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一種基于超聲波與紅外線聯(lián)防布控的安防系統(tǒng)在科技飛速發(fā)展的今天,人們對(duì)生活品質(zhì)的追求不斷提高。近些年,各種高科技產(chǎn)品的出現(xiàn)給人們帶來(lái)了諸多方便。智能家居雖不是新興技術(shù),但由于國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、價(jià)格昂貴、售后較差等諸多因素的影響[1] ,使人們望而卻步,智能安防的實(shí)際利用率不高。本文提出的超聲波與紅外線聯(lián)合布控技術(shù)操作簡(jiǎn)單、使用方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低,有利于得到廣泛應(yīng)用。 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 傳感模塊分為超聲波傳感器和紅外線傳感器。單片機(jī)為主控芯片,通過(guò)程序向超聲波發(fā)射器發(fā)送信號(hào),當(dāng)接收到超聲波和紅外線傳感器的信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)輸出動(dòng)作,聲光報(bào)警采用現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警方式,遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給通信模塊,再由通信模塊連接安保辦公室ꎬ實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程施救。 2 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中采用單片機(jī)作為主控模塊,它具有低電壓、高性能等優(yōu)點(diǎn),并配有獨(dú)立復(fù)位按鍵,使用方便靈活.超聲波傳感器的測(cè)距信號(hào)與紅外線傳感器的定位信號(hào)分別經(jīng)I / O 口輸入,根據(jù)軟件算法驅(qū)動(dòng)輸出端聲光報(bào)警、LED 顯示與無(wú)線報(bào)警。本設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)置燈光閃爍顏色及報(bào)警提示聲音的不同區(qū)分障礙物的距離和方位。 2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示:包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路.復(fù)位電路是在10 μF的電解電容C3上并聯(lián)一個(gè)按鍵開關(guān)S1,當(dāng)按下此開關(guān)時(shí)對(duì)電容放電RST被拉到高電平,在電容充電時(shí),高電平保持ꎬ使單片機(jī)完成復(fù)位。單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘是靠晶振電路提供的,此次設(shè)計(jì)時(shí)鐘信號(hào)頻率選用12 kHz諧振電容C1、C2選用30pF 的瓷片電容用來(lái)過(guò)濾掉晶振部分的高頻信號(hào),使晶振工作更加穩(wěn)定[2]。 圖 2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 2.2 超聲波傳感器 超聲波測(cè)距技術(shù)原理簡(jiǎn)單,測(cè)距方便,但由于超聲波的發(fā)散嚴(yán)重,在較遠(yuǎn)距離測(cè)量時(shí)誤差較大,所以不適宜定位。本設(shè)計(jì)選用HC-SR04超聲波模塊,其性能穩(wěn)定,測(cè)距準(zhǔn)確,可用于300cm 以內(nèi)的測(cè)距. 超聲波傳感器工作原理如圖 3 所示:由單片機(jī)控制電路發(fā)出40 kHz頻率的脈沖(同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)電路開始定時(shí))作用到超聲波發(fā)送端探頭,在探頭上會(huì)發(fā)生逆壓電效應(yīng),從而產(chǎn)生共振,形成機(jī)械振動(dòng)波,即為需要發(fā)送的超聲波,此超聲波遇到障礙物時(shí)被反射回來(lái),被超聲波接收端探頭接收到,再經(jīng)壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),接收電路將信號(hào)多級(jí)放大、檢波、整形后作用到單片機(jī)微控制器,此時(shí)定時(shí)器停止計(jì)時(shí)。根據(jù)公式 L = 1 / 2vt,計(jì)算出所測(cè)距離L.v為340m / s的聲速,t為從第一次發(fā)射脈沖到接收到回波所用時(shí)間。 圖 3 超聲波傳感器工作原理 2.3 紅外線傳感器 當(dāng)有人通過(guò)時(shí),人體會(huì)發(fā)射出波長(zhǎng)為10 μm左右的紅外線,傳感器需要準(zhǔn)確地檢測(cè)出這種紅外線,同時(shí)排除其他波長(zhǎng)段的紅外線干擾,則需要在其前端安裝一個(gè)濾光片,只允許10 μm 左右波長(zhǎng)的光通過(guò),其他波段信號(hào)被濾掉.檢測(cè)到人體紅外線后,熱釋電效應(yīng)將在兩個(gè)熱釋電元上發(fā)生,由于熱釋電元的極化方向相反,接收到不同熱量時(shí),將產(chǎn)生不同的電荷量,從而形成熱釋電電流.此電流經(jīng)過(guò)一個(gè)高內(nèi)阻的場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器構(gòu)成的前置放大器,通過(guò)阻抗變換,將熱釋電探測(cè)元微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為有用的電壓信號(hào)輸出,為了防止損壞場(chǎng)效應(yīng)管,在柵極與探測(cè)元件之間并聯(lián)了高阻值的門電阻。最后把電壓信號(hào)輸入給單片機(jī)處理.當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí),兩個(gè)熱釋電元上將產(chǎn)生相等的電荷量,能夠互相抵消,對(duì)外沒(méi)有電信號(hào)輸出。 3 系統(tǒng)工作流程 4 測(cè)試 為了驗(yàn)證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與精度,并與單一紅外傳感器系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比,測(cè)試設(shè)置了實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組兩組實(shí)驗(yàn)ꎬ分五組進(jìn)行[5] .測(cè)試在室內(nèi)開闊的區(qū)域進(jìn)行,預(yù)設(shè)系統(tǒng)報(bào)警區(qū)間為50 ~ 3 000 mm,測(cè)試時(shí)間為每天8:00 ~ 18:00.其中入侵人員與報(bào)警器的實(shí)際距離是通過(guò)卷尺測(cè)量的.結(jié)果如表 1 所示. 表 1 測(cè)試結(jié)果 經(jīng)過(guò)比對(duì)測(cè)試結(jié)果ꎬ,實(shí)驗(yàn)組的測(cè)量誤差與漏報(bào)次數(shù)明顯小于對(duì)照組,誤報(bào)次數(shù)略多于對(duì)照組。分析其原因在于所設(shè)計(jì)系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)多地考慮與人體相似的干擾源影響,所以存在誤報(bào)情況,后期應(yīng)配合圖像傳感進(jìn)一步減小誤報(bào)情況。 5 結(jié)語(yǔ) 此系統(tǒng)結(jié)合超聲波與紅外線傳感器各自在近距離探測(cè)方面的優(yōu)點(diǎn),加之單片機(jī)控制器的特點(diǎn),所設(shè)計(jì)的這款安防布控系統(tǒng)改進(jìn)了傳統(tǒng)智能安防系統(tǒng)系統(tǒng)龐大、實(shí)用性不強(qiáng)的缺點(diǎn),從根本上解決了人們對(duì)安防產(chǎn)品的選擇困難,能夠滿足人們對(duì)簡(jiǎn)約時(shí)尚智能安防的需求. 參考文獻(xiàn) |