非法侵入人員紅外探測與定位系統設計

孫向榮,聶思敏

（1.貴州民族大學信息工程學院；2.貴州民族大學理學院，貴州貴陽，550025）

非法侵入人員紅外探測與定位系統設計

孫向榮1,聶思敏2

（1.貴州民族大學信息工程學院；2.貴州民族大學理學院，貴州貴陽，550025）

針對夜間無照明的情況，設計制作了可全天候探測與確定非法侵入人員位置的系統。采用熱釋電紅外傳感器探測人體發出的紅外線，并設計了一個可隨侵入人員移動而轉動的隨動機構，利用角度傳感器輸出探測目標的位置信號。當有人員非法侵入防范區域時，能夠實時地發現目標及準確將其定位。經實驗測試，具有較高的可靠性和準確度，且制作成本低，具有較好的推廣應用價值。

紅外探測；定位；系統結構；設計

0 引言

隨著社會環境的日益復雜,人們對一些特定目標，例如軍事要地、倉儲環境以及居住小區等區域的安全性提出了更高的要求。對特定區域的非法入侵檢測，準確跟蹤定位和報警越來越受到人們的重視。但當環境比較復雜時，要準確地探測和跟蹤目標時常變得非常困難,而且大多數探測與跟蹤設備都要有光照條件，在夜間則不能檢測。能實現在夜間檢測及跟蹤的系統設備，通常都是一些紅外夜視儀，這類設備價格昂貴，且需人工定位，往往只能是特別重要的部門才能使用。這類設備還容易產生死角，在死角處其探測能力失效。若采用熱釋電紅外傳感器探測人體發出的紅外線，可在夜間探測非法入侵人員。使用時無需照明，且價格低廉、技術性能穩定等特點，在電子防盜領域有著許多獨到的優越性。采用熱釋電紅外傳感器除可對探測目標探測外，經過適當的設計，還可實現對探測目標自動定位。

1 目標定位數學模型

1.1 數學模型

在一個平面坐標中，設O點是坐標原點，OB是延X軸的底邊。在此平面內的任意一個動點A，在任意時刻t，與邊OA、AB及BO構成一個三角形。根據幾何關系可求得：

式中的L是OB距離，可在安裝系統時測定。由（1）、（2）式可知：只要在O、B兩點分別設置能跟隨目標運動而轉動的探測裝置，測出角、角，就可以確定A點位置。

1.2 死角處理

2 紅外線檢測和跟蹤定位總體設計

2.1 結構設計

根據上述數學模型，設計兩個能探測移動紅外源，并能隨紅外源移動而轉動的機構，將它們分別置于三角形的O、B處。對兩個機構必須滿足以下要求：1.能檢測到紅外源；2.能實時跟蹤紅外源；3.在跟蹤紅外源的同時要能輸出轉角信息。根據上述要求，設計目標探測定位機構如圖2所示。

圖1 目標探測定位機構

設置一托板與電機轉軸剛性連接，隨電機轉軸一同轉動。在托板上固定安裝兩只熱釋電紅外探測器，中間置一擋光板。在電機軸上安裝的齒輪與安裝在角度傳感器的齒輪嚙合，可帶動角度傳感器轉動，電機及傳感器固定安裝在機架上。

2.2 目標探測定位原理及電路

設計紅外探測電路及繼電器驅動電路如圖2所示：J1：連接左側熱釋電紅外探測模塊端口、K1：電機正轉繼電器。右側熱釋電紅外探測電路與圖2相同，用于驅動電機反轉繼電器K2，驅動電機反轉。

分析圖2可知：當目標紅外源處于探測器擋板延長線左側，安裝在O點的目標探測定位機構的左側探測器探測到目標，右側探測器由于擋光板的遮擋，不能接受紅外源的光照。左側探測器探測到目標信號后，經IC1放大及IC2比較電路處理后，使Q2導通，驅使繼電器K1閉合，K1閉合驅動電機正轉，同時帶動托板上的探測器轉向目標，直到擋板延長線指向目標。電機旋轉的同時，由安裝在電機軸上的齒輪帶動角度傳感器齒輪旋轉，角度傳感器齒輪旋轉帶動角度傳感器轉動，從而可輸出旋轉角度。當擋板延長線指向目標，左右側探測器均探測到目標，繼電器K1、K2同時閉合，電機停轉，目標被鎖定。同樣，目標紅外源處于右側，右側探測器探測到目標，左側探測器由于擋光板的遮擋，不能接受紅外源的光照。這時K2閉合，驅動電機反轉直到擋板延長線指向目標，電機停轉，目標被鎖定。這樣即可通過安裝在O點的目標探測定位機構中的角度傳感器確定角。同理，可通過安裝在B點的目標探測定位機構中的角度傳感器確定角。

圖2 繼電器驅動電路

3 信號處理及目標位置顯示

圖3 主程序流程圖

信號處理及目標位置顯示部分由A/D轉換器ADC0809、單片

機AT89S52、數碼管及數碼管驅動芯片74HC373構成。通過置于O點和B點的目標探測定位機構采集到的α和β角的模擬信號送入ADC0809的00H、01H兩個通道，由單片機的P2.7口控制ADC0809的地址線，對ADC0809的00H、01H兩個通道進行切換，通過ADC0809實現α和β角的模擬信號轉換成兩組數字信號。ADC0809實現A/D轉換以后將數據送往單片機的P0口，數據存入數據存儲器中。單片機AT89S52系統對存儲的兩組數字信號進行分析、運算等操作，得到目標的坐標數據。然后單片機系統把處理好的坐標數據送入顯示緩沖區里，并選中數碼管的位地址，送入位數據的信號給鎖存器74HC373鎖存及驅動數碼管，接著單片機系統選中數碼管的段地址，送入經處理好的坐標數據給鎖存器71LS373鎖存并驅動數碼管顯示。為達到無閃爍的視覺效果,掃描頻率應大于50HZ。同時單片機系統發出啟動信號，啟動報警系統進行語音報警。

4 結論

通過對系統在10×10m的范圍內多次測試，系統可在白天及夜間穩定工作，漏報率9%，漏報的主要原因是：限于探測器靈敏度，在較遠處不能有效地檢測到信號。如果有較好的探測器，可以降低漏報率。誤報率6%，誤報的原因是一些尚未確定的因素。定位誤差11%，尤其是當目標作往返移動時，誤差更為明顯。定位誤差的主要原因是：目標探測定位機構是樣機，加工比較粗糙，當左右探測器都檢測到信號使電機停轉時，擋光板未能準確地指向目標，產生誤差，齒輪嚙合的間隙也是誤差的一個重要來源。盡管存在漏報、誤報及位置誤差的不足，如果能適當改造，提高加工精度，相信可以在很大程度上降低上述不足。由于該系統具有較高的可靠性、易用、低成本等特點，加之有廣泛的應用范圍，所以有較好的應用前景。

[1] 李佳.被動紅外探測技術在報警領域的應用[J].中國安防，2009，7：45-47.

[2] 王燕，李煒，張銳.小區智能紅外探測報警系統[J].現代電子技術，2013，36（15）：130-132

[3] 胡紀平，梁釗.基于單片機和GSM模塊的紅外探測遠程報警系統[J].電子測試，2012，11：48-51

孫向榮，男，1956.11，貴州省畢節市人，貴州民族大學信息工程學院，副教授，從事傳感器技術研究與教學

聶思敏，男，1951.10，貴州省貴陽市人，貴州民族大學理學院，教授，從事電子技術及單片機技術研究及教學

Design for the System of Infrared Detection and Localization for Someone Illegal Invasion

Sun Xiangrong1，Nie Simin2
(1.Information engineering College of Guizhou National University；2.Sciences College of Guizhou National University,Guizhou Guiyang，550025)

Design and made for the system of infrared detection and localization for someone illegal invasion when without lighting in night.A Pyroelectric infrared sensor is used to detect the infrared rays emitted by a human body,and design servo mechanism which rotate with the mobile of intrusive personnel. It output the information of position detected by the angle sensor.When the prevention area is invaded illegally by someone,it can discover the target and accurate position really-time.It has high reliability and accuracy through testing.The cost of manufacture is low,and it has good application value.

infrared detection;location;system;design

TP23

A

貴州省自然科技基金資助項目（No. [2008] 2051）；貴州省教育廳自然科技基金資助項目（No. [2008]047）