基于紅外傳感器的分布式報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

巢琥++孔溢文++羅凱

摘要：本文設(shè)計(jì)了基于熱釋電探測(cè)的分布式報(bào)警系統(tǒng)，布置在需要監(jiān)控的不同位置，紅外傳感器能將入侵檢測(cè)信號(hào)以無(wú)線的方式傳送給接收系統(tǒng)，接收系統(tǒng)通過(guò)預(yù)設(shè)的編碼組件直觀地顯示入侵的具體位置，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，該系統(tǒng)造價(jià)便宜、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活、性能可靠。

關(guān)鍵詞：紅外探測(cè)；無(wú)線監(jiān)控；分布式

1 引言

近年來(lái)，隨著倉(cāng)庫(kù)管理的安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，倉(cāng)庫(kù)急需查找修復(fù)庫(kù)區(qū)報(bào)警系統(tǒng)存在的漏洞，以增強(qiáng)倉(cāng)庫(kù)的安全防控能力[1]。目前，部分倉(cāng)庫(kù)庫(kù)房安裝的視頻監(jiān)控存在死角，產(chǎn)生了較大的安全隱患。本文設(shè)計(jì)的分布式紅外報(bào)警系統(tǒng)主要用于彌補(bǔ)當(dāng)前視頻監(jiān)控的不足，在應(yīng)急情況下，也可以用于的露天物資安全監(jiān)控。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和接收系統(tǒng)組成，采用分布式控制結(jié)構(gòu)，“集中監(jiān)控，分散采集”的工業(yè)控制方式[2]。在庫(kù)區(qū)各監(jiān)控區(qū)域安裝一個(gè)人體紅外輻射觸發(fā)傳感器。該監(jiān)測(cè)裝置負(fù)責(zé)對(duì)各區(qū)域溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)人體目標(biāo)識(shí)別成功則自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)到接收系統(tǒng)。接收系統(tǒng)收到報(bào)警信號(hào)，從而通過(guò)控制電路完成5V蜂鳴器報(bào)警和一個(gè)10WLED射燈發(fā)光，完成報(bào)警。信號(hào)傳輸路徑如圖1所示，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 人體紅外輻射觸發(fā)傳感器原理

人體紅外輻射觸發(fā)傳感器主要應(yīng)用了熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類(lèi)似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器，它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成[3]。在元件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中就需要一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會(huì)被空氣中的離子結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無(wú)輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因?yàn)槿梭w溫度與環(huán)境溫度有差別，就會(huì)存在ΔT，并產(chǎn)生ΔT輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出了。所以該傳感器能夠檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。紅外熱偶傳感器如圖3所示。

由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡（也稱(chēng)菲涅爾透鏡），其檢測(cè)距離小于2m，但加上光學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離可大于7m，其探測(cè)距離如圖4所示。

4 分布式報(bào)警系統(tǒng)功能特點(diǎn)

分布式報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精確捕捉，實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，在倉(cāng)庫(kù)的安全防控上具有諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1.全自動(dòng)感應(yīng)：當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，并自動(dòng)輸出低電平。

2.光敏控制（可選）：人體紅外輻射觸發(fā)傳感器采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊預(yù)留有位置，可設(shè)置光敏控制，白天之時(shí)或光線較強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。光敏控制為可選功能。

3.兩種觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)?？商€選擇，默認(rèn)為H。

A.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

B.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn)）。

4.具有感應(yīng)封鎖時(shí)間（默認(rèn)設(shè)置：3-4秒）：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變?yōu)榈碗娖剑?，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)輸出時(shí)間和封鎖時(shí)間兩者的間隔工作，從而應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可以有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。

5.工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓范圍為3.5V至20V

6.應(yīng)用于庫(kù)區(qū)工作實(shí)用性較好：鑒于庫(kù)區(qū)面積大，死角數(shù)量多的特點(diǎn)，分布式報(bào)警系統(tǒng)采用輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)使蜂鳴器報(bào)警和大功率LED發(fā)光的方式，方便警衛(wèi)人員查看報(bào)警位置。

5 分布式報(bào)警系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

1、倉(cāng)庫(kù)紅外安防感應(yīng)報(bào)警燈通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，在此時(shí)間模塊會(huì)間隔地輸出0-3次，一分鐘后自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

2、感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長(zhǎng)方形。雙元（A元B元）位于較長(zhǎng)方向的兩端，當(dāng)人體從左到右或從右到左走過(guò)時(shí)，紅外光譜到達(dá)雙元的時(shí)間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏；當(dāng)人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過(guò)時(shí)，雙元檢測(cè)不到紅外光譜距離的變化，不產(chǎn)生差值，因此在該方向上感應(yīng)不靈敏或不工作。所以，在安裝感應(yīng)器時(shí)應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動(dòng)最多的方向盡量保持平行，保證人體經(jīng)過(guò)時(shí)先后被探頭雙元所感應(yīng)。。

3、模塊不接負(fù)載時(shí)能正常工作，接上負(fù)載后工作紊亂。一種原因是因?yàn)殡娫慈萘亢苄∏邑?fù)載耗電較大，負(fù)載工作時(shí)引起的電壓波動(dòng)導(dǎo)致模塊誤動(dòng)作；另一種原因是負(fù)載通電工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾，例如繼電器或者電磁鐵等感性負(fù)載產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)都會(huì)影響模塊。解決的辦法如下：A、電源部分加電感濾波。B、采用負(fù)載和模塊使用不同電壓的方法，例如：負(fù)載使用12V工作電壓，模塊使用3.5-5V工作電壓，其間用三端穩(wěn)壓器隔離。C： 使用更大容量的電源。

4、人體感應(yīng)模塊只能在室內(nèi)工作，并且工作環(huán)境應(yīng)該避免陽(yáng)光或者強(qiáng)烈燈光的直接照射。如果工作環(huán)境有強(qiáng)大的射頻干擾，可以采用屏蔽措施。若遇有強(qiáng)烈氣流干擾，則需要關(guān)閉門(mén)窗或阻止對(duì)流。感應(yīng)區(qū)應(yīng)該盡量避免正對(duì)著發(fā)熱電器等熱量較高物體以及容易被風(fēng)吹動(dòng)的雜物和衣物等物體。

5、如果要求人體感應(yīng)模塊的探測(cè)角度小于90度，可以采用不透明膠紙遮擋鏡片或裁剪縮小鏡片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6、人體感應(yīng)模塊采用雙元探頭，人體的手腳和頭部運(yùn)動(dòng)方向與感應(yīng)靈敏度有著密切的聯(lián)系，而且紅外模塊的特性決定了無(wú)法精確控制感應(yīng)距離。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于紅外傳感器的分布式報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和接收系統(tǒng)組成。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)倉(cāng)庫(kù)大范圍、全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠達(dá)到高精度辨識(shí)人體、無(wú)線傳輸信號(hào)、快速反應(yīng)報(bào)警等功能。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，實(shí)用性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏可剛，房祥龍，林楚喬，陳厚合.基于紅外測(cè)溫和無(wú)線傳輸技術(shù)的電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（12）：17—20.

[2]熊跡，李方敏.基于人體熱釋電特征多策略融合的識(shí)別方法術(shù).儀器儀表學(xué)報(bào)，2015（05）：1054—1062.

[3]盧瑛，吳國(guó)忠.智能型高壓電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)[J].中國(guó)電力，2010，43（03）：55—58.