基于热释电传感器的图像采集语音报警系统

陈文豪，胡景振，刘培植

(北京邮电大学信息与通信工程学院，北京100876)

1 热释电传感器电路

热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。本装置采用德国生产的LHI778热释电红外传感器，工作时D端接电源正极，G端接电源公共地，S端为信号输出端。同时在窗口上采用菲涅尔透镜使有效距离和传感器的灵敏度大大增加。整个探测电路由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大及报警电路等几部分组成，信号放大电路由两级放大分别构成。采用LM324对LHI778微弱的信号进行放大，最初采得信号为0.1mv，经过第一级27倍放大，第二级150倍放大，再通过一级电压比较器，输出电平信号，这样就完成了传感器信号电路的设计。当传感器信号超过比较电压时，将输出3V电平;反之则输出0V低电平。

2 OV6620CMOS图像传感器与C3088摄像头模块的分析

OV6620CMOS图像采集芯片采集图像的像素为352×288点阵。最高帧率60帧每秒。所有的附加控制功能可以通过I2C编程实现，输出图像为8bit或16bit数字信号。由于芯片各项功能实现方式统一，所以使用了附带此芯片的C3088彩色摄像头模块。C3088是一款优秀的数字彩色摄像头输出模组，因数字接口简单，加上芯片CMOS传感技术的支持，使得此款模组性价比极高。在这里采集灰度数据使之显示灰度图像，数据流用Y0－Y7采集。

3 AVRⓇATmega16L单片机

ATmega16L单片机是一款性价比颇高的单片机，由于此单片机支持I2C编程，支持串口USART，也支持中断，所以和C3088摄像头模组是很匹配的，加上两者供电都是+5V，而AVR单片机工作频率最高可达到16MHz，这使此单片机处理图像成为可能，采用低功耗的ATmega16L单片机还可以有效的在较低工作电压(3.3V)运行。经过综合考虑选择了这款单片机。它的主要任务是当收到热释电传感器的触发信号时命令C3088模组采集图像，然后通过串口将一幅图像发送到外部设备。由于C3088模组的工作频率很高，可以通过两种方式采集到一幅完整的图像:①由于C3088支持I2C编程，可以通过修改其寄存器的地址而使摄像头的扫描频率降低到单片机可以采集到每一点图像的频率;②采用高速FIFO缓存芯片，当采集到一幅图像以后，将图像锁定在缓存芯片内，AVR单片机再缓慢读出。两种方法，框图如图1所示。

图1 单独使用单片机采集一幅图像

图1 说明:当LHI778触发时，将向ATmega16L单片机输出高电平信号，此信号被单片机识别以后，单片机会启动I2C程序将C3088模块的工作频率降低，然后开始采集图像。

图2说明:当LHI778触发时，将向ATmega16L单片机输出高电平信号，此信号被单片机识别以后，单片机初始化FIFO芯片，使之采集C3088送回的图像。当采集完一幅图像以后单片机再通过发出读时钟来读出FIFO芯片内的图像数据。

图2 使用FIFO芯片和单片机配合采集一幅图像

实验证明两种方法都可以实现，相比之下第一种方法成本更低，但编程较为复杂，采集一幅图像所需时间比较长，大约在60秒左右，由于曝光时间过长，将无法采集到动态物体的细节图像。而第二种方法可以瞬间采集到一幅图像，然后慢速读出，可以优秀地还原动态物体的细节图像，但是高速FIFO芯片的成本较高，不适合于大规模应用。如果采用第二种方法，可以使用AVERLOGIC公司生产的AL422B或者AL4v8m440芯片。两者工作电压都为5V，芯片使用方便。相比起来前者价格低廉，但是存储空间有限，并且对读时钟信号有严格的限制，因此过低的读时钟信号将导致无法获得正确的图像数据。而后者存储空间为8Mbits可以一次性存储大于50张的图像(一幅图像大约84k左右)，对读时钟信号也没有限制，但是价格较高。如图3和图4所示。

4 无线发送端与接收模块

无线模块的主要功能:当单片机收到LHI778热释电传感器的触发信号以后，在采集图像的同时向无线模块的发射端传送高电平，接收端通过解码以后触发APR9600语音芯片进行语音报警，同时触发加密锁对室内门进行加锁，防止财产损失。无线模块的接收端由接收器、APR9600语音芯片、功放芯片以及AVRⓇAttiny26L单片机构成。工作框图如图5所示。

图5 无线模块工作框图

Attiny26L单片机主要控制APR9600芯片的录音和播放，同时它也控制密码锁的解锁和加锁。性能优越，价格低廉，是无线接收模块理想的选择。APR9600芯片采用串行控制，禁用分段，以免播放时产生混乱。

5 实验结果

根据以上的设计思路搭建了一个图像采集语音报警系统，进行报警实验，采集系统可以实现实时采集，且所采集图像的图像清晰，准确率较高，报警系统正常工作，基本满足设计要求。

［1］海涛.ATmega系列单片机原理及应用－C语言教程［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［2］佟长福.AVR单片机GCC程序设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2006.

［3］AverLogic Technologies，Inc..AL422 Data Sheets［Z］.RevisionV1.01 ［2009］.http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/buzzard/mve/HWSpecs－1/Documentation/AL422B_Data_Sheets.pdf.

［4］OMNIVISION Technologies.OV6620 SINGLE － CHIP CMOS VGA B＆W COLOR DIGITAL AMERA［Z］.RevisionV1.11 ［1999］.http://www.datasheet.in/datasheet－ html/O/V/6/OV6120_ETC.pdf.html.

［5］AverLogic Technologies，Inc..AL4V8M440 Data Sheets［Z］.RevisionV1.0 ［2009］.http://www.semiconductorstore.com/pdf/AL4V8M440 － A －20 － .pdf.

［6］Comedia Corporation.C3088 Data Sheets［Z］.［2004］.http://www.alldatasheet.com/datasheet － pdf/pdf/105280/ETC/C3088.html.