龍文

摘要：該文針對(duì)觸電、火災(zāi)、入室盜竊等對(duì)人民生命、財(cái)產(chǎn)安全的損害，研究熱釋電傳感器、金屬接近傳感器、溫度傳感器等的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，采集危險(xiǎn)信號(hào)，通過(guò)或門芯片、單片機(jī)兩種方案對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，最后觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：人身安全;熱釋電傳感器;金屬接近傳感器;溫度傳感器;保護(hù)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1009-3044（2018）36-0196-02

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)表明2017年全國(guó)因觸電身亡8000人、火災(zāi)死亡900人，財(cái)產(chǎn)損失達(dá)200多億。由于幼兒對(duì)事物充滿好奇，經(jīng)常用手觸摸開(kāi)關(guān)、用電器等，易造成觸電傷害。隨著樓房越建越多，火災(zāi)、盜竊等隱患呈上升趨勢(shì)，本文探討用傳感器采集信息，經(jīng)處理后觸發(fā)報(bào)警或斷電，研究構(gòu)建智能的生命、財(cái)產(chǎn)安全防護(hù)系統(tǒng)。

1 智能人身安全防護(hù)系統(tǒng)描述

觸電事故、入室盜竊時(shí)人或金屬接近、火災(zāi)時(shí)環(huán)境溫度升高，通過(guò)熱釋電傳感器采集人的信息、金屬接近傳感器采集金屬靠近信息、溫度傳感器采集環(huán)境溫度，將三項(xiàng)采集信息傳給邏輯運(yùn)算模塊，有一項(xiàng)出現(xiàn)危險(xiǎn)信號(hào)即觸發(fā)蜂鳴器或用繼電器斷開(kāi)負(fù)載電路。

2 熱釋電紅外傳感器（PIR）模塊的設(shè)計(jì)

人的體溫約37℃，發(fā)出波長(zhǎng)10uM左右的紅外線，紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到由熱釋電元件構(gòu)成的紅外感應(yīng)源上，感應(yīng)源釋放電荷輸出電壓信號(hào)。熱釋電效應(yīng)是因熱變化而產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，有些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷。菲涅耳透鏡根據(jù)菲涅耳原理制成，將熱釋的紅外信號(hào)折射/反射聚焦到PIR上，檢測(cè)區(qū)內(nèi)分為若干明暗區(qū)，進(jìn)入檢測(cè)區(qū)的移動(dòng)物體以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，電信號(hào)發(fā)生變化，靈敏度提高。

HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊工作電壓DC5V至20V，電平輸出3.3V/0V，感應(yīng)范圍7米內(nèi)。傳感器的兩個(gè)反向串聯(lián)熱釋電元件的電極化方向相反，產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，無(wú)信號(hào)輸出;當(dāng)人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，被熱釋電元接收，兩片熱釋電元接收的熱量不同，熱釋電不同，產(chǎn)生差值，經(jīng)信號(hào)處理而輸出。

傳感器供5V直流電，輸出信號(hào)經(jīng)三極管來(lái)控制負(fù)載。當(dāng)感知人進(jìn)入感應(yīng)范圍輸出高電平，離開(kāi)時(shí)自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平后輸出低電平。調(diào)節(jié)距離電位器和延時(shí)電位器可調(diào)整感應(yīng)距離和延時(shí)長(zhǎng)短，本項(xiàng)目中逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)距離電位器以減少感應(yīng)距離，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)延時(shí)電位器以加長(zhǎng)延時(shí)。

3 金屬接近傳感器模塊的設(shè)計(jì)

接近開(kāi)關(guān)是非接觸型的物體檢測(cè)裝置，有電感式、電容式、霍爾式和磁控式等。電感式是利用渦流感知物體的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)型傳感器，由高頻振蕩電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。金屬物體進(jìn)入以一定頻率穩(wěn)定振蕩的高頻振蕩器線圈磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁性金屬物體產(chǎn)生磁滯損耗，振蕩回路阻抗增大，能量損耗增加，振蕩減弱直至終止。在振蕩回路后接放大電路與輸出電路，給出相應(yīng)控制信號(hào)。

本項(xiàng)目采用直流PNP型NC常閉SN04-P2傳感器，棕色線接電源正極，藍(lán)色負(fù)極，黑色輸出信號(hào)。接5V直流電后燈亮，開(kāi)始工作，輸出高電平0.7V;金屬靠近燈滅，輸出低電平，加74LS04非門將信號(hào)取反，與其他輸出信息一致，即金屬物體靠近，響應(yīng)電路發(fā)出報(bào)警。

4 溫度傳感器模塊的設(shè)計(jì)

溫度傳感器模塊擬采用熱敏電阻和DHT11數(shù)字溫濕度傳感器兩套方案。

方案一：邏輯模塊用或門，溫度模塊采用10K的NTC熱敏電阻MF58，NTC熱敏電阻由特殊配置的金屬氧化物陶瓷材料制成，電阻隨溫度升高而下降。

設(shè)計(jì)電壓比較電路，供5V直流電，用于比較的電路電阻R34.5kΩ、R41kΩ，可變電阻R5初值0.5kΩ，25℃時(shí)熱敏電阻R210kΩ，UA點(diǎn)電壓2.5V，UB點(diǎn)電壓約3.75V，電壓比較器LM311正極電壓低于負(fù)極，不通，無(wú)輸出。溫度升高到60℃時(shí)，熱敏電阻R2降到3kΩ，電壓約1.2V，UA點(diǎn)電壓升到3.8V，高于UB點(diǎn)電壓，電壓比較器正極電壓高于負(fù)極，接通，輸出信號(hào)?？勺冸娮栌糜谠O(shè)置比較電壓的閾值，可變電阻阻值越大，UB點(diǎn)電壓越低，報(bào)警溫度越低。

方案二：邏輯模塊為單片機(jī)時(shí)用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，DHT11由電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件構(gòu)成，輸出已校準(zhǔn)的溫濕度數(shù)據(jù)，連8位單片機(jī)。DHT11工作電壓3.3-5.5V，測(cè)量溫度0～50℃，采用單總線與微處理器通信，外接一約5kΩ上拉電阻，總線閑置時(shí)，狀態(tài)為高電平，主從結(jié)構(gòu)中只有主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)，從機(jī)才能應(yīng)答。

DHT11有電源VDD、接地GND、雙向數(shù)據(jù)DATA三個(gè)引腳，DATA連單片機(jī)通用輸入輸出口，一次傳送40位5字節(jié)溫濕度數(shù)據(jù)，由高到低依次送出：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和，校驗(yàn)和為前四個(gè)字節(jié)相加。

5 邏輯模塊的設(shè)計(jì)

上述三種信號(hào)只要一項(xiàng)達(dá)到危險(xiǎn)條件就啟動(dòng)報(bào)警模塊。方案一采用2輸入四或門的7432或門芯片，三個(gè)信號(hào)接1、2、5口，輸出3與4連，輸出6接負(fù)載。方案二采用STC89C52單片機(jī)，當(dāng)熱釋電紅外傳感器有信號(hào)、金屬接近傳感器無(wú)信號(hào)、DHT11溫濕度傳感器溫度達(dá)到50℃三種情況有一項(xiàng)達(dá)到報(bào)警指標(biāo)，即P1.1收到高電平信號(hào)，P1.2收到低電平信號(hào)，P1.3大于50℃信號(hào)，P1.4輸出信號(hào)高電平，蜂鳴器鳴叫或觸發(fā)繼電器，達(dá)到報(bào)警效果。

6 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)

報(bào)警模塊采用蜂鳴器或繼電器，5V有源蜂鳴器內(nèi)部有一簡(jiǎn)單振蕩電路，將直流電轉(zhuǎn)為一定頻率的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)交變，帶動(dòng)鉬片振動(dòng)發(fā)音。SRD-05VDC-SL-C繼電器為電控制開(kāi)關(guān)，2腳分接5V和地，3腳分為常開(kāi)、常閉和公共端，輸入電流達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，內(nèi)部線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，內(nèi)部觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)打向常開(kāi)端;當(dāng)輸入電流小于規(guī)定要求時(shí)，內(nèi)部線圈電磁感應(yīng)消失，內(nèi)部觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)打向常閉端。

7 整體功能模塊集成及結(jié)果分析

在系統(tǒng)中，傳感器采集到危險(xiǎn)信號(hào)，傳給邏輯處理模塊，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警。

系統(tǒng)集成后按原理圖用萬(wàn)用表對(duì)電路板進(jìn)行逐一測(cè)試排查虛焊、短路，看極性元件有否焊反，采用接觸式上電方法對(duì)電路進(jìn)行上電測(cè)試，檢查芯片表面是否發(fā)熱，若有關(guān)閉電源，無(wú)異常對(duì)電路板進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間供電，對(duì)電路進(jìn)行功能測(cè)試。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試，人體或金屬進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域、環(huán)境溫度升到50℃以上時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

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[通聯(lián)編輯：梁書]