紅外舵機(jī)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

管衛(wèi)華，林用滿

（廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣東 廣州 510507）

紅外舵機(jī)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

管衛(wèi)華，林用滿

（廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣東 廣州 510507）

研究設(shè)計(jì)了一種以紅外舵機(jī)為智能化主體的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用紅外采集陣列和報(bào)警裝置技術(shù)構(gòu)架，充分利用現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)施，構(gòu)建智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái).測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能對(duì)人體進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤及錄像，具有占用資源小、節(jié)約存儲(chǔ)成本、實(shí)時(shí)危險(xiǎn)警報(bào)、延長(zhǎng)存儲(chǔ)監(jiān)控視頻時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，可推廣應(yīng)用到居民住宅監(jiān)控、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等領(lǐng)域.

舵機(jī)安防監(jiān)控系統(tǒng)；智能監(jiān)控；紅外采集陣列

視頻監(jiān)控的使用越來(lái)越廣泛，特別是在重要的不允許人靠近的危險(xiǎn)區(qū)域.但目前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還存在著許多不足，如不能實(shí)時(shí)危險(xiǎn)警報(bào)，監(jiān)控視頻本身資源太大，導(dǎo)致大量存儲(chǔ)的影像資料不能保存等[1-6].本文設(shè)計(jì)一種以紅外舵機(jī)為智能化主體的監(jiān)控系統(tǒng)，紅外舵機(jī)安防監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)代傳感技術(shù)、數(shù)字信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的環(huán)境信息的采集、處理、反應(yīng).當(dāng)有人靠近危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，紅外采集陣列會(huì)采集到人的位置，傳給單片機(jī)控制器，控制器就會(huì)根據(jù)人的位置控制舵機(jī)，旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)方向?qū)?zhǔn)人處的位置，并啟用攝像機(jī)記錄人的活動(dòng)整個(gè)記錄，同時(shí)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警進(jìn)行提示.如果人再靠近距離，控制器就會(huì)發(fā)短信通知用戶處理，或者執(zhí)行預(yù)定用戶計(jì)劃[7-10].

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架

系統(tǒng)的主要模塊包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊、報(bào)警裝置模塊、監(jiān)控模塊、紅外采集模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 紅外的舵機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制器

處理器選用 STM公司的 ARM7，型號(hào)為STM32F103c8t6，這款屬于ARM 32位的Cortex?-M3內(nèi)核的CPU，性能強(qiáng)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(duì)程序設(shè)計(jì)予以最大限度的支持.功耗低，延長(zhǎng)了電池的壽命.還具有實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn).同時(shí)，它能較快地響應(yīng)中斷，并且能確定響應(yīng)中斷所需的周期數(shù)，所以大大改善了代碼密度.基于以上特點(diǎn)，它適合大型的應(yīng)用程序，具有價(jià)格低廉，使用更方便的優(yōu)點(diǎn)[11].現(xiàn)在從8位/16位處理器轉(zhuǎn)到32位處理器應(yīng)用越來(lái)越多，具有更簡(jiǎn)單的編程模型和更透徹的調(diào)試系統(tǒng).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(cè)元件，由一種高熱電系數(shù)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(chǎn)生的干擾，將2個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，裝入每個(gè)探測(cè)器內(nèi).紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)被探測(cè)元件探測(cè)并接收，經(jīng)過(guò)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出.在探測(cè)器的前方安裝一個(gè)菲涅爾透鏡，目的是為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，這個(gè)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(xué)系統(tǒng)的透鏡，與放大電路配合，所測(cè)信號(hào)被放大超過(guò)70dB，人在10～20 m范圍內(nèi)的行動(dòng)就可以被測(cè)出[12].

2.3 舵機(jī)控制原理

舵機(jī)適用于需要轉(zhuǎn)角變化并可以保持的控制系統(tǒng)，這里就是控制攝像頭拍攝的方向.舵機(jī)作為基本的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是影響系統(tǒng)動(dòng)作性能的重要因素.舵機(jī)的控制信號(hào)實(shí)際上是一個(gè)PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)，由 FPGA器件、 模擬電路或單片機(jī)產(chǎn)生.采用 FPGA 成本較高，用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)則電路較復(fù)雜，不便于實(shí)現(xiàn)多路輸出.目前多采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的控制，工作原理如圖3所示[13].

2.4 報(bào)警裝置

2.4.1 語(yǔ)音報(bào)警

WT588D語(yǔ)音用來(lái)存儲(chǔ)語(yǔ)音信息，由915M從機(jī)控制，當(dāng)相應(yīng)報(bào)警產(chǎn)生，播報(bào)相應(yīng)語(yǔ)音.但WT588D不足以驅(qū)動(dòng)喇叭，還需加個(gè)功率放大電路.本文選用集成芯片 LM1875，由美國(guó)生產(chǎn)的功率放大集成塊.它具較好的過(guò)載保護(hù)功能，應(yīng)用過(guò)程中外圍電路產(chǎn)生干擾較少.電路如圖4所示.

2.4.2 短息報(bào)警

本文研制的智能監(jiān)控需要設(shè)置無(wú)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(jié)構(gòu)，即40引腳.它的作用為達(dá)成電源、連接命令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、控制信號(hào)進(jìn)行雙向傳輸.其收發(fā)短信流程如圖5所示.

圖3 舵機(jī)控制原理圖

圖4 語(yǔ)音報(bào)警的電路圖

圖5 MC35i收發(fā)短信流程圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

人類體溫在相對(duì)單位時(shí)間內(nèi)為恒溫，這個(gè)特點(diǎn)使人體可以發(fā)出波長(zhǎng)約為10μm的紅外線.本研究研發(fā)的系統(tǒng)在探頭最前方設(shè)置了菲涅爾透鏡，這是一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，其產(chǎn)生的“盲區(qū)域”和“強(qiáng)靈敏區(qū)域”具有交替變幻的特點(diǎn).人體發(fā)出的紅外線波會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)弱變化，進(jìn)而輸出.另外，在傳感器頂部設(shè)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(guò)濾光片把紅外線信號(hào)放大，將信號(hào)傳送到紅外感應(yīng)源上，構(gòu)成紅外感應(yīng)源的熱釋電元件收到人體紅外線信號(hào)后，收溫度影響，發(fā)生自身電荷失衡，導(dǎo)致電荷發(fā)生釋放，其產(chǎn)生的電流被檢測(cè)、處理后，便形成了我們可以聽到的報(bào)警信號(hào).

4 系統(tǒng)測(cè)試與分析

選擇一個(gè)人流量比較少的地方進(jìn)行測(cè)試，假定該地方一天只有20個(gè)人經(jīng)過(guò)，一個(gè)人行走10 min，一天拍攝時(shí)間只有200 min.如是普通的監(jiān)控系統(tǒng)，需要一天不停的拍攝，一天是1440 min.兩者相比，紅外舵機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的拍攝時(shí)間只有普通監(jiān)控系統(tǒng)的七分之一，見表1.紅外監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)紅外探測(cè)到人的位置再控制舵機(jī)對(duì)人的跟拍，這樣比普通的監(jiān)控系統(tǒng)更加能拍攝到人更多的體貌特征.另外紅外監(jiān)控系統(tǒng)有報(bào)警實(shí)習(xí)功能，控制器會(huì)根據(jù)人的位置控制舵機(jī)，旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)方向?qū)?zhǔn)人處的位置，并啟用攝像機(jī)記錄至人離開，中途會(huì)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警進(jìn)行提示，如果人再靠近距離，控制器就會(huì)發(fā)短信通知用戶處理，或者執(zhí)行預(yù)定用戶計(jì)劃.經(jīng)實(shí)際測(cè)試，該系統(tǒng)能夠很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)人體的跟蹤以及攝像功能，在實(shí)際使用中得到較好的效果，達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo).

表1 紅外舵機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與普通系統(tǒng)的對(duì)比

5 結(jié) 論

本文研制的智能化監(jiān)控系統(tǒng)具有智能監(jiān)控舵機(jī)，由ARM單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器等組成.該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)人體的跟蹤以及錄像，可追蹤動(dòng)態(tài)人體，攝像清晰，能減少不必要的監(jiān)控錄像存儲(chǔ)，節(jié)約存儲(chǔ)成本，延長(zhǎng)可存儲(chǔ)監(jiān)控視頻時(shí)間.通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)預(yù)警動(dòng)態(tài)化、業(yè)務(wù)處理標(biāo)準(zhǔn)化，能提高視頻監(jiān)控的管理水平.另外，在提高跟蹤靈敏度、減少體積、實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的跟蹤以及運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)等方面,該系統(tǒng)有很大的研發(fā)和應(yīng)用空間.

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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(wèi)華（1980-），女，四川眉山人，漢，講師，博士，研究方向：機(jī)械電子工程.