提出了一種基于超聲波測距技術(shù)和紅外線探測技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的實際安防系統(tǒng)。設(shè)計了單片機主控模塊、超聲波、紅外線傳感器模塊工作電路及軟件流程，能夠?qū)崿F(xiàn)精確定位的目的。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高，具有較強的實用性和擴展性。

      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)標準不統(tǒng)一、價格昂貴、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、運行可靠、價格低，有利于得到廣泛應(yīng)用。

１ 系統(tǒng)總體設(shè)計
      系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖，可分為單片機主控模塊、傳感模塊、輸出驅(qū)動模塊。

圖 １ 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

      傳感模塊分為超聲波傳感器和紅外線傳感器。單片機為主控芯片，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，驅(qū)動輸出動作，聲光報警采用現(xiàn)場報警方式，遠程無線報警由單片機發(fā)送信號給通信模塊，再由通信模塊連接安保辦公室，實現(xiàn)遠程施救。

２ 硬件設(shè)計

      系統(tǒng)中采用單片機ＳＴＣ８９Ｃ５２作為主控模塊，它具有低電壓、高性能等優(yōu)點，并配有獨立復(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)動輸出端聲光報警、ＬＥＤ 顯示與無線報警。本設(shè)計通過設(shè)置燈光閃爍顏色及報警提示聲音的不同區(qū)分障礙物的距離和方位。

２.１ 單片機最小系統(tǒng)

      單片機最小系統(tǒng)如圖２所示：包括單片機、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)時對電容放電，ＲＳＴ 被拉到高電平，在電容充電時，高電平保持，使單片機完成復(fù)位。單片機內(nèi)部時鐘是靠晶振電路提供的，此次設(shè)計時鐘信號頻率選用１２ ｋＨｚ，諧振電容 Ｃ１、Ｃ２ 選用３０ ｐＦ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)散嚴重，在較遠距離測量時誤差較大，所以不適宜定位。本設(shè)計選用ＨＣ－ＳＲ０４超聲波模塊，其性能穩(wěn)定，測距準確，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：由單片機控制電路發(fā)出４０ｋＨｚ頻率的脈沖(同時啟動計數(shù)電路開始定時)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微控制器，此時定時器停止計時.根據(jù)公式 Ｌ ＝ １ / ２ｖｔ計算出所測距離Ｌｖ 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間。

圖 ３ 超聲波傳感器工作原理

２.３ 紅外線傳感器

      熱釋電人體紅外傳感器選用ＳＤ０２，其探測原理如圖 ４ 所示[３]。

      當(dāng)有人通過時，人體會發(fā)射出波長為 １０ μｍ 左右的紅外線，傳感器需要準確地檢測出這種紅外線，同時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，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ꎬ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。圖 ４ 中，為了防止損壞場效應(yīng)管ꎬ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處理。當(dāng)外界環(huán)境變化時，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
      使用之前先將傳感模塊各參數(shù)復(fù)位，此時系統(tǒng)進入布控狀態(tài)。當(dāng)有人進入安防區(qū)域時，紅外線傳感器將檢測到的信息傳入單片機，單片機向超聲波發(fā)射探頭發(fā)送脈沖信號，計時開始，接收到由障礙物反射回來的超聲波后計時停止，單片機經(jīng)過延時、數(shù)據(jù)處理ꎬ驅(qū)動輸出。

４ 測試
      為了驗證該系統(tǒng)的準確度與精度，并與單一紅外傳感器系統(tǒng)進行對比，測試設(shè)置了實驗組和對照組兩組實驗，分五組進行[５] 。測試在室內(nèi)開闊的區(qū)域進行，預(yù)設(shè)系統(tǒng)報警區(qū)間為５０ ~ ３ ０００ ｍｍ，測試時間為每天８:００ ~ １８:００。其中入侵人員與報警器的實際距離是通過卷尺測量的.結(jié)果如表 １ 所示。

經(jīng)過比對測試結(jié)果，實驗組的測量誤差與漏報次數(shù)明顯小于對照組，誤報次數(shù)略多于對照組。.分析其原因在于所設(shè)計系統(tǒng)沒有過多地考慮與人體相似的干擾源影響，所以存在誤報情況，后期應(yīng)配合圖像傳感進一步減小誤報情況。

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，加之單片機控制器的特點，所設(shè)計的這款安防布控系統(tǒng)改進了傳統(tǒng)智能安防系統(tǒng)系統(tǒng)龐大、實用性不強的缺點，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尚智能安防的需求。

參考文獻：

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