羅 樂(lè)

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(duì)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(lái)保證人們自身的安全?，F(xiàn)在在我們國(guó)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(hào)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(wú)一例外的使用到了由美國(guó)最先開始研發(fā)的傳感元器件，一種被稱為被動(dòng)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(shì)在于可以通過(guò)非接觸方式進(jìn)行鑒別，包括各種有生命的動(dòng)物或者無(wú)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(jiǎn)便的安裝過(guò)程在很多的地方都得到了廣泛的應(yīng)用，但是在實(shí)際過(guò)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(wèn)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(duì)于財(cái)產(chǎn)和生命等保護(hù)意識(shí)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(duì)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(hào)在進(jìn)入之前就通過(guò)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(lái)，主要用于高靈敏探測(cè)儀中，因?yàn)樗軌蜃詣?dòng)地檢測(cè)出從人體中散發(fā)出來(lái)的紅外線，然后就根據(jù)探測(cè)出來(lái)的東西來(lái)自發(fā)地發(fā)射出電信信號(hào)，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(dòng)式的自動(dòng)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(guò)這種將紅外線的能量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)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(zhǎng)為9!10um之間，而一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的探測(cè)元件的波長(zhǎng)一般為0.2!20um之間，范圍相對(duì)比較廣，那么會(huì)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(zhǎng)范圍縮小到7!10um之間，其他的波長(zhǎng)被這個(gè)鏡片吸收，就保證了穩(wěn)定性和針對(duì)性，一旦發(fā)現(xiàn)有同人體類似的波長(zhǎng)在這個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，就可以通過(guò)鏡片將部分輻射進(jìn)行聚焦，然后通過(guò)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(hào)，最后將其輸出。

從上述的原理闡述來(lái)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(huì)有各種熱源、光源干擾，使得接收的發(fā)射波長(zhǎng)的長(zhǎng)短不一致，又或者人體的紅外輻射容易被遮擋，使得被動(dòng)紅外不能進(jìn)行穿透，那么探頭就不會(huì)接收，同時(shí)由于探測(cè)器一般都會(huì)選擇安裝在使用高度相對(duì)高的環(huán)境中，就會(huì)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(cè)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(dòng)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(guò)熱釋電紅外傳感器進(jìn)行數(shù)字采集，也就是在監(jiān)測(cè)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(hào)，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(guò)單片機(jī)控制電路根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)、功能設(shè)定和識(shí)別判決等環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)最終得出的信號(hào)輸出到LED控制電路或者相關(guān)的控制管理軟件，從而來(lái)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(hào)。在這個(gè)過(guò)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(duì)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(duì)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(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作，當(dāng)然在這個(gè)過(guò)程中還要通過(guò)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(tái)，假定存在一個(gè)相同的入侵信號(hào)，通過(guò)與傳統(tǒng)的紅外防盜報(bào)警器對(duì)這個(gè)闖入監(jiān)控區(qū)的物體進(jìn)行檢測(cè)來(lái)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(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，再接收到紅外傳感器帶來(lái)的低電平信號(hào)，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(dòng)停止報(bào)警,綠燈亮起，然后程序開始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，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(cè)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(wú)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(lái)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(guò)加入AT89C51單片機(jī)作為工作核心處理器，將一種以被動(dòng)形式的熱釋電紅傳感器轉(zhuǎn)化成為一種新穎的主動(dòng)式紅外探測(cè)器，這種經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后來(lái)進(jìn)行的輸出裝置操作簡(jiǎn)單、靈活易懂，能夠以非接觸方式探測(cè)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(hào)輸出，同時(shí)能有效的抑制人體輻射波長(zhǎng)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(duì)于安全的追求，本次的研究對(duì)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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