，输出感应电信号；

信号放大模块，将感应信号按预定增益放大为待比较信号；

电压比较模块，将待比较信号与基准信号进行比较，得到一比较结果；

延时模块，在待比较结果表征待比较信号电压大于基准信电压时，延时预定时间后输出报警指示信号；

报警模块，根据报警指示信号，输出报警信号进行报警；

供电模块，为红外线感应模块、信号放大模块、电压比较模块、延时模块及报警模块提供工作电压。

3.如权利要求2所述的红外线感应模块，其特征在于，该信号放大模块包括：

第一级放大电路，包括三极管及外围元件，对该感应电信号进行放大；

第二级放大电路，包括第一运算放大器，对该第一级放大电路的输出电压进行高增益、低噪声放大。

4.如权利要求3所述的红外线感应模块，其特征在于，该电压比较模块包括第二运算放大器，一输入端接该第一运算放大器的输出端、另一输入端接基准电压。

5.如权利要求4所述的红外监控器，其特征在于，该延时模块包括：

充电电路，输出端通过二极管反相接该第二运算放大器的输出端；

第三运算放大器，一输入端接该充电电路的输出端、另一输入端接基准电压。

6.如权利要求5所述的红外线感应模块，其特征在于，该报警模块包括讯响器，该讯响器的输入端通过三极管驱动电路接该第三运算放大器的输出脚。

7.如权利要求2所述的红外线感应模块，其特征在于，该供电模块包括交流-直流转换电路：该交流-直流转换电路包括全桥式整流电路，用于给输入交流电进行整流处理；滤波电路，用于给整流处理后的交流电进行滤波处理，该滤波电路包括二极管D3’、二极管D4’、二极管D8’、二极管D9’、电容C7’以及电容C9’，其中二极管D3’的阳极与整流电路的输出端连接，二极管D3’的阴极与二极管D9’的阴极连接，电容C7’的一端与二极管D3’的阴极连接，电容C7’的另一端分别与二极管D8’的阳极和二极管D4’的阴极连接，二极管D8’的阴极与二极管D9’的阳极连接，电容C9’的一端与二极管D4’的阳极连接，电容C9’的另一端与二极管D9’的阳极连接，二极管D9’的阴极还与直流输出端连接。

8.如权利要求7所述的红外线感应模块，其特征在于，该交流-直流转换电路设置有滤波电容C10’，滤波电容C10’的一端与直流输出端连接，滤波电容C10’的另一端接地。

9.如权利要求7所述的红外线感应模块，其特征在于，该交流-直流转换电路设置有用于呈现该交流-直流转换电路的工作状态的指示电路；该指示电路包括发光二极管D1’，发光二极管D1’的阴极接地，发光二极管D1’的阳极通过电阻R5’与直流输出端连接。

10.如权利要求9所述的红外线感应模块，其特征在于，设置有用于保护发光二极管D1’的稳压二极管D2’，稳压二极管D2’的阳极接地，稳压二极管D2’的阴极通过电阻R4’分别与直流输出端和发光二极管D1’的阳极连接。