紅外舵機安防監控系統設計

管衛華，林用滿

（廣東農工商職業技術學院， 廣東 廣州 510507）

紅外舵機安防監控系統設計

管衛華，林用滿

（廣東農工商職業技術學院， 廣東 廣州 510507）

研究設計了一種以紅外舵機為智能化主體的監控系統，該系統采用紅外采集陣列和報警裝置技術構架，充分利用現有監控設施，構建智能監控系統平臺.測試結果表明，該系統能對人體進行實時跟蹤及錄像，具有占用資源小、節約存儲成本、實時危險警報、延長存儲監控視頻時間等優點，可推廣應用到居民住宅監控、工業現場監控等領域.

舵機安防監控系統；智能監控；紅外采集陣列

視頻監控的使用越來越廣泛，特別是在重要的不允許人靠近的危險區域.但目前的視頻監控系統還存在著許多不足，如不能實時危險警報，監控視頻本身資源太大，導致大量存儲的影像資料不能保存等[1-6].本文設計一種以紅外舵機為智能化主體的監控系統，紅外舵機安防監控系統利用現代傳感技術、數字信息處理技術、計算機技術實現的環境信息的采集、處理、反應.當有人靠近危險區域時，紅外采集陣列會采集到人的位置，傳給單片機控制器，控制器就會根據人的位置控制舵機，旋轉攝像機方向對準人處的位置，并啟用攝像機記錄人的活動整個記錄，同時會發出語音報警進行提示.如果人再靠近距離，控制器就會發短信通知用戶處理，或者執行預定用戶計劃[7-10].

1 系統總體構架

系統的主要模塊包括：單片機控制模塊、報警裝置模塊、監控模塊、紅外采集模塊，其結構如圖1所示.

圖1 紅外的舵機系統結構示意圖

2 系統功能設計

2.1 設計單片機控制器

處理器選用 STM公司的 ARM7，型號為STM32F103c8t6，這款屬于ARM 32位的Cortex?-M3內核的CPU，性能強勁.該處理器在主頻沒有變化的情況下，可完成更多的指令，對程序設計予以最大限度的支持.功耗低，延長了電池的壽命.還具有實時性好的特點.同時，它能較快地響應中斷，并且能確定響應中斷所需的周期數，所以大大改善了代碼密度.基于以上特點，它適合大型的應用程序，具有價格低廉，使用更方便的優點[11].現在從8位/16位處理器轉到32位處理器應用越來越多，具有更簡單的編程模型和更透徹的調試系統.其電路圖如圖2所示.

2.2 紅外采集陣列

鈦熱釋電紅外線傳感器的尺寸為2mm*1mm的探測元件，由一種高熱電系數的材料（如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等）制成的.為了抑制自身溫度升高而產生的干擾，將2個探測元件以反極性串聯，裝入每個探測器內.紅外輻射轉變成微弱的電壓信號被探測元件探測并接收，經過裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出.在探測器的前方安裝一個菲涅爾透鏡，目的是為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，這個由透明塑料制成的透鏡被分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統的透鏡，與放大電路配合，所測信號被放大超過70dB，人在10～20 m范圍內的行動就可以被測出[12].

2.3 舵機控制原理

舵機適用于需要轉角變化并可以保持的控制系統，這里就是控制攝像頭拍攝的方向.舵機作為基本的執行機構，是影響系統動作性能的重要因素.舵機的控制信號實際上是一個PWM（脈沖寬度調制）信號，由 FPGA器件、 模擬電路或單片機產生.采用 FPGA 成本較高，用模擬電路來實現則電路較復雜，不便于實現多路輸出.目前多采用單片機實現舵機的控制，工作原理如圖3所示[13].

2.4 報警裝置

2.4.1 語音報警

WT588D語音用來存儲語音信息，由915M從機控制，當相應報警產生，播報相應語音.但WT588D不足以驅動喇叭，還需加個功率放大電路.本文選用集成芯片 LM1875，由美國生產的功率放大集成塊.它具較好的過載保護功能，應用過程中外圍電路產生干擾較少.電路如圖4所示.

2.4.2 短息報警

本文研制的智能監控需要設置無線通信 GPRS模塊，包括GSM基帶處理器、FLASH、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）ZIF連接器、天線接口.其中ZIF連接器具有特殊的結構，即40引腳.它的作用為達成電源、連接命令、數據、語音信號、控制信號進行雙向傳輸.其收發短信流程如圖5所示.

圖3 舵機控制原理圖

圖4 語音報警的電路圖

圖5 MC35i收發短信流程圖

3 系統實現

人類體溫在相對單位時間內為恒溫，這個特點使人體可以發出波長約為10μm的紅外線.本研究研發的系統在探頭最前方設置了菲涅爾透鏡，這是一種具有特殊光學系統的透鏡，其產生的“盲區域”和“強靈敏區域”具有交替變幻的特點.人體發出的紅外線波會出現強弱變化，進而輸出.另外，在傳感器頂部設置了濾光度為7～10μm的濾光鏡片小窗，把不同于人體的其他紅外線擯棄.然后通過濾光片把紅外線信號放大，將信號傳送到紅外感應源上，構成紅外感應源的熱釋電元件收到人體紅外線信號后，收溫度影響，發生自身電荷失衡，導致電荷發生釋放，其產生的電流被檢測、處理后，便形成了我們可以聽到的報警信號.

4 系統測試與分析

選擇一個人流量比較少的地方進行測試，假定該地方一天只有20個人經過，一個人行走10 min，一天拍攝時間只有200 min.如是普通的監控系統，需要一天不停的拍攝，一天是1440 min.兩者相比，紅外舵機監控系統的拍攝時間只有普通監控系統的七分之一，見表1.紅外監控系統是當紅外探測到人的位置再控制舵機對人的跟拍，這樣比普通的監控系統更加能拍攝到人更多的體貌特征.另外紅外監控系統有報警實習功能，控制器會根據人的位置控制舵機，旋轉攝像機方向對準人處的位置，并啟用攝像機記錄至人離開，中途會發出語音報警進行提示，如果人再靠近距離，控制器就會發短信通知用戶處理，或者執行預定用戶計劃.經實際測試，該系統能夠很好的實現對運動人體的跟蹤以及攝像功能，在實際使用中得到較好的效果，達到了預定的目標.

表1 紅外舵機監控系統與普通系統的對比

5 結 論

本文研制的智能化監控系統具有智能監控舵機，由ARM單片機、熱釋電紅外傳感器等組成.該系統實現了對運動人體的跟蹤以及錄像，可追蹤動態人體，攝像清晰，能減少不必要的監控錄像存儲，節約存儲成本，延長可存儲監控視頻時間.通過系統的應用，實現預警動態化、業務處理標準化，能提高視頻監控的管理水平.另外，在提高跟蹤靈敏度、減少體積、實現多目標的跟蹤以及運動預測等方面,該系統有很大的研發和應用空間.

［1］ 曹理發，尹勇，劉恒輝，等.基于ARM和DSP的視頻監控系統設計與實現［J］.電子器件，2009（2）：213-217.

［2］ 李青梅，張文旭，束雄英.單位網絡設備環境智能監控系統設計與實現［J］.信息技術，2012（2）：39-41.

［3］ 陳波，石旭剛.基于ARM9的低成本數字遠程視頻監控系統［J］.視頻應用與工程，2008，S1（32）：149-151.

［4］ 毛獻輝，郭宏，朱昊，等.智能化紅外感應控制系統［J］.電子測量技術，2005（2）：45-49.

［5］ 張凱.基于紅外感應技術的風扇搖頭裝置設計［J］.電腦知識與技術，2011，7（13）：3612-3614.

［6］ 黃凱奇， 陳曉棠.智能視頻監控技術綜述［J］.計算機學報，2015，38（6）：1093-1118.

［7］ 鞏書蘭，郭文成.紅外感應控制系統［J］.民營科技，2007（9）：42-43.

［8］ 凌能金，黃洪衛.MEMS Thermal Sensor在人感空調上的應用［J］.大眾科技，2012（8）：124-127.

［9］ 岳大軍，王慧敏，許穎，趙洋.基于紅外感應技術電暖器的應用設計與試驗［J］.傳感器技術，2009（20）：190-192.

［10］ 張萬里，何志毅.基于單線接入紅外感應電路的設計［J］.大眾科技，2011（4）：70-71.

［11］ 黃偉鉗.多功能配電監測儀的研制［D］.廣州：華南理工大學，2011.

［12］ 姜德生，潘如春，鄭成文.煤礦架空行人裝置開停自動控制研究與應用［J］.山東煤炭科技，2012（3）：237-238.

［13］ 方慶山，林春方.一種基于AT89C2051的多路舵機控制方案設計［J］.微特電機，2009（7）：56-58.

Design of an Infrared Security Monitoring System

GUAN Weihua, LIN Yongman

（Guangdong AIB Polytechnic College, Guangzhou, Guangdong 510507, China）

A monitoring system based on the infrared steering gear is studied in the paper. Making the most of the existing monitoring facilities, this system applies the technology of the infrared acquisition arrays and alarm device to form an intelligent monitoring platform. Test results show that the system can achieve a real-time tracking and recording of the human body, and it has the advantages of consuming less resources, saving more storage cost, setting off real-time risk alarm, and extending the video storage time, and etc. Therefore, it can be widely used in residential surveillance and industrial site monitoring.

the infrared steering gear system; intelligent monitoring; infrared acquisition array

TP391.41；TP277

A

1672-0318（2016）05-0017-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.004

2016-01-29

管衛華（1980-），女，四川眉山人，漢，講師，博士，研究方向：機械電子工程.