在科技飛速發(fā)展的今天,人們對生活品質(zhì)的追求不斷提高。近些年，各種高科技產(chǎn)品的出現(xiàn)給人們帶來了諸多方便。智能家居雖不是新興技術(shù)，但由于國內(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)
系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖 １， 所示，可分為單片機(jī)主控模塊、傳感模塊、輸出驅(qū)動模塊。

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，通過程序向超聲波發(fā)射器發(fā)送信號，當(dāng)接收到超聲波和紅外線傳感器的信號時(shí)，驅(qū)動輸出動作，聲光報(bào)警采用現(xiàn)場報(bào)警方式，遠(yuǎn)程無線報(bào)警由單片機(jī)發(fā)送信號給通信模塊，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.超聲波傳感器的測距信號與紅外線傳感器的定位信號分別經(jīng)Ｉ / Ｏ 口輸入，根據(jù)軟件算法驅(qū)動輸出端聲光報(bào)警、ＬＥＤ 顯示與無線報(bào)警。本設(shè)計(jì)通過設(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)一個按鍵開關(guān)Ｓ１，當(dāng)按下此開關(guān)時(shí)對電容放電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)鐘信號頻率選用１２ ｋＨｚ諧振電容Ｃ１、Ｃ２選用３０ｐＦ 的瓷片電容用來過濾掉晶振部分的高頻信號，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

超聲波測距技術(shù)原理簡單，測距方便，但由于超聲波的發(fā)散嚴(yán)重，在較遠(yuǎn)距離測量時(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，測距準(zhǔn)確，可用于３００ｃｍ 以內(nèi)的測距.

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，在探頭上會發(fā)生逆壓電效應(yīng)，從而產(chǎn)生共振，形成機(jī)械振動波，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，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，接收電路將信號多級放大、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)有人通過時(shí)，人體會發(fā)射出波長為１０ μｍ左右的紅外線，傳感器需要準(zhǔn)確地檢測出這種紅外線，同時(shí)排除其他波長段的紅外線干擾，則需要在其前端安裝一個濾光片，只允許１０ μｍ 左右波長的光通過，其他波段信號被濾掉.檢測到人體紅外線后，熱釋電效應(yīng)將在兩個熱釋電元上發(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)過一個高內(nèi)阻的場效應(yīng)管源極跟隨器構(gòu)成的前置放大器，通過阻抗變換，將熱釋電探測元微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為有用的電壓信號輸出，為了防止損壞場效應(yīng)管，在柵極與探測元件之間并聯(lián)了高阻值的門電阻。最后把電壓信號輸入給單片機(jī)處理.當(dāng)外界環(huán)境變化時(shí)，兩個熱釋電元上將產(chǎn)生相等的電荷量，能夠互相抵消，對外沒有電信號輸出。

３ 系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)工作流程圖如圖 ，使用之前先將傳感模塊各參數(shù)復(fù)位，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入布控狀態(tài)。當(dāng)有人進(jìn)入安防區(qū)域時(shí)，紅外線傳感器將檢測到的信息傳入單片機(jī)，單片機(jī)向超聲波發(fā)射探頭發(fā)送脈沖信號，計(jì)時(shí)開始，接收到由障礙物反射回來的超聲波后計(jì)時(shí)停止，單片機(jī)經(jīng)過延時(shí)、數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動輸出.

４ 測試

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)行對比，測試設(shè)置了實(shí)驗(yàn)組和對照組兩組實(shí)驗(yàn)ꎬ分五組進(jìn)行[５] .測試在室內(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)際距離是通過卷尺測量的.結(jié)果如表 １ 所示.

表 １ 測試結(jié)果

經(jīng)過比對測試結(jié)果ꎬ，實(shí)驗(yàn)組的測量誤差與漏報(bào)次數(shù)明顯小于對照組，誤報(bào)次數(shù)略多于對照組。分析其原因在于所設(shè)計(jì)系統(tǒng)沒有過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

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安防產(chǎn)品的選擇困難，能夠滿足人們對簡約時(shí)尚智能安防的需求.

參考文獻(xiàn)
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