陳海山

摘 要：本文提出了一種基于單片機信號處理技術(shù)的防盜報警系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方法。應(yīng)用該方法設(shè)計的系統(tǒng)在反應(yīng)速度、誤報率、漏報率以及抗干擾能力方面都具有較好表現(xiàn)。系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理設(shè)計出探測電路，并采用單片機AT89S51作為探測系統(tǒng)的核心。檢測信號經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機進行數(shù)據(jù)判斷及處理。當檢測到有被測物體進入測量范圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警信號，等待一段延遲時間后自動消除報警信號，并可手動解除報警信號。

關(guān)鍵詞：防盜報警系統(tǒng)；設(shè)計方法；熱釋電傳感器；單片機

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1005-1422（2014）12-0104-02

一、系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)測量放大電路、比較電路至AT89S51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計平均及識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當報警延遲一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號。然后可通過LCD顯示報警。同時，還可把整個系統(tǒng)變?yōu)樽詣娱_關(guān)燈系統(tǒng)，當有主人在時，可用手動解除報警功能，并且開啟開關(guān)燈執(zhí)行電路，在探測頭感應(yīng)到有人時執(zhí)行電路執(zhí)行開燈。此時可以使用在一些大型的公共場合，作為檢測人數(shù)個數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。

二、熱釋電傳感器及其基本電路設(shè)計

1.熱釋電紅外傳感器

（1）熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強電介質(zhì)溫度變化ΔP的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。

（2）紅外測溫原理。紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（-273.15℃）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。

2.熱釋電傳感器的基本電路設(shè)計

（1）放大電路。U1使用廉價的通用四運放LM324，用其中兩個運放組成放大電路。按圖1所示參數(shù)計算得到，第一級放大增益為：AV1=R6/R4=220，第二級放大為：A2=R10/R8=270，總放大增益為：AV=220×270=59400=95.5dB。我們知道，在運算放大電路中，放大倍數(shù)一般不宜取得太大，否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R6改為200kΩ，將R10改為1MΩ，此時的總增益為AV=20×100=2000=66dB，比較符合實際應(yīng)用，能保證電路工作可靠。

（2）電壓比較器。LM324另外兩個運放組成電壓比較檢測窗口，由R3、R5和R7、R9將高、低通放大器的3腳和5腳均設(shè)置為1/2Vcc，即2.5V。當紅外傳感器檢測到人體的活動，其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大，傳送到LM324的10、13腳時，用示波器可以檢測到峰值約為5V的正弦波，即無論是信號的正半周還是負半周，兩個比較器中必有一個輸出為低電平。

而當紅外傳感器沒有檢測到人活動時，由靜態(tài)電路可知，該3V直流信號同時加到LM324的10、13腳，又知道R11、R12、R13將窗口電壓上、下限設(shè)置為2.8V和2.2V，即9腳偏置為2.8V，12腳偏置為2.2V。此時，電壓比較器輸出端8、14均為低電平，另一個為高電平。

圖1 熱釋電傳感器的基本電路圖

（3）延時電路。電路使用51系列單片機，通過軟件控制，對信號進行控制。其作用有二。一是為自己離開檢測區(qū)時提供一段非報警延遲時間；二是在自己進入檢測區(qū)后提供關(guān)斷檢測器所需的時間。延時電路工作時，輸出的高電平或接通報警器電源進行報警。同時使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。

三、指標測試及結(jié)果分析

（1）探測頭在離被測物一定的距離時，測量出經(jīng)過探測頭測量范圍的人數(shù)。

由測量結(jié)果可知，系統(tǒng)的探測頭在距離被測物3m到5m的測量距離時，所測人數(shù)準確率最高。因為在熱釋傳感器反應(yīng)速度一定的情況下，被測物距離傳感器距離越近時，被測物停留在傳感器的探測時間就越長，因此會產(chǎn)生誤判的情況。反之，被測物距離探測頭比較遠時，由于外界環(huán)境的干擾可能會產(chǎn)生測量不到的情況。

（2）當不同的物體放入系統(tǒng)的被測范圍時，可知什么物體可干擾傳感器的測量，并且測試系統(tǒng)是否報警。

由以上結(jié)論可知，由于小狗熱輻射的紅外線波長與人體熱輻射的紅外波長范圍差不多，故可以探測到小狗。一些其他一些物體，即使是發(fā)光或發(fā)熱，但由于他們所發(fā)射的波長與系統(tǒng)紅外探測器的接收波長范圍不同，所以探測不到其他物體。

四、總結(jié)

智能住宅小區(qū)防盜報警監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)是一個實踐應(yīng)用性很強的課題，要使其產(chǎn)品化，能夠經(jīng)受住實際應(yīng)用的嚴格考驗，還要進行許多深入細致的開發(fā)。

參考文獻：

[1]李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎(chǔ)（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：1-221.

[2]張培仁.MCS-51單片機原理與應(yīng)用（第1版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003：1-100.

[3]張洪潤，張亞凡.傳感技術(shù)與應(yīng)用教程（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：41-46.

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）第4版[M].北京：高等教育出版社，1999：333-334.

[5]童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版）[M].北京：高等教育出版社，1998：1-100.

責(zé)任編輯 何麗華