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

（貴州師范大學(xué)機械與電氣工程學(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。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，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)計原理

本系統(tǒng)主要是利用紅外線傳感器和光照傳感器進行信號檢測——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上，以此來實現(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上，從而實現(xiàn)安保工作。

2 硬件設(shè)計

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)接口選項方面進行了增強。其最高主頻可達(dá)到720 Hz，運用范圍廣，價格一般，能處理較為復(fù)雜的信息和兼容電路的設(shè)計，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；

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

（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度下，設(shè)置好初始值，當(dāng)光照強度大于設(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

防盜鎖主要運用指紋和數(shù)字一體的設(shè)計，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)送到報警處理器后，則報警并將報警信息通過短信形式發(fā)送到綁定的手機上。其原理圖如圖3所示：

圖3報警原理

3 軟件設(shè)計

人員、時間、光照、報警組成系統(tǒng)的主要要素，光照強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，進而得到控制，而且有效增強了節(jié)能效果。光照強度的檢測，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。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、強制模式。手動模式則是人為模式，主要的就是自動模式和強制控制模式。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)過以上的綜合實驗，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[J].計算機技術(shù)與應(yīng)用.2008，(4):115-123.