紅外傳感器數據采集防盜報警器系統設計

羅 樂

LUO Le

（成都工業學院 通信工程系，成都 611730）

0 引言

科學技術的不斷進步使得人們生活水平的日益提高，加上短時間內難以消除的貧富差距，使得人們對于自己的財產和生命安全也提出了更多的要求，為了保證自身周圍環境的安全性，人們生活的小區或者村落都安裝起了現代化的智能報警系統，來保證人們自身的安全。現在在我們國家比較時興的各類報警系統都是以紅外、超聲波及微波等進行信號的發送和接受基礎的保安報警器，而這些報警系統都無一例外的使用到了由美國最先開始研發的傳感元器件，一種被稱為被動式的報警器，專用名詞為熱釋電紅外傳感器，這種技術的優勢在于可以通過非接觸方式進行鑒別，包括各種有生命的動物或者無生命的物體，在很多領域中都可以得到應用，最突出的領域就是防盜報警系統。

雖然傳統意義上的熱釋電紅外傳感器組成的報警系統由于其低廉的制作成本，簡便的安裝過程在很多的地方都得到了廣泛的應用，但是在實際過程中，也存在著防盜性能減弱，抗干擾的能力差等一系列的問題，使得最后的報警系統不具有高可靠性的安全性，同時伴隨著人們對于財產和生命等保護意識的加強，這種防盜的措施已經遠遠不能滿足現今的報警系統要求，針對這個情況，本文加入了單片機系統，使進入紅外傳感器的信號在進入之前就通過單片機進行了處理，同時與計算機進行了通信，就可以保證進入紅外系統中更加能確保辨認入侵的物種，保證了這種防盜系統的準確性，且可以方便用戶進行遠程的統一管理和操作，有足夠的時間進行處理，不容易被盜賊所發現。

1 紅外防盜報警器原理

在80年代左右，熱釋電紅外線傳感器被發展起來，主要用于高靈敏探測儀中，因為它能夠自動地檢測出從人體中散發出來的紅外線，然后就根據探測出來的東西來自發地發射出電信信號，組成了現在眾多在使用中的防入侵式報警器，這是一種被動式的自動調整器件，且主要的運作方式也是一種非接觸式的途徑，通過這種將紅外線的能量轉化成電壓信號或者將其電壓進行再加工地放大處理就組成如圖1所示的典型控制電路。

圖1 熱釋電紅外傳感器的內部電路框圖

科學的數據顯示一個正常人體的紅外輻射的中心波長為9!10um之間，而一個標準的探測元件的波長一般為0.2!20um之間，范圍相對比較廣，那么會容易使得靈敏度降低，故在組成系統的時候可以在頂端開一個窗口，加上濾光鏡片，就可以把波長范圍縮小到7!10um之間，其他的波長被這個鏡片吸收，就保證了穩定性和針對性，一旦發現有同人體類似的波長在這個區域內出現，就可以通過鏡片將部分輻射進行聚焦，然后通過熱釋電元將其接收，由于兩處的電元吸收的熱量不同，就能產生不同的電壓信號，最后將其輸出。

從上述的原理闡述來看，紅外報警系統能夠在一定程度上保證人們自身財產，在發現威脅時可以進行排除和報警，但是它的環境也存在著或多或少的影響，從而導致最終報警系統不可靠，像是環境中必然會有各種熱源、光源干擾，使得接收的發射波長的長短不一致，又或者人體的紅外輻射容易被遮擋，使得被動紅外不能進行穿透，那么探頭就不會接收，同時由于探測器一般都會選擇安裝在使用高度相對高的環境中，就會忽略一些地面上的生物，伴隨著現今科技產物的不斷增多，任何電磁波都能干擾其性能，環境因素不免造成探測和靈敏度降低和短時失靈等現象。

2 基于改進的紅外防盜報警器

為了滿足現今的報警系統新要求，本文加入了單片機系統進行了改進，在硬件上構成了由單片機組成的控制電路系統，也是核心的系統，同時輔助的還有紅外探頭電路、驅動執行報警電路和LED控制電路等部分電路，在本文中采用的是51系列單片機AT89C51，其主要的結構框圖如圖2所示。

圖2 總體設計框圖

從圖2可以看出，這個系統的流程如下：先通過熱釋電紅外傳感器進行數字采集，也就是在監測點上，設置紅外探頭，收集人體輻射的紅外光譜，將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機，然后通過單片機控制電路根據已有的數據庫、功能設定和識別判決等環節來進行處理和分析，根據最終得出的信號輸出到LED控制電路或者相關的控制管理軟件，從而來達到報警的功能，實時發出入侵報警狀態控制信號。在這個過程中要重點闡述一下設計的中心單元，也就是單片機，單片機應用系統由硬件和軟件組成，硬件分別包括單片機、輸入/輸出設備以及外圍應用電路等，軟件是對各種工作程序的總稱描述，在系統軟件控制下處理器采用51系列單片機AT89C51對信息進行處理和分析，然后再轉給個下一個工作系統，這個驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作，當然在這個過程中還要通過單片機使得報警延時一段時間后能夠自行解除報警，恢復電路，使之復位。同時根據上述工作原理和硬件結構組成成分進行分析得出如圖3所示的系統主程序工作流程圖。

圖3 軟件流程圖

根據上述的原理和特征，本文搭建了實驗平臺，假定存在一個相同的入侵信號，通過與傳統的紅外防盜報警器對這個闖入監控區的物體進行檢測來比較兩者的性能特征，同時根據圖3的流程圖編寫仿真程序進行仿真，可以看到經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，再接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使試驗中的燈由暗變亮，紅燈產生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的。報警持續10秒鐘后自動停止報警,綠燈亮起，然后程序開始循環工作，檢測是否還有下次觸發信號，等待報警從而使報警器進入連續工作狀態。而傳統紅外防盜報警器具有一定的延時，且多次試驗中，有幾次未能回到最初的工作狀態，系統不是非常的穩定。同時我們也隨即搭建了三組相同的干擾環境，提取其探測出干擾的時間和準確度的合計，從而得出了如表1所示的實驗結果，從結果中不難看出，無論從哪個方面，改進型的紅外報警裝置都要比傳統的紅外報警裝置效果要來的理想多，能適應環境情況不理想的狀態。

表1 實驗結果

3 結論

上述的試驗數據證實了本文研究的成果其改進型的紅外智能防盜報警器，通過加入AT89C51單片機作為工作核心處理器，將一種以被動形式的熱釋電紅傳感器轉化成為一種新穎的主動式紅外探測器，這種經單片機內部軟件編程處理后來進行的輸出裝置操作簡單、靈活易懂，能夠以非接觸方式探測出人體發出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾，保證了誤報率的低標準，而且更加地智能化，充分地符合現代化人們對于安全的追求，本次的研究對今后報警器的應用有著一定的科學依據，能夠適用于更高地領域。

[1]吳政江. 單片機控制紅外線防盜報警器[J]. 錦州師范學院學報, 2001.

[2]宋文緒. 傳感器與檢測技術[M]. 北京: 高等教育出版社,2004.

[3]余錫存. 單片機原理及接口技術[M]. 西安: 西安電子科技大學出版社, 2000.

[4]唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報警器[J]. 電子設計應用, 2003, 5(6): 49-51.

[5]李全利. 單片機原理及接口技術[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2004.

[6]薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計算機及其應用[M]. 西安: 西安交通大學出版社, 2005.