一種基于地震搜救機器人的人體熱釋紅外檢測引導方案

劉經龍，秦 輝，陳潤明

中國地質大學（武漢）機械與電子信息學院，湖北 武漢 430074

0 引言

目前，地震救援救災方式多為人工救援，一般救護人員無法進入危險區域，只能通過提升絞車、移動式風車等設備清除垃圾，然后再搜救遇難者。常用的設備有，生命探測儀是當前世界上最先進的搜救及檢測儀器，主要通過感應人體所發出的超低頻電波產生的電場（由心臟產生）找出“活人”位置。人體發出的超低頻電場可穿透鋼筋混凝墻、鋼板、木板、甚至水，因此，只要有生命跡象，不論其是否清醒、昏迷、身陷瓦礫堆或躲在集裝箱中，均可用生命探測儀在最短時間內將其找到。生命探測儀空曠探測范圍可達500m，可透過80cm厚的普通鋼板，探測到生命。而更加神奇的是，該生命探測儀只探測到人的生命，對其他動物的生命不起作用，具有很強的針對性。幸存者埋在瓦礫堆中，用手去一點點地挖開瓦礫顯然太慢，用重型機械去移動又有可能傷著人。各種搜索儀器可以幫上忙?！吧哐邸本褪且环N搜索儀器，它的學名叫“光學生命探測儀”，是利用光反射進行生命探測的。儀器的主體非常柔韌，像通下水道用的蛇皮管，能在瓦礫堆中自由扭動。儀器前面有細小的探頭，可深入極微小的縫隙探測，類似攝像儀器，將信息傳送回來，救援隊員利用觀察器就可以把瓦礫深處的情況看得清清楚楚。很多博物館和超市用的防盜裝置就是這種光學探頭加觀察器的儀器。這種方式救災周期長，危險性大，傷亡人數多，往往效率低，延誤了救援的最佳時機，同時對救援人員自身的生命安全造成了極大的威脅，研究一種地震救援新裝備，用機器代替人力是項非常緊迫的任務，本文針對引導地震搜救機器人進行搜救行動提出一種人體熱釋紅外檢測引導方案。

1 硬件設計

紅外探測器采用熱釋電元件，對人體輻射出的10um左右波長的紅外輻射非常敏感。傳感器在接收到人體發出的紅外輻射后，熱釋電元件就會向外釋放電荷，經紅外傳感信號處理器處理后輸出高電平。

熱釋紅外探測器的電路如圖1所示。

圖1 熱釋紅外探測器

BISS0001為紅外傳感信號處理器，由運算放大器、電壓比較器和狀態控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構成的數模混合專用集成電路，可廣泛應用于多種傳感器和延時控制器。其引腳說明如下：

VDD為工作電源正端。范圍為 3V～5V；

VSS為工作電源負端。一般接 0V；

IB為運算放大器偏置電流設置端。經 R B 接 V SS 端， R B 取值為 1M Ω 左右 ；

11N–為第一級運放放大器的反相輸入端；

11N+為第一級運放放大器的同相輸入端；

1OUT為第一級運算放大器的輸出端；

2IN為第二級運算放大器的反相輸出端；

2OUT為第二級運算放大器的輸出端；

VC為觸發禁止端。當 VC＜VR 時禁止觸發；當VC＞VR時允許觸發。VR≈ 0.2VDD ；

VRF為參考電壓及復位輸入端。一般接 VDD 。接“0”時可使定時器復位；

A為可重復觸發和不可重復觸發控制端。當 A= “1”時，允許重復觸發，當 A=“0”時不可重復觸發；

VO為控制信號輸出端。由 Vs 上跳邊沿觸發使 Vo 從低電平跳變到高電平時為有效觸發。在輸出延時間 Tx 之外和無 Vs 上跳變時 Vo 為低電平狀態；

RR1 RC1 為 輸出延遲時間 Tx 的調節端。 Tx ≈ 49152R1C1 ；

RR2 RC2 為 觸發封銷時間 Ti 的調節端。 Tx ≈ 24R2C2 ；

選取A=“0”，即為不可重復觸發方式，當傳感器檢測到人體時，2腳輸出高電平。當熱釋紅外探測器檢測到生命信息時，單片機會控制機器人進入中斷，進而結合機器人系統中的其他定位模塊，確認人的具體方位，趨近機器人車體接近目標，再次打開熱釋紅外探測器確認是否有遇難者。電路的具體參數為R1=47K，C1=0.01uF，R2=1K，C2=0.01uF，輸出延遲時間Tx≈49152R1C1=2.3s，觸發封銷時間Ti≈24R2C2=0.24ms。

2 系統工作流程圖

3 結論

該紅外探測器本身不發出任何輻射，功耗低，隱蔽性較好且價格低廉。但人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收且只對運動的人體反應靈敏，因此，在安裝時可以將傳感器盡量放在機器人車體前方安裝的舵機的軸上，使傳感器跟隨舵機的軸一起在180°的范圍內轉動，這樣就可以保證遇難者始終與熱釋紅外探頭有相對運動。為了進一步增大搜索角度，也可以機器人車體后部的兩端也分別安裝兩個傳感器，保證機器人可以在運動過程中搜尋360°的范圍。

[1]劉舒祺,施國梁.基于熱釋電紅外傳感器的報警系統[J].國外電子元器件,2005(3).

[2]韓芝俠,淡濤,黃慶華.熱釋電紅外傳感器的應用[J].陜西工學院學報，2003(3).

[3]王洪有，邵明省.基于紅外熱釋電處理芯片BISS0001的安全防范系統設計[J].山西電子技術，2008(4).