建筑物防盜報(bào)警系統(tǒng)探析

陳海山

摘 要：本文提出了一種基于單片機(jī)信號(hào)處理技術(shù)的防盜報(bào)警系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在反應(yīng)速度、誤報(bào)率、漏報(bào)率以及抗干擾能力方面都具有較好表現(xiàn)。系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理設(shè)計(jì)出探測(cè)電路，并采用單片機(jī)AT89S51作為探測(cè)系統(tǒng)的核心。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)比較放大之后，輸入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷及處理。當(dāng)檢測(cè)到有被測(cè)物體進(jìn)入測(cè)量范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，等待一段延遲時(shí)間后自動(dòng)消除報(bào)警信號(hào)，并可手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。

關(guān)鍵詞：防盜報(bào)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方法；熱釋電傳感器；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-1422（2014）12-0104-02

一、系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)測(cè)量放大電路、比較電路至AT89S51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計(jì)平均及識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)。然后可通過(guò)LCD顯示報(bào)警。同時(shí)，還可把整個(gè)系統(tǒng)變?yōu)樽詣?dòng)開(kāi)關(guān)燈系統(tǒng)，當(dāng)有主人在時(shí)，可用手動(dòng)解除報(bào)警功能，并且開(kāi)啟開(kāi)關(guān)燈執(zhí)行電路，在探測(cè)頭感應(yīng)到有人時(shí)執(zhí)行電路執(zhí)行開(kāi)燈。此時(shí)可以使用在一些大型的公共場(chǎng)合，作為檢測(cè)人數(shù)個(gè)數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。

二、熱釋電傳感器及其基本電路設(shè)計(jì)

1.熱釋電紅外傳感器

（1）熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化ΔP的自然極化的存在，此時(shí)傳感器有電信號(hào)輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。

（2）紅外測(cè)溫原理。紅外測(cè)溫是通過(guò)探測(cè)物體表面發(fā)射的能量來(lái)測(cè)量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對(duì)溫度（-273.15℃）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量其中與溫度有關(guān)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號(hào)，由此測(cè)出其溫度。

2.熱釋電傳感器的基本電路設(shè)計(jì)

（1）放大電路。U1使用廉價(jià)的通用四運(yùn)放LM324，用其中兩個(gè)運(yùn)放組成放大電路。按圖1所示參數(shù)計(jì)算得到，第一級(jí)放大增益為：AV1=R6/R4=220，第二級(jí)放大為：A2=R10/R8=270，總放大增益為：AV=220×270=59400=95.5dB。我們知道，在運(yùn)算放大電路中，放大倍數(shù)一般不宜取得太大，否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R6改為200kΩ，將R10改為1MΩ，此時(shí)的總增益為AV=20×100=2000=66dB，比較符合實(shí)際應(yīng)用，能保證電路工作可靠。

（2）電壓比較器。LM324另外兩個(gè)運(yùn)放組成電壓比較檢測(cè)窗口，由R3、R5和R7、R9將高、低通放大器的3腳和5腳均設(shè)置為1/2Vcc，即2.5V。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到人體的活動(dòng)，其產(chǎn)生的微弱電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，傳送到LM324的10、13腳時(shí)，用示波器可以檢測(cè)到峰值約為5V的正弦波，即無(wú)論是信號(hào)的正半周還是負(fù)半周，兩個(gè)比較器中必有一個(gè)輸出為低電平。

而當(dāng)紅外傳感器沒(méi)有檢測(cè)到人活動(dòng)時(shí)，由靜態(tài)電路可知，該3V直流信號(hào)同時(shí)加到LM324的10、13腳，又知道R11、R12、R13將窗口電壓上、下限設(shè)置為2.8V和2.2V，即9腳偏置為2.8V，12腳偏置為2.2V。此時(shí)，電壓比較器輸出端8、14均為低電平，另一個(gè)為高電平。

圖1 熱釋電傳感器的基本電路圖

（3）延時(shí)電路。電路使用51系列單片機(jī)，通過(guò)軟件控制，對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制。其作用有二。一是為自己離開(kāi)檢測(cè)區(qū)時(shí)提供一段非報(bào)警延遲時(shí)間；二是在自己進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后提供關(guān)斷檢測(cè)器所需的時(shí)間。延時(shí)電路工作時(shí)，輸出的高電平或接通報(bào)警器電源進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。

三、指標(biāo)測(cè)試及結(jié)果分析

（1）探測(cè)頭在離被測(cè)物一定的距離時(shí)，測(cè)量出經(jīng)過(guò)探測(cè)頭測(cè)量范圍的人數(shù)。

由測(cè)量結(jié)果可知，系統(tǒng)的探測(cè)頭在距離被測(cè)物3m到5m的測(cè)量距離時(shí)，所測(cè)人數(shù)準(zhǔn)確率最高。因?yàn)樵跓後寕鞲衅鞣磻?yīng)速度一定的情況下，被測(cè)物距離傳感器距離越近時(shí)，被測(cè)物停留在傳感器的探測(cè)時(shí)間就越長(zhǎng)，因此會(huì)產(chǎn)生誤判的情況。反之，被測(cè)物距離探測(cè)頭比較遠(yuǎn)時(shí)，由于外界環(huán)境的干擾可能會(huì)產(chǎn)生測(cè)量不到的情況。

（2）當(dāng)不同的物體放入系統(tǒng)的被測(cè)范圍時(shí)，可知什么物體可干擾傳感器的測(cè)量，并且測(cè)試系統(tǒng)是否報(bào)警。

由以上結(jié)論可知，由于小狗熱輻射的紅外線波長(zhǎng)與人體熱輻射的紅外波長(zhǎng)范圍差不多，故可以探測(cè)到小狗。一些其他一些物體，即使是發(fā)光或發(fā)熱，但由于他們所發(fā)射的波長(zhǎng)與系統(tǒng)紅外探測(cè)器的接收波長(zhǎng)范圍不同，所以探測(cè)不到其他物體。

四、總結(jié)

智能住宅小區(qū)防盜報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課題，要使其產(chǎn)品化，能夠經(jīng)受住實(shí)際應(yīng)用的嚴(yán)格考驗(yàn)，還要進(jìn)行許多深入細(xì)致的開(kāi)發(fā)。

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責(zé)任編輯 何麗華