攝像頭自動追蹤系統(tǒng)研究與設(shè)計

韓金磊　湯莉莉　陳志巍　黎霖　孫江波　王勝　高金旺

摘 要：該設(shè)計是利用熱釋電紅外傳感器采集周圍人體紅外線，通過STM32單片機系統(tǒng)對信號進行處理，同時控制2個舵機組成的云臺系統(tǒng)對攝像頭的位置姿態(tài)進行調(diào)整，使產(chǎn)生紅外信號的目標(biāo)進入攝像頭視野范圍內(nèi)。在使目標(biāo)進入監(jiān)控范圍內(nèi)的同時，該裝置可以通過GSM模塊自動對指定手機發(fā)出信息，實現(xiàn)報警提示功能。該系統(tǒng)功能實現(xiàn)了對攝像頭監(jiān)控范圍的創(chuàng)新，擴大了傳統(tǒng)攝像頭的監(jiān)控范圍，并且通過紅外裝置實現(xiàn)自動報警，免去了人為監(jiān)視的麻煩，且成本低能方便大規(guī)模使用。

關(guān)鍵詞：熱釋電紅外傳感器 舵機 攝像頭

中圖分類號：TP399；TN91 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（c）-0064-02

Abstract： This design is the use of pyroelectric infrared sensors to collect infrared around the human body， through the STM32 microcontroller system for signal processing， and control the PTZ system consisting of two steering position of the camera is adjusted to generate infrared signal into the target camera view range. When the target is in the control range， the device can automatically send out information to the designated mobile phone through the GSM module， and realize the alarm function.. This system realizes the functions of innovation on the surveillance camera range， enlarge the monitoring scope of traditional camera， and through the infrared device to realize the automatic alarm， eliminates the artificial monitoring trouble， and the cost is low and convenient for large-scaleuse.

Key Words： Pyroelectric infrared sensor； Actuator； Camera

社會在進步，人們在不斷追求便利的生活，市場在不斷變化，高性能的攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)有著廣泛的使用率和光明的前景，高度的智能化是電子產(chǎn)品必然的發(fā)展趨勢。隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展計算機視覺技術(shù)越來越向智能化發(fā)展，已經(jīng)被應(yīng)用于監(jiān)控上的技術(shù)有紅外夜視攝像頭、高清攝像機、攝像頭車流量計等。這些特殊的攝像頭對于維護社會安全，便利人們的生活提供了可靠的支持。

攝像頭自動追蹤系統(tǒng)以專門感應(yīng)人體紅外信號的熱釋電紅外傳感器和單片機為基礎(chǔ)[1]，利用舵機控制攝像頭，用鋰電池提供舵機動力，以達到控制大扭力電機的目的。當(dāng)有人在附近時，紅外傳感器感應(yīng)到紅外信號，舵機組成的云臺系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)攝像頭角度，使人的影像進入攝像頭視野之內(nèi)，這樣就大大提高了攝像頭的監(jiān)控范圍，盡量避免了存在的死角。在無人通過附近時舵機不工作這樣降低了能耗?？梢允謩舆x擇GSM是否進行報警，可以防止誤報引起的麻煩。

1 總體硬件系統(tǒng)設(shè)計方案

該系統(tǒng)的設(shè)計主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)是由熱釋電紅外信號處理模塊、GSM模塊[2]、舵機模塊、穩(wěn)壓模塊[3]、單片機控制模塊、電源電路模塊6個模塊組成。其中，供電模塊主要是為整個系統(tǒng)提供電量。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計程序流程圖如圖2所示，具體流程如下：首先，接通電源，系統(tǒng)開始工作，按鍵K1沒有按下系統(tǒng)攝像頭工作正常角度固定，不開啟傳感器。按鍵K1按下，開啟所有傳感器，系統(tǒng)開始自動追蹤功能。8個不同方向的熱釋電傳感器工作。當(dāng)其中一個探測到信號，由信號線傳遞給單片機，單片機控制2個舵機調(diào)整攝像頭位置[4，5]。如果目標(biāo)在紅外傳感器探測范圍內(nèi)10 s以上，GSM模塊就會自動發(fā)送短信到手機進行報警。

3 方案難點及關(guān)鍵技術(shù)

該設(shè)計方案難點在于：

（1）熱釋電傳感器信號采集的比較小，需要經(jīng)過檢測、放大等各種處理。

（2）360°舵機角度無法固定調(diào)轉(zhuǎn)，需要建立參考系。

（3）GSM模塊程序復(fù)雜，調(diào)試煩瑣。

該設(shè)計方案關(guān)鍵技術(shù)有：

（1）電源穩(wěn)壓技術(shù)，單片機和其他模塊需要穩(wěn)定的電壓，可靠的穩(wěn)壓電路十分重要，否則可能導(dǎo)致燒掉芯片。

（2）軟件編程中，多個中斷同時使用，但彼此之間不會產(chǎn)生影響。

（3）用地磁傳感器實現(xiàn)給定360°舵機一個參考系。

（4）運用STM32單片機強大的處理能力同時實現(xiàn)舵機的控制和GSM模塊的報警功能。

4 系統(tǒng)的測試結(jié)果分析

該設(shè)計系統(tǒng)通過反復(fù)調(diào)試和測試，實現(xiàn)了預(yù)想的理想結(jié)果。

（1）熱釋電紅外傳感器感應(yīng)的距離為0～6 m，能在這個范圍內(nèi)自動進行攝像頭角度的轉(zhuǎn)換，工作時比較靈敏。

（2）穩(wěn)壓電路正常，能提供持續(xù)且穩(wěn)定的電源。

（3）當(dāng)熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到人體紅外信號時，GSM模塊可以自動發(fā)送數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

該攝像頭可以應(yīng)用到多種場合，如智能個人防盜系統(tǒng)，社區(qū)內(nèi)監(jiān)控，野外拍攝等。紅外傳感器的探測范圍是6 m，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)感應(yīng)距離和反應(yīng)時間。GSM模塊可以做到用手機就可以掌握監(jiān)控范圍內(nèi)的安全情況。該設(shè)計在很大程度上方便了監(jiān)控工作，節(jié)約了人力資源。在這個萬物互聯(lián)的時代，智能的攝像頭追蹤系統(tǒng)能為我們的生活帶來更多的安全保障和各個方面的便利。

參考文獻

[1] 何希才.傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

[2] 趙琳.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3] 華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[4] 李志明.STM32嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實戰(zhàn)指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[5] 楊光祥.STM32單片機原理與工程實踐[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2013.