红外传感器数据采集防盗报警器系统设计

罗 乐

LUO Le

（成都工业学院 通信工程系，成都 611730）

0 引言

科学技术的不断进步使得人们生活水平的日益提高，加上短时间内难以消除的贫富差距，使得人们对于自己的财产和生命安全也提出了更多的要求，为了保证自身周围环境的安全性，人们生活的小区或者村落都安装起了现代化的智能报警系统，来保证人们自身的安全。现在在我们国家比较时兴的各类报警系统都是以红外、超声波及微波等进行信号的发送和接受基础的保安报警器，而这些报警系统都无一例外的使用到了由美国最先开始研发的传感元器件，一种被称为被动式的报警器，专用名词为热释电红外传感器，这种技术的优势在于可以通过非接触方式进行鉴别，包括各种有生命的动物或者无生命的物体，在很多领域中都可以得到应用，最突出的领域就是防盗报警系统。

虽然传统意义上的热释电红外传感器组成的报警系统由于其低廉的制作成本，简便的安装过程在很多的地方都得到了广泛的应用，但是在实际过程中，也存在着防盗性能减弱，抗干扰的能力差等一系列的问题，使得最后的报警系统不具有高可靠性的安全性，同时伴随着人们对于财产和生命等保护意识的加强，这种防盗的措施已经远远不能满足现今的报警系统要求，针对这个情况，本文加入了单片机系统，使进入红外传感器的信号在进入之前就通过单片机进行了处理，同时与计算机进行了通信，就可以保证进入红外系统中更加能确保辨认入侵的物种，保证了这种防盗系统的准确性，且可以方便用户进行远程的统一管理和操作，有足够的时间进行处理，不容易被盗贼所发现。

1 红外防盗报警器原理

在80年代左右，热释电红外线传感器被发展起来，主要用于高灵敏探测仪中，因为它能够自动地检测出从人体中散发出来的红外线，然后就根据探测出来的东西来自发地发射出电信信号，组成了现在众多在使用中的防入侵式报警器，这是一种被动式的自动调整器件，且主要的运作方式也是一种非接触式的途径，通过这种将红外线的能量转化成电压信号或者将其电压进行再加工地放大处理就组成如图1所示的典型控制电路。

图1 热释电红外传感器的内部电路框图

科学的数据显示一个正常人体的红外辐射的中心波长为9!10um之间，而一个标准的探测元件的波长一般为0.2!20um之间，范围相对比较广，那么会容易使得灵敏度降低，故在组成系统的时候可以在顶端开一个窗口，加上滤光镜片，就可以把波长范围缩小到7!10um之间，其他的波长被这个镜片吸收，就保证了稳定性和针对性，一旦发现有同人体类似的波长在这个区域内出现，就可以通过镜片将部分辐射进行聚焦，然后通过热释电元将其接收，由于两处的电元吸收的热量不同，就能产生不同的电压信号，最后将其输出。

从上述的原理阐述来看，红外报警系统能够在一定程度上保证人们自身财产，在发现威胁时可以进行排除和报警，但是它的环境也存在着或多或少的影响，从而导致最终报警系统不可靠，像是环境中必然会有各种热源、光源干扰，使得接收的发射波长的长短不一致，又或者人体的红外辐射容易被遮挡，使得被动红外不能进行穿透，那么探头就不会接收，同时由于探测器一般都会选择安装在使用高度相对高的环境中，就会忽略一些地面上的生物，伴随着现今科技产物的不断增多，任何电磁波都能干扰其性能，环境因素不免造成探测和灵敏度降低和短时失灵等现象。

2 基于改进的红外防盗报警器

为了满足现今的报警系统新要求，本文加入了单片机系统进行了改进，在硬件上构成了由单片机组成的控制电路系统，也是核心的系统，同时辅助的还有红外探头电路、驱动执行报警电路和LED控制电路等部分电路，在本文中采用的是51系列单片机AT89C51，其主要的结构框图如图2所示。

图2 总体设计框图

从图2可以看出，这个系统的流程如下：先通过热释电红外传感器进行数字采集，也就是在监测点上，设置红外探头，收集人体辐射的红外光谱，将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，然后通过单片机控制电路根据已有的数据库、功能设定和识别判决等环节来进行处理和分析，根据最终得出的信号输出到LED控制电路或者相关的控制管理软件，从而来达到报警的功能，实时发出入侵报警状态控制信号。在这个过程中要重点阐述一下设计的中心单元，也就是单片机，单片机应用系统由硬件和软件组成，硬件分别包括单片机、输入/输出设备以及外围应用电路等，软件是对各种工作程序的总称描述，在系统软件控制下处理器采用51系列单片机AT89C51对信息进行处理和分析，然后再转给个下一个工作系统，这个驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作，当然在这个过程中还要通过单片机使得报警延时一段时间后能够自行解除报警，恢复电路，使之复位。同时根据上述工作原理和硬件结构组成成分进行分析得出如图3所示的系统主程序工作流程图。

图3 软件流程图

根据上述的原理和特征，本文搭建了实验平台，假定存在一个相同的入侵信号，通过与传统的红外防盗报警器对这个闯入监控区的物体进行检测来比较两者的性能特征，同时根据图3的流程图编写仿真程序进行仿真，可以看到经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，再接收到红外传感器带来的低电平信号，可使试验中的灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。报警持续10秒钟后自动停止报警,绿灯亮起，然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。而传统红外防盗报警器具有一定的延时，且多次试验中，有几次未能回到最初的工作状态，系统不是非常的稳定。同时我们也随即搭建了三组相同的干扰环境，提取其探测出干扰的时间和准确度的合计，从而得出了如表1所示的实验结果，从结果中不难看出，无论从哪个方面，改进型的红外报警装置都要比传统的红外报警装置效果要来的理想多，能适应环境情况不理想的状态。

表1 实验结果

3 结论

上述的试验数据证实了本文研究的成果其改进型的红外智能防盗报警器，通过加入AT89C51单片机作为工作核心处理器，将一种以被动形式的热释电红传感器转化成为一种新颖的主动式红外探测器，这种经单片机内部软件编程处理后来进行的输出装置操作简单、灵活易懂，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰，保证了误报率的低标准，而且更加地智能化，充分地符合现代化人们对于安全的追求，本次的研究对今后报警器的应用有着一定的科学依据，能够适用于更高地领域。

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