基于Atmel單片機的熱釋電紅外的安防系統設計

引言

隨著人們經濟收入的增加，如何有效的保障財產安全成為一個十分重要的問題。據統計，目前大多數家庭的安保措施還比較薄弱，即便是有物業管理的*園小區， 也不可避免的存在疏忽和漏洞，給犯罪分子以可乘之機；在有的中小型超市和商鋪，由于成本的原因，很多都沒有任何的防范措施，入室盜竊現象時有發生。為了保障人們的財產安全，就必須有成本低、易安裝、性能穩定的安保設備來實現。

本文將介紹一種利用熱釋電紅外傳感器作為探測源， 經過信號調理后送給CPU 處理，在異常情況下發出聲光報警信號，同時自動封鎖出口的安防設備。系統有“自動”、“商場”、“場館”和“家庭”四種工作模式供用戶選擇。

當有人進入房間時，傳感器就會檢測到人體輻射的紅外線信號， 經過調理電路的放大和整形， 送入C P U ,CPU 根據用戶的設定工作方式進行判斷，決定將啟動哪些電路。

2 系統設計

2.1 系統各模塊介紹

如圖1 所示， 系統核心控制部分是單片機， 外圍分別由信號檢測部分，手動設定部分（鍵盤）、時鐘計時部分、顯示和聲光報警部分，以及出口封鎖部分組成。

圖1 系統整體模塊圖

2.1.1 單片機

單片機作為控制系統中經常使用的一種CPU,具有價格低廉，編程簡單，運行穩定等特點，因而具有廣闊的市場空間。本設計使用AT89S52,它負責采集來自檢測單元的信號和從時鐘芯片讀取的時間，根據用戶設定的工作模式，進而啟動相應的聲光報警電路、出口封鎖電路、計數電路和語音播放電路，同時完成顯示模塊的輸出控制。

2.1.2 信號檢測部分

（1） 核心檢測器——熱釋電紅外傳感器據科學家研究，任何溫度高于絕對零度（-273℃）的物體， 總是不斷的向外界輻射紅外線，輻射能量的大小與物體的溫度和紅外輻射的波長有關， 且滿足λ m ×T= μm × K ≈ 3000。應用紅外線原理的探測器一般工作在2 ～2.6 μ m,3～5 μ m,8～14 μ m 三個波段。

目前，紅外探測越來越廣泛的應用于通訊、軍事、航天、醫療等科學領域。

本設計采用RE200B,工作電壓3-10V,主要檢測8～14 μ m 的紅外線信號，輸出1mV,0.1～10Hz（根據人體移動的速度而定）的微弱類正弦波信號。人體由于體溫的恒定性而輻射1 0 μ m 左右的紅外線，剛好在檢測波段的中部區域，因此靈敏度較高。其內部將兩個特征一致的熱電元反向串聯或接成差動平衡電路方式，可以抑制因自身溫度變化而產生的干擾。引入的N 溝道結型場效應管接成共漏形式來完成阻抗變換， 將電荷信號轉為電壓信號。如圖2 所示。在傳感器前加裝菲涅爾透鏡，當有人從透鏡前走過時，人體發出的紅外線就交替從“盲區”進入“高靈敏區”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，有效的增大了探測范圍。

圖2 RE200B 內部結構及菲涅爾透鏡示意圖

2） 帶通濾波器由于探測器輸出的有用信號集中在0.1～10Hz 范圍內， 因此， 需要設計濾波器截取該段頻率范圍內的脈沖信號， 濾除帶外噪聲，以降低系統的誤報率。本設計中，采用RC 低通濾波器和高通濾波器組成0.16～16Hz的一階帶通濾波器，電路設計如圖3。其中，R10 和C3 組成低通濾波器， C 1 和R 1 1 組成高通濾波器。根據公式12fpRC= 可得帶通濾波器的上下限頻率為fL=0.16Hz,fH=16Hz。

圖3 0.16～16Hz 帶通濾波器及差分放大電路

（3） 差分放大

雖然經過上述帶通濾波器可以抑制帶外噪聲，但傳感器輸出的脈沖信號只有1mV,在有用信號（差模信號）里還不可避免的會夾雜比有用信號大得多的共模信號干擾，將有用信號淹沒，若不把這些信號進一步剔除，直接放大后送給單片機判斷，則差模信號被放大的同時，共模干擾也被同步放大， 無法加以區分。因此，需要先通過差分電路抑制共模信號、放大差模信號，保證后續電路的正確檢測。系統采用價格低廉的LM324 組成，如圖3 虛線框所示。根據疊加定理不難得到， 當R 1= R 5 ,R 2=R 6 時， 差分放大器的輸出為：

上式中，Vo 只與輸入端的信號差值和R2/R1有關， 放大倍數取決于R2/R1的值，在本系統中，第一級放大20倍。