基于熱釋電傳感器的圖像采集語音報警系統

陳文豪，胡景振，劉培植

(北京郵電大學信息與通信工程學院，北京100876)

1 熱釋電傳感器電路

熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號。本裝置采用德國生產的LHI778熱釋電紅外傳感器，工作時D端接電源正極，G端接電源公共地，S端為信號輸出端。同時在窗口上采用菲涅爾透鏡使有效距離和傳感器的靈敏度大大增加。整個探測電路由光學系統、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大及報警電路等幾部分組成，信號放大電路由兩級放大分別構成。采用LM324對LHI778微弱的信號進行放大，最初采得信號為0.1mv，經過第一級27倍放大，第二級150倍放大，再通過一級電壓比較器，輸出電平信號，這樣就完成了傳感器信號電路的設計。當傳感器信號超過比較電壓時，將輸出3V電平;反之則輸出0V低電平。

2 OV6620CMOS圖像傳感器與C3088攝像頭模塊的分析

OV6620CMOS圖像采集芯片采集圖像的像素為352×288點陣。最高幀率60幀每秒。所有的附加控制功能可以通過I2C編程實現，輸出圖像為8bit或16bit數字信號。由于芯片各項功能實現方式統一，所以使用了附帶此芯片的C3088彩色攝像頭模塊。C3088是一款優秀的數字彩色攝像頭輸出模組，因數字接口簡單，加上芯片CMOS傳感技術的支持，使得此款模組性價比極高。在這里采集灰度數據使之顯示灰度圖像，數據流用Y0－Y7采集。

3 AVR?ATmega16L單片機

ATmega16L單片機是一款性價比頗高的單片機，由于此單片機支持I2C編程，支持串口USART，也支持中斷，所以和C3088攝像頭模組是很匹配的，加上兩者供電都是+5V，而AVR單片機工作頻率最高可達到16MHz，這使此單片機處理圖像成為可能，采用低功耗的ATmega16L單片機還可以有效的在較低工作電壓(3.3V)運行。經過綜合考慮選擇了這款單片機。它的主要任務是當收到熱釋電傳感器的觸發信號時命令C3088模組采集圖像，然后通過串口將一幅圖像發送到外部設備。由于C3088模組的工作頻率很高，可以通過兩種方式采集到一幅完整的圖像:①由于C3088支持I2C編程，可以通過修改其寄存器的地址而使攝像頭的掃描頻率降低到單片機可以采集到每一點圖像的頻率;②采用高速FIFO緩存芯片，當采集到一幅圖像以后，將圖像鎖定在緩存芯片內，AVR單片機再緩慢讀出。兩種方法，框圖如圖1所示。

圖1 單獨使用單片機采集一幅圖像

圖1 說明:當LHI778觸發時，將向ATmega16L單片機輸出高電平信號，此信號被單片機識別以后，單片機會啟動I2C程序將C3088模塊的工作頻率降低，然后開始采集圖像。

圖2說明:當LHI778觸發時，將向ATmega16L單片機輸出高電平信號，此信號被單片機識別以后，單片機初始化FIFO芯片，使之采集C3088送回的圖像。當采集完一幅圖像以后單片機再通過發出讀時鐘來讀出FIFO芯片內的圖像數據。

圖2 使用FIFO芯片和單片機配合采集一幅圖像

實驗證明兩種方法都可以實現，相比之下第一種方法成本更低，但編程較為復雜，采集一幅圖像所需時間比較長，大約在60秒左右，由于曝光時間過長，將無法采集到動態物體的細節圖像。而第二種方法可以瞬間采集到一幅圖像，然后慢速讀出，可以優秀地還原動態物體的細節圖像，但是高速FIFO芯片的成本較高，不適合于大規模應用。如果采用第二種方法，可以使用AVERLOGIC公司生產的AL422B或者AL4v8m440芯片。兩者工作電壓都為5V，芯片使用方便。相比起來前者價格低廉，但是存儲空間有限，并且對讀時鐘信號有嚴格的限制，因此過低的讀時鐘信號將導致無法獲得正確的圖像數據。而后者存儲空間為8Mbits可以一次性存儲大于50張的圖像(一幅圖像大約84k左右)，對讀時鐘信號也沒有限制，但是價格較高。如圖3和圖4所示。

4 無線發送端與接收模塊

無線模塊的主要功能:當單片機收到LHI778熱釋電傳感器的觸發信號以后，在采集圖像的同時向無線模塊的發射端傳送高電平，接收端通過解碼以后觸發APR9600語音芯片進行語音報警，同時觸發加密鎖對室內門進行加鎖，防止財產損失。無線模塊的接收端由接收器、APR9600語音芯片、功放芯片以及AVR?Attiny26L單片機構成。工作框圖如圖5所示。

圖5 無線模塊工作框圖

Attiny26L單片機主要控制APR9600芯片的錄音和播放，同時它也控制密碼鎖的解鎖和加鎖。性能優越，價格低廉，是無線接收模塊理想的選擇。APR9600芯片采用串行控制，禁用分段，以免播放時產生混亂。

5 實驗結果

根據以上的設計思路搭建了一個圖像采集語音報警系統，進行報警實驗，采集系統可以實現實時采集，且所采集圖像的圖像清晰，準確率較高，報警系統正常工作，基本滿足設計要求。

［1］海濤.ATmega系列單片機原理及應用－C語言教程［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［2］佟長福.AVR單片機GCC程序設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2006.

［3］AverLogic Technologies，Inc..AL422 Data Sheets［Z］.RevisionV1.01 ［2009］.http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/buzzard/mve/HWSpecs－1/Documentation/AL422B_Data_Sheets.pdf.

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［5］AverLogic Technologies，Inc..AL4V8M440 Data Sheets［Z］.RevisionV1.0 ［2009］.http://www.semiconductorstore.com/pdf/AL4V8M440 － A －20 － .pdf.

［6］Comedia Corporation.C3088 Data Sheets［Z］.［2004］.http://www.alldatasheet.com/datasheet － pdf/pdf/105280/ETC/C3088.html.