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基于PIR传感器的安全报警系统

在这个简单的 DIY 项目 中，我将演示如何设计和实现一个基于 PIR（被动红外）传感器 的安防报警系统。该电路以 Arduino 作为主控制器，并使用 PIR 传感器 进行感应检测。除此之外，我还使用了 UM3561 集成电路（警报音发生器 IC），通过扬声器产生所需的警报声。

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1. 引言​

通常，在家庭、商店、办公室等场所使用的安全系统中，会采用红外或激光发射器和接收器来实现精确和可靠的安全监控。然而，这些方法需要大量的资金投入和基础设施支持。

本项目提供了一种简单且成本效益高的安全系统解决方案，其中将介绍一种基于PIR传感器的安全报警系统。该系统使用PIR传感器代替传统的发射器或接收器，不仅节省了功耗，还降低了成本。PIR传感器是被动红外传感器（Passive Infrared Sensor）的简称。

2. PIR传感器安全报警电路原理​

该电路的主要功能是提供安全防护。它基于PIR传感器和一个能够产生警报声的集成电路（IC）。PIR传感器能够检测人体发出的红外辐射，并产生数字输出信号。该信号被输入到Arduino UNO。

根据PIR传感器的数字信号，Arduino UNO触发UM3561警报声集成电路。因此，当检测到人体时，系统会发出警报声。

UM3561是一种只读存储器（ROM）集成电路，能够产生多种警报声，例如救护车警报声、消防车警报声、警车警报声以及机关枪声。

3. PIR传感器安全报警电路图​

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注意：电路图中显示UM3561的振荡器电阻（连接在UM3561的第7引脚和第8引脚之间）为220Ω，但实际应为220KΩ。

4. 电路元件​

  • PIR传感器
  • Arduino UNO
  • UM3561警报声集成电路
  • NPN晶体管 — 2N2222
  • 电阻 — 10KΩ和220KΩ
  • 扬声器 — 8Ω
  • 面包板
  • 连接导线

5. PIR传感器安全报警电路设计​

该设计系统包括Arduino UNO、PIR传感器、UM3561集成电路、扬声器、晶体管以及几个电阻。UM3561集成电路是一种警报声发生器，具有8个引脚。第1引脚和第6引脚是音效选择引脚。根据它们的连接方式，可以选择4种不同类型的警报声。

在本项目中，我将第1引脚和第6引脚保持开路状态，以产生警车警报声。第5引脚通过一个NPN晶体管（由Arduino UNO的第4引脚激活）连接到+5V。

一个220KΩ的电阻一端连接到UM3561集成电路的第7引脚，另一端连接到集成电路的第8引脚。从集成电路的第3引脚输出信号，并通过一个电阻和晶体管连接到扬声器。

晶体管的基极通过一个10KΩ的电阻连接到集成电路的输出端。发射极连接到地，而扬声器的一端连接到集电极，另一端连接到+5V。

关于PIR传感器，其输出端连接到Arduino的第3引脚。

6. 代码​

int pir = 3;
int siren =4;
void setup() 
{
  pinMode(pir,INPUT);
  pinMode(siren,OUTPUT);

  digitalWrite(siren,LOW);

      delay(8000);

}

void loop() 
{
  if(digitalRead(pir))
  {
    digitalWrite(siren,HIGH);
    delay(10000);
    digitalWrite(siren,LOW);
    while(digitalRead(pir));
  }
  
}

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7. PIR传感器安全报警系统的工作原理​

  1. 按照电路图连接电路，并打开电路电源。
  2. PIR传感器通电后，能够检测人体发出的红外线。
  3. 该PIR传感器的有效检测距离为5米。可以通过调节传感器上的电位器来改变这个距离。
  4. 当检测到人体时，PIR传感器输出一个逻辑高电平信号，即向Arduino UNO的第3引脚发送3.5V到5V的电压。
  5. 一旦Arduino在第3引脚检测到逻辑高电平，它将在持续10秒的时间内使第4引脚输出高电平。在这段时间内，警报声集成电路UM3561被激活，因为其第5引脚被提供+5V电压。
  6. 警报声发生器内部有一个振荡器，用于产生声音。
  7. 振荡器电路被调整到特定的频率，并通过一个外部的220KΩ电阻进行微调。
  8. 然后，信号被传递到控制电路，这取决于音调选择引脚。
  9. 这些音调选择引脚从集成电路产生的不同音调中选择一种音调。
  10. 因此，振荡信号连同选定的音调被发送到地址计数器。地址计数器随后将数据发送到ROM。
  11. ROM将选定的音调通过第3引脚输出。
  12. 输出信号被送入NPN晶体管，以放大警报声。
  13. 晶体管的基极从警报声发生器的输出引脚获得电压。
  14. 当基极获得截止电压时，晶体管开始导通，扬声器的负极连接到地。
  15. 因此，当检测到人体时，可以从扬声器听到产生的声音。
  16. 在当前电路中，它产生警车警报声。

8. PIR传感器安全报警系统应用​

  • 可用于博物馆保护珍贵物品。
  • 可作为自动门铃电路，当检测到人体时自动响起。
  • 可用于军事应用，在战场上检测人体。
  • 可用于玩具应用，产生声音。

9. 电路的局限性​

  • PIR传感器的电位器应调整为仅检测人体。
  • 该系统只能在其5米的有效范围内检测人体。