一种新型红外探测监控系统

陕西国防工业职业技术学院电子工程学院　张红月

1.引言

各类盗窃犯罪是常见的犯罪形式之一，以非法占有为目的，特别是在农村以及城乡结合部等人口过多的区域，通常商铺、仓库等都是主要目标。为了预防盗窃发生，一般采取安装摄像头、安排专门人员值守、请专业安防公司等等，这些措施成本较高、效果不是很理想。本文提出一种新的红外探测监控系统，在无人情况下可以开启，当有人闯入后会及时通过GSM模块向管理人员发出预警，并通过发出声响进行警告，直到管理人员赶到或者闯入者离去方可解除警报，具有低成本、高可靠性、不间断监控等特点。

2.系统硬件设计

2.1　系统硬件框图

系统在无人的情况下正常开启，红外探测模块开始工作，当有人闯入时会触发红外探测模块[1]，红外探测模块将信号发送给单片机系统，单片机对信号进行简单处理，一方面开启声光警告模块对闯入者进行驱离，另一方面单片机通过GSM模块[2]与管理人员通信，发送告警信息，直到闯入者离去或管理人员到达方可解除警报。系统框图如图1所示。

2.2　主控芯片选择

系统主控芯片选择AT89S52，该芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在线系统可编程存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，在单芯片上拥有巧妙的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式应用系统提供灵活有效的解决方案。主要性能：与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、全静态操作：三级加密程序存储器、32个可编程I/O口、全双工UART串行通道。

图1　红外探测监控系统框图

2.3　红外探测模块设计

红外探测模块由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器和电源模块电路等组成。红外线探测传感器[3]U1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由U1的2脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器U2A中进行高增益、低噪声放大，此时由U2A的1脚输出的信号已足够强。U2B作电压比较器，它的第5脚由R10、VD1提供基准电压，当U2A的1脚输出的信号电压到达U2B的6脚时，两个输入端的电压进行比较，此时 U2B的7脚由原来的高电平变为低电平，通过端JC输入单片机，单片机启动声光告警，通过GSM模块向管理人员发送报警信息。

人体的红外线信号消失后，U2B的7脚又恢复高电平输出，JC端向单片机输出信号，单片机停止告警动作。系统的电源通过常见5V变压器为单片机供电，采用CS5171芯片转换为+6V为红外探测模块供电。红外探测模块及电源模块原理图如图2所示。

U1采用进口器件Q74，波长为9－10um。U2采用运放LM358，具有高增益、低功耗。其中 C2、 C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。R12是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。

图2　红外探测模块及电源模块原理图

2.4　GSM模块选择

GSM模块选择SIMCOM公司的工业级芯片SIM800,该芯片工作频率为GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输，同时通过支持蓝牙和EmbeddedAT等高级特性，能适用于各种紧凑型产品设计需求，可以为客户节省成本和快速开发带来更多便利，SIM800芯片可以运用到短信监控二氧化氮、短信监控烟雾报警器、无线终端（短信猫）、工业监测与控制（温湿度、二氧化碳）、远程抄表系统、智能家居控制系统等控制平台。该芯片支持单片机连接，T_RX接单片机UART_RX管脚，T_TX接单片机UART_TX管脚，GND接单片机GND，V_MCU连接单片机板子的电压5v ，该引脚是单片机板子的电压引脚对 GSM 模块的TTL逻辑电平的调整，并不能作为GSM 模块的供电来使用。该模块需要办理安装移动运行商SIM卡，方可支持正常的短信报警发送业务。

3.系统软件设计

系统的工作流程是：当系统开启后，红外探测模块开始工作，有人员闯入系统监测范围，红外探测模块将信号变化发送给单片机，单片机会启动声光告警模块，通过巨大的声响和闪烁的灯光对非法闯入者进行震慑，驱离闯入者，若闯入者离开则，声光告警模块停止告警动作，同时单片机会向GSM模块发送指令，GSM模块通过移动运营商的移动网络向管理人员的手机终端发送短信息进行报警，告知管理人员及时采取措施，防止盗窃的发生。

在U1传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。安装无误，接上电源进行调试，让一个人在探测器前方7－10m处走动，调整电路中的R12，使监测系统正常工作即可。系统开启后需要设定几分钟的延迟时间，确保管理人员有时间离开后在开启系统。

4.结论

本文设计的红外探测监控系统通过单片机控制和GSM模块的报警，可以实现无人值守进行监控，相比专业安防公司，该系统具有一次性低成本投入，兼具较高的可靠性、无间断的监测、告警及时等特点，同时对可根据需要对系统的声音告警信息进行设置，若配合视频监控系统可实现远距离预警及视频监控，具有一定的扩展性。该红外探测监控系统设计合理且具备一定的实用价值。

[1]叶冬,李杰.多路红外线防盗监测系统设计[J].信息通信,2016(1):139-141.

[2]齐海东等.基于GSM的远程控制系统[J].白城师范学院学报,2012,31(5):12-15.

[3]杨林.红外探测技术的发展研究[J].工业设计,2016(5):188-189.