基于红外传感器的分布式报警系统设计

巢琥++孔溢文++罗凯

摘要：本文设计了基于热释电探测的分布式报警系统，布置在需要监控的不同位置，红外传感器能将入侵检测信号以无线的方式传送给接收系统，接收系统通过预设的编码组件直观地显示入侵的具体位置，并发出报警信号，该系统造价便宜、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠。

关键词：红外探测；无线监控；分布式

1 引言

近年来，随着仓库管理的安全形势日益严峻，仓库急需查找修复库区报警系统存在的漏洞，以增强仓库的安全防控能力[1]。目前，部分仓库库房安装的视频监控存在死角，产生了较大的安全隐患。本文设计的分布式红外报警系统主要用于弥补当前视频监控的不足，在应急情况下，也可以用于的露天物资安全监控。

2 系统总体结构设计

系统由现场监测装置、无线通信网络和接收系统组成，采用分布式控制结构，“集中监控，分散采集”的工业控制方式[2]。在库区各监控区域安装一个人体红外辐射触发传感器。该监测装置负责对各区域温度实时监测，对人体目标识别成功则自动发送报警信号到接收系统。接收系统收到报警信号，从而通过控制电路完成5V蜂鸣器报警和一个10WLED射灯发光，完成报警。信号传输路径如图1所示，系统总体结构如图2所示。

3 人体红外辐射触发传感器原理

人体红外辐射触发传感器主要应用了热释电效应。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器，它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成[3]。在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出阻抗极高，在传感器中就需要一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因为人体温度与环境温度有差别，就会存在ΔT，并产生ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以该传感器能够检测人体或者动物的活动传感。红外热偶传感器如图3所示。

由实验证明，传感器不加光学透镜（也称菲涅尔透镜），其检测距离小于2m，但加上光学透镜后，其检测距离可大于7m，其探测距离如图4所示。

4 分布式报警系统功能特点

分布式报警系统实现了精确捕捉，实时监控等功能，在仓库的安全防控上具有诸多独特的优点。

1.全自动感应：当有人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，并自动输出低电平。

2.光敏控制（可选）：人体红外辐射触发传感器采用模块化设计，模块预留有位置，可设置光敏控制，白天之时或光线较强时不感应。光敏控制为可选功能。

3.两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳線选择，默认为H。

A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。

B.可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点）。

4.具有感应封锁时间（默认设置：3-4秒）：感应模块在每一次感应输出后（高电平变为低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现感应输出时间和封锁时间两者的间隔工作，从而应用于间隔探测产品；同时此功能可以有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

5.工作电压范围宽：默认工作电压范围为3.5V至20V

6.应用于库区工作实用性较好：鉴于库区面积大，死角数量多的特点，分布式报警系统采用输出开关信号使蜂鸣器报警和大功率LED发光的方式，方便警卫人员查看报警位置。

5 分布式报警系统使用注意事项

1、仓库红外安防感应报警灯通电后有一分钟左右的初始化时间，在此时间模块会间隔地输出0-3次，一分钟后自动进入待机状态。

2、感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形。双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏；当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，不产生差值，因此在该方向上感应不灵敏或不工作。所以，在安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量保持平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。。

3、模块不接负载时能正常工作，接上负载后工作紊乱。一种原因是因为电源容量很小且负载耗电较大，负载工作时引起的电压波动导致模块误动作；另一种原因是负载通电工作时会产生干扰，例如继电器或者电磁铁等感性负载产生的反向电动势都会影响模块。解决的办法如下：A、电源部分加电感滤波。B、采用负载和模块使用不同电压的方法，例如：负载使用12V工作电压，模块使用3.5-5V工作电压，其间用三端稳压器隔离。C： 使用更大容量的电源。

4、人体感应模块只能在室内工作，并且工作环境应该避免阳光或者强烈灯光的直接照射。如果工作环境有强大的射频干扰，可以采用屏蔽措施。若遇有强烈气流干扰，则需要关闭门窗或阻止对流。感应区应该尽量避免正对着发热电器等热量较高物体以及容易被风吹动的杂物和衣物等物体。

5、如果要求人体感应模块的探测角度小于90度，可以采用不透明胶纸遮挡镜片或裁剪缩小镜片的方法来实现。

6、人体感应模块采用双元探头，人体的手脚和头部运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，而且红外模块的特性决定了无法精确控制感应距离。

6 结论

本文设计了基于红外传感器的分布式报警系统。系统由现场监测装置、无线通信网络和接收系统组成。所设计的系统能够实现仓库大范围、全天候的实时监控，能够达到高精度辨识人体、无线传输信号、快速反应报警等功能。所设计的系统现场安装方便，实用性较强。

参考文献：

[1]魏可刚，房祥龙，林楚乔，陈厚合.基于红外测温和无线传输技术的电力设备温度在线监测系统设计.东北电力大学学报，2015（12）：17—20.

[2]熊迹，李方敏.基于人体热释电特征多策略融合的识别方法术.仪器仪表学报，2015（05）：1054—1062.

[3]卢瑛，吴国忠.智能型高压电气设备温度监测预警系统[J].中国电力，2010，43（03）：55—58.