基于熱釋電紅外傳感器防盜系統的設計

引言

隨著時代的不斷進步，人們對自己所處環境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家庭住宅房門，不得不時刻留意那些不法之人。現在很多小區都安裝了智能報警系統，大大提高了住宅的安全程度， 目前國內使用的防盜報警裝置基本上是以超聲波、主動式紅外發射/接收等技術為基礎。本文所設計的家庭防盜報警則采用了熱釋電紅外傳感器。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，另外，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器不僅用于防盜報警裝置，而且也用于自動控制、遙測等領域。

本文設計了基于單片機控制的熱釋電紅外傳感器報警系統。該設計要求完成一個基于單片機控制的紅外熱釋電報警的完整系統，即當不法人員闖入時，熱釋電紅外傳感器便會采集到紅外信號，并對信號進行放大濾波，然后通過調理電路并將其轉化為適合單片機處理的信號；驅動報警裝置并利用無線發射語音電路向用戶發射報警信號，通過單片機的處理，判斷當某一路有信號輸入時，相應的LED數碼管會顯示房間號同時啟動報警器，以實現報警的效果。并通過GSM無線網絡發送給用戶，用戶可以及時報給公安部門以達到防盜的目的。

圖1 系統的工作原理框圖

圖2 系統硬件電路框圖

系統的處理方法及工作原理

本系統采用熱釋電紅外傳感器進行收集信號，為了收集的信號準確無誤，設計了多路信號采用的模式。在采集信號時，當探測器檢測紅外輸出信號時，才向處理模塊發送信號，進行信號處理，這樣提高了信號采集的準確度。將收集到的模擬信號進行整形放大，再經過模/數轉換模塊轉換成數字信號，在以AT89S52單片機作為處理芯片，以串口的方式作為通信的方式，向GSM通信模塊發送控制指令，通過無線語音發射接收電路發送給用戶。基本的系統框圖如圖1所示。

圖3 人體通過傳感器時產生的信號

圖4 信號輸出和報警電路圖

圖5 無線調頻與發射電路

圖6 無線調頻與接收電路

系統的硬件電路設計

本系統主要包括信號無線收發電路、報警電路、鍵盤顯示電路、信號檢測電路及處理電路以及單片機為核心的控制電路，系統結構框圖如圖2所示。設定報警部分為本系統主體工作部分，即實時監控房內安全情況，熱釋電紅外探測器探測人體的紅外輻射信號，經過調理電路，將人體的移動信號轉為電信號輸入到單片機中，電平轉換模塊則是對電平信號進行處理，使其能夠適合單片機讀取信號，并且經過無線發射電路將檢測到有人體入侵的探頭的地址發送給無線接收電路，經CPU譯碼后，LED顯示報警地址，同時發出聲光報警或者向主人撥打預先設定的電話進行報警。

信號采集及信號處理模塊

采集人體信號用熱釋電紅外傳感器RDP-18。熱釋電紅外傳感器RDP-18，它將波長為8-12μm之間的紅外信號變化轉變為電信號，并對自然界中的白光信號具有抑制作用，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的基本原理就是感應移動物體與背景物體的溫度的差異。菲涅耳透鏡將熱釋的紅外信號折射（反射）在RDP-18上，將檢測區內分為若干個明區和暗區，使進入檢測區的移動物體能以溫度變化的形式在RDP-18上產生變化熱釋紅外信號，這樣RDP-18就能產生變化電信號，如果在熱電元件上接適當的電阻，當元件受熱時，電阻上就有電流流過，在兩端得到電壓信號，將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結合使用時的工作原理示意圖如圖3所示。

穩定信號輸出和報警模塊

信號輸出和報警模塊主要由單穩態多頻振蕩器HEF4538和報警電路KD9651組成。單穩態電路HEF4538的功能是輸出一個脈寬大約10s的高電平信號。再利用這一脈寬信號作為報警電路KD9651的輸入控制信號，來使電路產生10s的報警信號，最后用三極管Q1和Q2再一次對電信號進行放大，以便獲得足夠大的電流來驅動喇叭使其連續發出10s的報警聲。具體電路如圖4所示。

無線語音發射和接收電路

在模擬移動電話中，一般把從解調輸出到受話器之間的電路或送話器到調制輸入端稱為音頻處理電路。在數字移動電話電路中，從送話器輸入到TXI/Q信號輸出或RXI/Q輸出到受話器聲音輸出之間的電路稱為音頻邏輯電路（參見邏輯電路）。接收則執行相反的過程。

通常，送話器拾取的話音信號是一個頻率范圍為幾十Hz到約20kHz的信號，事實證明，人們通常只對頻率為270～3400Hz的信號敏感，且能達到一定的清晰度，這個頻率范圍的話音信號完全能滿足一般通信業務。所以，經音頻放大器放大后的信號要通過一個帶通濾波器以形成話音調制信號的頻帶。

圖7 主程序流程圖

圖8 無線發射流程圖

圖9 無線接收流程圖

實際上，發射音頻處理就是將模擬的話音信號進行數字化處理的過程，如圖5所示。模擬的話音信號先經過A/D轉換電路（PCM編碼器），將模擬的話音電信號轉換為數字信號。數字化的語音信號在語音處理器（通常稱其為DSP）中經加密、分間插入等處理，得到數字語音信號。送話器轉換得到的模擬話音電信號首先在音頻處理模塊COBBA中進行前置放大，放大后的信號在PCM編碼器中進行A/D轉換，得到數字語音信號。該信號經串行總線將信號送到DSP。在DSP中，數字語音信號經話音檢測、語音編碼、卷積編碼、分間插入、脈沖格式化與調制，得到數字語音信號。該信號經無線通信呼叫處理器的DSP接口與COBBA接口，將信號送到COBBA的數字接口電路中。在COBBA中，信號經一個線性分離器及D/A轉換，得到67.707kHz的發射基帶信號。

接收信息通道完成的是與發射音頻通道相反的過程，它將數字信息信號進行處理，得到數字語音信號。數字信號經過D/A轉換（PCM解碼），得到模擬的電信號。語音接收電路如圖6所示。

系統軟件設計

整個系統控制以單片機AT89S52為核心，由單片機監測傳感器網中是否有不法人員進入。當有不法人員，驅動報警電路，系統軟件設計主要由單片機程序來完成，整個系統程序從功能來講主要分為以下幾個部分：主要無線發射接收電路、通信控制部分、報警電路和顯示電路等。主程序流程圖如圖7所示。

主程序初始化后，每隔一段時間檢測一次紅外線傳感器的輸出信號，觀察是否有人闖入，如果是，則認為有盜情出現，單片機首先關中斷使能，不讓外部信號對通信產生干擾，驅動語音報警電路，通過GSM網絡給用戶發語音信息，告知盜情出現。

在系統軟件設計中另外兩個必不可缺少的程序是發射部分和接收部分，其流程圖分別如圖8、圖9所示，由單片機AT89S52負責主要控制部分，使其實現數據的無線傳輸，當系統上電后，首先要進行系統的初始化。發射部分要先設置成交換機端口接收數據，以接收握手協議，接收部分則配置成發送數據，發射信號；當雙方通信成功后，接收部分要先進入接收模式，發射部分的單片機送出采集數據，每次采集完數據后，延時一段時間，此時單片機將讀取內部RAM數據，數據全部讀入單片機后，開啟發射功能，將數據無線發送。當發送成功后，系統回到初始狀態，等待下一次的入侵信號。

結論

本系統通過熱釋電紅外傳感器采集信號，經放大濾波、A/D轉換輸入單片機，經單片機加工處理，驅動報警裝置并利用無線發射語音電路向用戶發射報警信號從而達到防盜的目的。基于熱釋電紅外傳感器的家庭防盜報警監系統，抗干擾能力強、靈敏度比較高、安裝使用方便、傳輸距離遠、實用性強，具有廣泛應用前景。