紅外傳感器數(shù)據(jù)采集防盜報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

羅 樂

LUO Le

（成都工業(yè)學(xué)院 通信工程系，成都 611730）

0 引言

科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步使得人們生活水平的日益提高，加上短時(shí)間內(nèi)難以消除的貧富差距，使得人們對于自己的財(cái)產(chǎn)和生命安全也提出了更多的要求，為了保證自身周圍環(huán)境的安全性，人們生活的小區(qū)或者村落都安裝起了現(xiàn)代化的智能報(bào)警系統(tǒng)，來保證人們自身的安全?，F(xiàn)在在我們國家比較時(shí)興的各類報(bào)警系統(tǒng)都是以紅外、超聲波及微波等進(jìn)行信號的發(fā)送和接受基礎(chǔ)的保安報(bào)警器，而這些報(bào)警系統(tǒng)都無一例外的使用到了由美國最先開始研發(fā)的傳感元器件，一種被稱為被動式的報(bào)警器，專用名詞為熱釋電紅外傳感器，這種技術(shù)的優(yōu)勢在于可以通過非接觸方式進(jìn)行鑒別，包括各種有生命的動物或者無生命的物體，在很多領(lǐng)域中都可以得到應(yīng)用，最突出的領(lǐng)域就是防盜報(bào)警系統(tǒng)。

雖然傳統(tǒng)意義上的熱釋電紅外傳感器組成的報(bào)警系統(tǒng)由于其低廉的制作成本，簡便的安裝過程在很多的地方都得到了廣泛的應(yīng)用，但是在實(shí)際過程中，也存在著防盜性能減弱，抗干擾的能力差等一系列的問題，使得最后的報(bào)警系統(tǒng)不具有高可靠性的安全性，同時(shí)伴隨著人們對于財(cái)產(chǎn)和生命等保護(hù)意識的加強(qiáng)，這種防盜的措施已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)今的報(bào)警系統(tǒng)要求，針對這個(gè)情況，本文加入了單片機(jī)系統(tǒng)，使進(jìn)入紅外傳感器的信號在進(jìn)入之前就通過單片機(jī)進(jìn)行了處理，同時(shí)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行了通信，就可以保證進(jìn)入紅外系統(tǒng)中更加能確保辨認(rèn)入侵的物種，保證了這種防盜系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，且可以方便用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程的統(tǒng)一管理和操作，有足夠的時(shí)間進(jìn)行處理，不容易被盜賊所發(fā)現(xiàn)。

1 紅外防盜報(bào)警器原理

在80年代左右，熱釋電紅外線傳感器被發(fā)展起來，主要用于高靈敏探測儀中，因?yàn)樗軌蜃詣拥貦z測出從人體中散發(fā)出來的紅外線，然后就根據(jù)探測出來的東西來自發(fā)地發(fā)射出電信信號，組成了現(xiàn)在眾多在使用中的防入侵式報(bào)警器，這是一種被動式的自動調(diào)整器件，且主要的運(yùn)作方式也是一種非接觸式的途徑，通過這種將紅外線的能量轉(zhuǎn)化成電壓信號或者將其電壓進(jìn)行再加工地放大處理就組成如圖1所示的典型控制電路。

圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖

科學(xué)的數(shù)據(jù)顯示一個(gè)正常人體的紅外輻射的中心波長為9!10um之間，而一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的探測元件的波長一般為0.2!20um之間，范圍相對比較廣，那么會容易使得靈敏度降低，故在組成系統(tǒng)的時(shí)候可以在頂端開一個(gè)窗口，加上濾光鏡片，就可以把波長范圍縮小到7!10um之間，其他的波長被這個(gè)鏡片吸收，就保證了穩(wěn)定性和針對性，一旦發(fā)現(xiàn)有同人體類似的波長在這個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，就可以通過鏡片將部分輻射進(jìn)行聚焦，然后通過熱釋電元將其接收，由于兩處的電元吸收的熱量不同，就能產(chǎn)生不同的電壓信號，最后將其輸出。

從上述的原理闡述來看，紅外報(bào)警系統(tǒng)能夠在一定程度上保證人們自身財(cái)產(chǎn)，在發(fā)現(xiàn)威脅時(shí)可以進(jìn)行排除和報(bào)警，但是它的環(huán)境也存在著或多或少的影響，從而導(dǎo)致最終報(bào)警系統(tǒng)不可靠，像是環(huán)境中必然會有各種熱源、光源干擾，使得接收的發(fā)射波長的長短不一致，又或者人體的紅外輻射容易被遮擋，使得被動紅外不能進(jìn)行穿透，那么探頭就不會接收，同時(shí)由于探測器一般都會選擇安裝在使用高度相對高的環(huán)境中，就會忽略一些地面上的生物，伴隨著現(xiàn)今科技產(chǎn)物的不斷增多，任何電磁波都能干擾其性能，環(huán)境因素不免造成探測和靈敏度降低和短時(shí)失靈等現(xiàn)象。

2 基于改進(jìn)的紅外防盜報(bào)警器

為了滿足現(xiàn)今的報(bào)警系統(tǒng)新要求，本文加入了單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，在硬件上構(gòu)成了由單片機(jī)組成的控制電路系統(tǒng)，也是核心的系統(tǒng)，同時(shí)輔助的還有紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報(bào)警電路和LED控制電路等部分電路，在本文中采用的是51系列單片機(jī)AT89C51，其主要的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 總體設(shè)計(jì)框圖

從圖2可以看出，這個(gè)系統(tǒng)的流程如下：先通過熱釋電紅外傳感器進(jìn)行數(shù)字采集，也就是在監(jiān)測點(diǎn)上，設(shè)置紅外探頭，收集人體輻射的紅外光譜，將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)，然后通過單片機(jī)控制電路根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫、功能設(shè)定和識別判決等環(huán)節(jié)來進(jìn)行處理和分析，根據(jù)最終得出的信號輸出到LED控制電路或者相關(guān)的控制管理軟件，從而來達(dá)到報(bào)警的功能，實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號。在這個(gè)過程中要重點(diǎn)闡述一下設(shè)計(jì)的中心單元，也就是單片機(jī)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，硬件分別包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備以及外圍應(yīng)用電路等，軟件是對各種工作程序的總稱描述，在系統(tǒng)軟件控制下處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51對信息進(jìn)行處理和分析，然后再轉(zhuǎn)給個(gè)下一個(gè)工作系統(tǒng)，這個(gè)驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動作，當(dāng)然在這個(gè)過程中還要通過單片機(jī)使得報(bào)警延時(shí)一段時(shí)間后能夠自行解除報(bào)警，恢復(fù)電路，使之復(fù)位。同時(shí)根據(jù)上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)組成成分進(jìn)行分析得出如圖3所示的系統(tǒng)主程序工作流程圖。

圖3 軟件流程圖

根據(jù)上述的原理和特征，本文搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，假定存在一個(gè)相同的入侵信號，通過與傳統(tǒng)的紅外防盜報(bào)警器對這個(gè)闖入監(jiān)控區(qū)的物體進(jìn)行檢測來比較兩者的性能特征，同時(shí)根據(jù)圖3的流程圖編寫仿真程序進(jìn)行仿真，可以看到經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，再接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使試驗(yàn)中的燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動停止報(bào)警,綠燈亮起，然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。而傳統(tǒng)紅外防盜報(bào)警器具有一定的延時(shí)，且多次試驗(yàn)中，有幾次未能回到最初的工作狀態(tài)，系統(tǒng)不是非常的穩(wěn)定。同時(shí)我們也隨即搭建了三組相同的干擾環(huán)境，提取其探測出干擾的時(shí)間和準(zhǔn)確度的合計(jì)，從而得出了如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從結(jié)果中不難看出，無論從哪個(gè)方面，改進(jìn)型的紅外報(bào)警裝置都要比傳統(tǒng)的紅外報(bào)警裝置效果要來的理想多，能適應(yīng)環(huán)境情況不理想的狀態(tài)。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

上述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了本文研究的成果其改進(jìn)型的紅外智能防盜報(bào)警器，通過加入AT89C51單片機(jī)作為工作核心處理器，將一種以被動形式的熱釋電紅傳感器轉(zhuǎn)化成為一種新穎的主動式紅外探測器，這種經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后來進(jìn)行的輸出裝置操作簡單、靈活易懂，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時(shí)能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾，保證了誤報(bào)率的低標(biāo)準(zhǔn)，而且更加地智能化，充分地符合現(xiàn)代化人們對于安全的追求，本次的研究對今后報(bào)警器的應(yīng)用有著一定的科學(xué)依據(jù)，能夠適用于更高地領(lǐng)域。

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