基于嵌入式的智能感應(yīng)開關(guān)與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550001）

目前，國內(nèi)大、中、小學(xué)教室的照明燈具的控制大多采用手動控制，普遍存在“無人亮燈”、“人少燈多”、“白天亮燈”等現(xiàn)象，即使學(xué)校進(jìn)行嚴(yán)格管理，人不可避免地出現(xiàn)忘記關(guān)燈的情況，特別是白天情況更是如此，從而造成大量的能源浪費(fèi)。另外，各種照明燈具也都具有一定的使用時限，在白晝光線充足的情況下仍繼續(xù)使用照明，必然會縮短各種燈具的使用壽命。同時，防盜在高校也備受重視。為此，本文提出智能感應(yīng)開關(guān)與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能感應(yīng)開關(guān)與防盜系統(tǒng)有效的節(jié)約了能源，并實(shí)現(xiàn)了安保，對學(xué)校的安全與節(jié)能具有重要的意義。

將報(bào)警系統(tǒng)與節(jié)能系統(tǒng)相結(jié)合，形成了新型的節(jié)能、智能安防系統(tǒng)，為和諧社會的建設(shè)提供良好的安全保障。

1 智能感應(yīng)開關(guān)與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)主要是利用紅外線傳感器和光照傳感器進(jìn)行信號檢測——紅外傳感器檢測所檢測場所是否有人；光照傳感器主要檢測所檢測場所的光照強(qiáng)度,并將傳感器的輸出信號經(jīng)過嵌入式采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，當(dāng)紅外傳感器檢測的場所為無人或者光照傳感器檢測到場所的光照強(qiáng)度滿足條件時，系統(tǒng)將在30秒后自動關(guān)燈，并在沒有人的情況下開啟防盜開關(guān)，起到智能感應(yīng)及防盜的作用，達(dá)到節(jié)約能源和防盜的目的。而解鎖則用輸入密碼和指紋來控制報(bào)警器（密碼解鎖——當(dāng)你要他人帶你去你家或者其他的場所，指紋不一樣時，可以輸入密碼解鎖）。如果有人闖入，防盜開關(guān)會自動探測信號，若不在30秒內(nèi)解除防盜鎖，則自動把此信息發(fā)送到管理人員電腦或者主人手機(jī)上，以此來實(shí)現(xiàn)安保工作。在防盜方面，如果有人闖入，其會自動探索信號，如果此人不在30秒內(nèi)解除防盜鎖，自動把此信息發(fā)送到管理人員電腦或者主人手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)安保工作。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件部分主要包括TIAM335XCortex-A8嵌入式開發(fā)板，人體紅外傳感器、光照傳感器及其防盜鎖。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 開發(fā)板的主要處理器

TIAM335X是TI基于ARM Corter-A8內(nèi)核的AM335X微處理器，在圖像、圖形處理、外設(shè)和諸如EtherCAT和PROFIBUS的工業(yè)接口選項(xiàng)方面進(jìn)行了增強(qiáng)。其最高主頻可達(dá)到720 Hz，運(yùn)用范圍廣，價(jià)格一般，能處理較為復(fù)雜的信息和兼容電路的設(shè)計(jì)，采用的是LCD顯示屏。

該處理器如圖2所示，其主要性能指標(biāo)如下。

圖2 TIAM335X開發(fā)板

（1）基于TIARM Cortex-A8 AM335X高性能處理器；

（2）低功耗設(shè)計(jì)；

（3）支持16位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線和12位地址總線擴(kuò)展；

（4）2路 USB2.0；

（5）多達(dá)6個串口；

（6）支持兩路千兆網(wǎng)口，支持linux3.1.2；

此外，它還提供一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)，這些功能使得數(shù)據(jù)傳輸終端可以擴(kuò)展豐富的接口和功能。

2.2 人體紅外傳感器和光照傳感器

人體紅外傳感器主要采用的是數(shù)字人體傳感器，其工作原理為：人的溫度一般是37°，在這個溫度下會發(fā)出特定的10μm左右的紅外波長，它主要依靠人體發(fā)出的10μm波長進(jìn)行工作[4]。通過菲泥爾濾光片增加后聚光傳送到紅外感應(yīng)源上，紅外傳感器采用的是熱釋元件，此元件在遇到人體溫度變化的時候會失去原來電荷的平衡，向外釋放電荷，因此外在電路得到電荷后就會產(chǎn)生報(bào)警。

光照傳感器主要采用數(shù)字光照傳感器，其原理為：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器[2]，就是在一定的光照強(qiáng)度下，設(shè)置好初始值，當(dāng)光照強(qiáng)度大于設(shè)置初始值，則信號傳輸?shù)娇刂平K端，然后形成關(guān)燈的信號，自動把燈關(guān)掉。

2.3 防盜鎖

防盜鎖主要運(yùn)用指紋和數(shù)字一體的設(shè)計(jì)，在人體紅外傳感器探索無人后，則在30秒鐘后自動關(guān)燈，并且防盜系統(tǒng)啟動，當(dāng)有人闖入時，在30秒內(nèi)沒有解鎖，采集的信號發(fā)送到報(bào)警處理器后，則報(bào)警并將報(bào)警信息通過短信形式發(fā)送到綁定的手機(jī)上。其原理圖如圖3所示：

圖3報(bào)警原理

3 軟件設(shè)計(jì)

人員、時間、光照、報(bào)警組成系統(tǒng)的主要要素，光照強(qiáng)度及是否有人員是控制開燈關(guān)燈的主要因素，人體紅外傳感器可以區(qū)分各個區(qū)域的開燈情況，這樣不僅考慮到了場所燈的劃分，進(jìn)而得到控制，而且有效增強(qiáng)了節(jié)能效果。光照強(qiáng)度的檢測，通過光照傳感器，安裝在該場所光照最弱的天花板上，采集到的光照強(qiáng)度發(fā)送到系統(tǒng)的采集卡上，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過控制終端對燈是開或者關(guān)的控制，在規(guī)定的時間內(nèi)，控制系統(tǒng)會自動控制燈的開或者關(guān)狀態(tài)[3,4]。

本系統(tǒng)的軟件模塊主要包括智能防盜報(bào)警模塊和智能開關(guān)模塊。智能防盜模塊主要是通過先檢測所監(jiān)測區(qū)域是否有人，若有人，再判斷該人逗留的時間是否超過了30秒，若超過，則自動發(fā)出警報(bào)。若檢測到所監(jiān)測的區(qū)域無人，則自動開啟防盜鎖。其流程圖如圖4所示。

圖4智能防盜報(bào)警流程

智能開關(guān)模塊主要是通過紅外傳感器檢測所監(jiān)測的區(qū)域是否有人，若無人，就利用控制信號自動關(guān)燈，否則，就判斷光照強(qiáng)度是否大于所設(shè)定的初值，若大于所設(shè)定的初值，再利用控制信號自動關(guān)燈。當(dāng)紅外傳感器檢測到所監(jiān)測的區(qū)域無人時，就自動關(guān)燈。其流程圖如圖5所示：

圖5智能開關(guān)程序流程

該系統(tǒng)采用三種控制模式，分別為：手動模式、自動模式、強(qiáng)制模式。手動模式則是人為模式，主要的就是自動模式和強(qiáng)制控制模式。當(dāng)傳感器采集到信號后，它會自動的傳送到相應(yīng)的模式下完成工作。如果需要強(qiáng)制控制，但是在控制終端需要手動設(shè)置。

在該系統(tǒng)的檢測時，主要是利用開發(fā)板自身搭配的檢測系統(tǒng)的方法，它有交叉編譯器、測試源碼、系統(tǒng)源碼等，自身的采集卡能夠把傳感器采集的信號進(jìn)行采集，把所采集到的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌l(fā)出執(zhí)行命令。

系統(tǒng)的安裝有硬件、軟件安裝。在硬件安裝方面，把傳感器安裝到相應(yīng)的天花板上，通過場所的空間大小計(jì)算出安裝的相應(yīng)位置，這樣就減少傳感器盲區(qū)，將采集到的信號通過網(wǎng)咯傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)娇刂平K端，每個場所的密碼鎖就安裝到燈開關(guān)旁邊，與報(bào)警器連接，這樣就能利用原有的線，開關(guān)、燈設(shè)備，有效的減少了成本，也充分的提高了其利用率。軟件的安裝，主要是在控制終端安裝到電腦上，一般安裝到保衛(wèi)處（管理人員）電腦上，這樣有利于管理。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上的綜合實(shí)驗(yàn)，智能感應(yīng)開關(guān)與防盜系統(tǒng)能給人們的生活帶來更多的便捷。其有相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，減少了環(huán)境的一些干擾，用數(shù)字光照傳感器，能精確的判斷出光照強(qiáng)度，人體數(shù)字紅外傳感器也能感應(yīng)出流動人員的相對情況，將防盜系統(tǒng)結(jié)合在一起，大大的提高了安保漏洞問題和節(jié)約電能的問題。

[1]丁英麗.熱釋紅外傳感器的原理及應(yīng)用[J].儀器儀表與分析監(jiān)測.2002，(4):15-16.

[2]劉 潔，陳特放，李比翼.基于ARM的LCU測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用.2008，(4):115-123.