李俊生，陸躍年，李 俊

中國(guó)電子科技集團(tuán)38所四創(chuàng)公司，安徽合肥 230031

許多場(chǎng)合需要對(duì)人體移動(dòng)、靠近做出監(jiān)測(cè)報(bào)警。利用傳感器來獲知人體移動(dòng)變化的信息，進(jìn)行智能判斷分析，可實(shí)現(xiàn)人體移動(dòng)檢測(cè)報(bào)警功能。目前基于傳感器原理實(shí)現(xiàn)人體移動(dòng)信息獲取的方法主要包括：熱能檢測(cè)、腳步移動(dòng)檢測(cè)、位置變化檢測(cè)等。熱能檢測(cè)可以選用紅外人體傳感器；腳步移動(dòng)可以選用振動(dòng)傳感器；位置變化檢測(cè)可以選用超聲傳感器。對(duì)于傳感器的選擇可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、成本預(yù)算、檢測(cè)精度等來選擇，本文就從幾種傳感器的原理，技術(shù)難點(diǎn)，研究現(xiàn)狀，技術(shù)展望進(jìn)行分析。

1 紅外人體傳感技術(shù)

測(cè)量原理：

基于人體紅外傳感的報(bào)警系統(tǒng)，利用熱釋電傳感器作為探測(cè)單元，采取人體特征波長(zhǎng)10um附近的紅外線，并利用特殊光學(xué)鏡片，判斷出由于人體移動(dòng)，造成的紅外線能量的變化，這種能量變化的起因是由于人體紅外能量在一定時(shí)間之內(nèi)發(fā)生了改變，而是它改變的方法是通過光學(xué)鏡片劃分不同的感應(yīng)區(qū)，當(dāng)人從一個(gè)感應(yīng)區(qū)走到另一個(gè)感應(yīng)區(qū)時(shí)，紅外線會(huì)傳輸?shù)讲煌膫鞲衅鲉卧?/p>

如圖1所示，探測(cè)器包含5個(gè)感應(yīng)區(qū)，當(dāng)人進(jìn)入一個(gè)感應(yīng)區(qū)，或者離開一個(gè)感應(yīng)區(qū)，或者從一個(gè)感應(yīng)區(qū)進(jìn)入另一個(gè)感應(yīng)區(qū)都將被檢測(cè)。圖1的感應(yīng)區(qū)用數(shù)字1，2，3，4，5標(biāo)出，當(dāng)人從非感應(yīng)區(qū)進(jìn)入1，或者從感應(yīng)區(qū)5離開至非感應(yīng)區(qū)，都將被檢測(cè)；而當(dāng)人從1進(jìn)入2，從2進(jìn)入3，從3進(jìn)入4，從4進(jìn)入5，也將被檢測(cè)；在此過程中，檢測(cè)距離延探測(cè)器中心點(diǎn)為最遠(yuǎn)，即2進(jìn)3，3進(jìn)4最遠(yuǎn)橫向距離可達(dá)30米，1進(jìn)2，4進(jìn)5橫向距離不足30米。

圖1 人延圓周方向做橫向移動(dòng)

技術(shù)難點(diǎn)：

1）人體的紅外線因個(gè)體差異多少，使得信號(hào)采集時(shí)有很大不一樣，即，不同的人，雖然釋放紅外線波長(zhǎng)相同，但能量強(qiáng)度差別較大，給檢測(cè)帶來困難；

2）無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離縱向檢測(cè)，這是因?yàn)?，紅外方法基于光學(xué)鏡片透射，當(dāng)鏡片劃分不同區(qū)域，人體輻射紅外線在不同區(qū)域出現(xiàn)，可以被檢測(cè)，因此主要是檢測(cè)橫向移動(dòng)，即以探測(cè)器為中心的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，此方法最為靈敏。而縱向移動(dòng)檢測(cè)距離只能通過擴(kuò)大鏡片面積來實(shí)現(xiàn)，然而，探測(cè)器尺寸不能隨意變大，因此，擴(kuò)大鏡面用來實(shí)現(xiàn)縱向移動(dòng)遠(yuǎn)距離檢測(cè)是受限制的。

研究現(xiàn)狀：

目前紅外人體檢測(cè)主要應(yīng)用于室內(nèi)，因?yàn)榇朔N方法干擾因素較多，室外難以很好應(yīng)用。而檢測(cè)距離主要在10m以內(nèi)，以5m～8m為主流。我所研制的遠(yuǎn)距離紅外測(cè)量系統(tǒng)，橫向距離可以實(shí)現(xiàn)30m，縱向距離可以實(shí)現(xiàn)10m左右（溫度低于22℃），每個(gè)探測(cè)器可以有強(qiáng)探測(cè)點(diǎn)一個(gè)，次強(qiáng)探測(cè)點(diǎn)4個(gè)。另外可以實(shí)現(xiàn)40m距離的橫向移動(dòng)檢測(cè)，但此種探測(cè)器只有一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，并無其它探測(cè)點(diǎn)。

技術(shù)展望：

經(jīng)過前期初步的設(shè)計(jì)和理論分析，以目前的條件（主要是元器件的限制），通過后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)再經(jīng)過一年的研發(fā)，紅外人體傳感方法可以實(shí)現(xiàn)：1）單個(gè)探測(cè)器五個(gè)探測(cè)點(diǎn)，強(qiáng)探測(cè)點(diǎn)檢測(cè)距離達(dá)到40m，縱向檢測(cè)實(shí)現(xiàn)20m～25m的距離；2）單個(gè)探測(cè)器七個(gè)探測(cè)點(diǎn)，強(qiáng)探測(cè)點(diǎn)橫向檢測(cè)距離20m，縱向檢測(cè)實(shí)現(xiàn)10m～15m的距離。

振動(dòng)檢測(cè)方法：

振動(dòng)檢測(cè)是利用振動(dòng)傳感器來實(shí)現(xiàn)人、車輛等由于移動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)聲波。此種傳感器從原理來看又分為：電渦流式，電容式，電感式，電阻式，壓電式幾種。

檢測(cè)原理：

傳感器會(huì)接收各種原因所產(chǎn)生的振動(dòng)信息，并轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理進(jìn)行分析，轉(zhuǎn)換為可以報(bào)警控制的電信號(hào)，當(dāng)引起的振動(dòng)信號(hào)超過一定強(qiáng)度，進(jìn)行報(bào)警。

技術(shù)難點(diǎn)：

人體移動(dòng)腳步屬于微弱信號(hào)，采集這樣的信號(hào)需要很高靈敏度的振動(dòng)傳感器，而目前市場(chǎng)所售的傳感器無法滿足這種靈敏度的需求，能夠應(yīng)用在人腳步振動(dòng)檢測(cè)的探測(cè)器屬于高端軍事用途，這種傳感器檢測(cè)距離遠(yuǎn)，但需要埋在地下，利用線纜連接，面積達(dá)到了幾十個(gè)平方米，且探測(cè)器不易購買，成本高，不適合民用。

研究現(xiàn)狀：

通常民用振動(dòng)傳感器檢測(cè)距離3m～5m，使用時(shí)須大力產(chǎn)生振動(dòng)傳感器才有響應(yīng)，對(duì)輕微振動(dòng)無響應(yīng)，例如，把傳感器貼在墻體，當(dāng)有人用重物用力敲擊墻體時(shí)才能探測(cè)到信號(hào)。

展望：

利用振動(dòng)傳感作為手段進(jìn)行人體靠近報(bào)警研究，較難實(shí)現(xiàn)10～15的距離檢測(cè)，主要是成本太高，難以實(shí)現(xiàn)，如果把軍事用振動(dòng)傳感器技術(shù)開放，成本將會(huì)大大降低，測(cè)量距離也將可以實(shí)現(xiàn)50m～100m。

2 超聲檢測(cè)方法

檢測(cè)原理：

超聲波主要用于距離的測(cè)量，定期發(fā)送超聲波，遭遇障礙物時(shí)發(fā)生反射，發(fā)射波經(jīng)由接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這樣測(cè)距技術(shù)只要測(cè)出發(fā)送和接收的時(shí)間差，然后按照下式計(jì)算，即可求出距離。

其中S為測(cè)量的距離，C是聲波傳播的速度，Dt是來回所需時(shí)間。

超聲測(cè)人體移動(dòng)主要是通過聲波發(fā)射之后，被人所反射得到的距離，當(dāng)人體移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)出的距離會(huì)變化，并以此作為依據(jù)，判斷為有人移動(dòng)。

技術(shù)難點(diǎn)：

人體移動(dòng)超聲測(cè)量是基于超聲測(cè)距原理，而超聲波對(duì)人體檢測(cè)最大的困難在于人穿著的衣服對(duì)超聲波有吸收作用，因此無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確人體超聲測(cè)距，測(cè)距不能完成，后續(xù)的判斷也就無從談起。另外，超聲測(cè)距，如果實(shí)現(xiàn)20m的測(cè)量，需要探測(cè)器兩個(gè)，一個(gè)反射一個(gè)接收，探測(cè)器直徑要20cm左右，體積較大，功率較大，且不能準(zhǔn)確測(cè)量人體。

研究現(xiàn)狀：

目前研究主要是用于測(cè)量距離，這主要是因?yàn)槿梭w（衣服）對(duì)超聲波有強(qiáng)烈的吸收，致使不能通過超聲的定位，來判斷人體的存在。

展望：

超聲用于人體檢測(cè)將不會(huì)成為主流。

結(jié)論：

通過對(duì)紅外熱傳感器、振動(dòng)傳感器、超聲傳感器的分析比較，可以得出紅外熱傳感器最適合應(yīng)用在人體接近報(bào)警系統(tǒng)，技術(shù)成熟，成本較低，但由于本身原理的限制，使它對(duì)直線靠近的人體不夠靈敏，這將是下一步重點(diǎn)解決的問題。

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