紅外無線報(bào)警器的低能耗設(shè)計(jì)探究

張文君

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在當(dāng)前，商用型的物聯(lián)網(wǎng)安防系統(tǒng)，得到了較為廣泛的應(yīng)用，一般的商用物聯(lián)網(wǎng)安防系統(tǒng)主要具備布防和撤防這兩種模式，而無線紅外報(bào)警器是最長(zhǎng)被選用的一個(gè)終端裝置。本文主要針對(duì)紅外無線報(bào)警器的低能耗設(shè)計(jì)問題展開探究，希望能為相關(guān)人員，起到一些積極的參考作用。

關(guān)鍵詞：紅外無線報(bào)警器；低能耗設(shè)計(jì)；探究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.141

在對(duì)紅外無線報(bào)警器的低能耗設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探究的時(shí)候，相關(guān)工作人員需要了解到，頻繁更換其電器，可能會(huì)提升安防企業(yè)本身的工作量和人力成本，甚至是為用戶帶來一些額外的財(cái)產(chǎn)損失，這樣紅外無線報(bào)警器本身的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也得到了削弱。根據(jù)實(shí)際的調(diào)查情況可以發(fā)現(xiàn)，要想降低報(bào)警器的能耗，那么首先應(yīng)該對(duì)其設(shè)計(jì)內(nèi)容作出合理化的更改，采取低功耗的工作模式，同時(shí)增加太陽能自供電模式，這樣可以提升延長(zhǎng)干電池本身的使用壽命，解決頻繁更換干電池的問題。

1 紅外無線報(bào)警器的能耗分析

紅外無線報(bào)警器，其檢測(cè)工作的原理主要是紅外熱釋電，像熱釋電類型的紅外傳感器，是探測(cè)是否存在入侵信號(hào)的人體感應(yīng)模塊，采用高靈敏的探頭，具有低能耗和可靠性較強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)光敏控制，并可以取得相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，是進(jìn)行報(bào)警器探頭的首選。在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，商用物聯(lián)網(wǎng)的安防系統(tǒng)，盡管有布防和撤防兩種工作模式，但是其主要是通過現(xiàn)場(chǎng)、或者是監(jiān)控中心來執(zhí)行控制切換內(nèi)容的，也就是表明，其終端的報(bào)警器并未進(jìn)行撤防，也就是說，當(dāng)安防系統(tǒng)撤防的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心和安防主機(jī)，將不會(huì)處理任何報(bào)警信號(hào)。但是紅外無線報(bào)警器不具備外部命令切換的工作模式，在不需要安防報(bào)警的時(shí)段，仍舊會(huì)上報(bào)各種警報(bào)事故，導(dǎo)致整個(gè)報(bào)警器一直處在報(bào)警狀態(tài)，提升了其能耗，減低了電池的使用壽命。

2 改進(jìn)紅外無線報(bào)警器低能耗的設(shè)計(jì)策略

2.1 增設(shè)紅外無線報(bào)警器的布防/撤防控制

在對(duì)紅外無線報(bào)警器裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以增加無線接收方面的功能，這樣其能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)主機(jī)所下達(dá)的一些命令進(jìn)行執(zhí)行，讓報(bào)警器在受控的狀態(tài)下切換工作模式。在報(bào)警系統(tǒng)撤防的時(shí)間段里，不會(huì)發(fā)生無效觸發(fā)的問題，這樣可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的能耗，相關(guān)工作人員應(yīng)該將這方面的內(nèi)容設(shè)定為降低能耗的主要設(shè)計(jì)思路。

一臺(tái)主機(jī)監(jiān)控具有數(shù)量較多的無線終端設(shè)備，報(bào)警器在接收串行數(shù)據(jù)的時(shí)候，并未直接進(jìn)入到單片機(jī)的Rxd端，而是在單片機(jī)與譯碼器的接口處完成數(shù)據(jù)的傳輸工作，輸出正脈沖和命令碼，并利用終端操作來喚醒單片機(jī)讀出命令碼的操作程序，這樣在提升通訊系統(tǒng)的可靠性時(shí)，也能夠避免在多機(jī)通訊狀態(tài)下發(fā)生無效喚醒的問題；當(dāng)然，在布防命令到達(dá)單片機(jī)的時(shí)候，程序接通開關(guān)后能夠?yàn)榧t外傳感器進(jìn)行供電，使報(bào)警器進(jìn)入布防狀態(tài)，產(chǎn)生警報(bào)時(shí)，會(huì)喚醒單片機(jī)，執(zhí)行報(bào)警工作。在在撤防狀態(tài)下，開關(guān)會(huì)斷開，紅外傳感器也會(huì)斷電，這時(shí)不會(huì)觸發(fā)報(bào)警，降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

2.2 利用MCU的低能耗模式進(jìn)行設(shè)計(jì)

借助單片機(jī)中的掉電喚醒功能，可以對(duì)MCU進(jìn)行低能耗模式的設(shè)計(jì)工作，具體執(zhí)行步驟為：首先，要盡可能選擇合適的低能耗單片機(jī)；其次，是要利用中斷喚醒的方式來對(duì)報(bào)警器事件驅(qū)動(dòng)的軟件內(nèi)容進(jìn)行架構(gòu)，使單片機(jī)處在掉電的工作狀態(tài)下，這樣才能達(dá)到低能耗的設(shè)計(jì)目的。

在具體執(zhí)行過程中，可以選用具有20多個(gè)功能引腳的單片機(jī)，讓其利用在線的讀寫數(shù)據(jù)功能，來保存布防、撤防狀態(tài)，記錄電池的電壓狀況，同時(shí)利用8通道8位AD轉(zhuǎn)換器和掉電監(jiān)測(cè)電路，使其具備掉電的工作模式，借助中斷喚醒模式執(zhí)行工作，這樣在掉電之后，各個(gè)引腳電壓可以保持穩(wěn)態(tài)，并且將電流控制在0.1μA。

在軟件程序的設(shè)定上，可以分為主程序，以及中斷喚醒服務(wù)程序這兩方面的內(nèi)容，確保各個(gè)程序能夠在獨(dú)立的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)作。在工作上，主程序負(fù)責(zé)上電復(fù)位，對(duì)相應(yīng)的串口、外部中斷等進(jìn)行初始化處理，清楚相關(guān)標(biāo)志，確保報(bào)警器擁有撤防模式的初始化狀態(tài)，且無線接收模塊應(yīng)該處在接收狀態(tài)，電源模塊處在一個(gè)工作的狀態(tài)下；中斷喚醒服務(wù)程序主要有紅外觸發(fā)報(bào)警、無線接收和掉電監(jiān)測(cè)等中斷源，根據(jù)所接收到的命令，無線接收中斷執(zhí)行布防/撤防等工作，紅外觸發(fā)報(bào)警中斷主要對(duì)報(bào)警器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并向主機(jī)輸送有關(guān)的報(bào)警信息。在掉電的狀態(tài)下，中斷服務(wù)程序會(huì)對(duì)電池的電壓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并作出相應(yīng)的預(yù)警工作。

2.3 改進(jìn)電源模塊

對(duì)紅外無線報(bào)警器展開低能耗設(shè)計(jì)工作的目的，就是為了延長(zhǎng)干電池的使用壽命，為了達(dá)到這一目的，不妨增設(shè)太陽能的自供電模塊。在改進(jìn)設(shè)計(jì)內(nèi)容之后，可以采用雙電池兩級(jí)儲(chǔ)能雙回路的充電方案，在具體使用過程中，太陽能的自供電模塊，可以在光照環(huán)境下進(jìn)行持續(xù)的供電，提升電池的續(xù)電能力，達(dá)到報(bào)警器的低能耗設(shè)計(jì)目的。

太陽能電源主要由四塊面積為37mm×22mm的太陽能電池板，根據(jù)并聯(lián)結(jié)構(gòu)所組成的，當(dāng)然，由于自然光線具有一定的變化性，所以其整體的輸出電壓也會(huì)呈現(xiàn)為波動(dòng)型的狀態(tài)，為了對(duì)太陽能進(jìn)行充分的收集，整個(gè)系統(tǒng)的第一級(jí)儲(chǔ)能元件，可以采取無記憶、無需充電的超級(jí)電容鋰電池進(jìn)行工作；而第二級(jí)儲(chǔ)能元件，則要由4×1.2V的聚合物鋰電池構(gòu)成，借助鋰電池的管理芯片，可以執(zhí)行相應(yīng)的充電管理工作；而外部電源則通過VDD接口，來對(duì)整個(gè)供電模塊進(jìn)行充電。

針對(duì)這套系統(tǒng)中的兩級(jí)儲(chǔ)能元件，可以采取“一充一用”的管理措施。在正?；墓ぷ鳡顟B(tài)下，報(bào)警器由第二級(jí)儲(chǔ)能元件進(jìn)行供電。通過系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)诙?jí)儲(chǔ)能電壓過低時(shí)，則會(huì)喚醒單片機(jī)，啟動(dòng)充電回路對(duì)其進(jìn)行充電，在完成充電之后，會(huì)斷開充電開關(guān)，恢復(fù)到之前的工作狀態(tài)，這樣能夠避免兩級(jí)儲(chǔ)能元件處在同時(shí)充電的狀態(tài)下，不會(huì)令報(bào)警器發(fā)生癱瘓的情況。

3 結(jié)語

總而言之，要想使紅外無線報(bào)警器達(dá)到低能耗的效果，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況，結(jié)合報(bào)警器的具體組成結(jié)構(gòu)，合理改善其使用程序，提升紅外無線報(bào)警器的使用效果。

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