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一種基于超聲波與紅外線聯防布控的安防系統在科技飛速發展的今天,人們對生活品質的追求不斷提高。近些年，各種高科技產品的出現給人們帶來了諸多方便。智能家居雖不是新興技術，但由于國內行業標準不統一、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合布控技術操作簡單、使用方便、運行可靠、價格低，有利于得到廣泛應用。 １ 系統總體設計
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射器發送信號，當接收到超聲波和紅外線傳感器的信號時，驅動輸出動作，聲光報警采用現場報警方式，遠程無線報警由單片機發送信號給通信模塊，再由通信模塊連接安保辦公室ꎬ實現遠程施救。 ２ 硬件設計 系統中采用單片機作為主控模塊，它具有低電壓、高性能等優點，并配有獨立復位按鍵，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Ｉ / Ｏ 口輸入，根據軟件算法驅動輸出端聲光報警、ＬＥＤ 顯示與無線報警。本設計通過設置燈光閃爍顏色及報警提示聲音的不同區分障礙物的距離和方位。 ２.１ 單片機最小系統 單片機最小系統如圖２所示：包括單片機、晶振電路、復位電路.復位電路是在１０ μＦ的電解電容Ｃ３上并聯一個按鍵開關Ｓ１，當按下此開關時對電容放電ＲＳＴ被拉到高電平，在電容充電時，高電平保持ꎬ使單片機完成復位。單片機內部時鐘是靠晶振電路提供的，此次設計時鐘信號頻率選用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，使晶振工作更加穩定[２]。
圖 ２ 單片機最小系統 ２.２ 超聲波傳感器 超聲波測距技術原理簡單，測距方便，但由于超聲波的發散嚴重，在較遠距離測量時誤差較大，所以不適宜定位。本設計選用ＨＣ－ＳＲ０４超聲波模塊，其性能穩定，測距準確，可用于３００ｃｍ 以內的測距. 超聲波傳感器工作原理如圖 ３ 所示：由單片機控制電路發出４０ ｋＨｚ頻率的脈沖(同時啟動計數電路開始定時)作用到超聲波發送端探頭，在探頭上會發生逆壓電效應，從而產生共振，形成機械振動波，即為需要發送的超聲波，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，再經壓電效應轉換為電信號，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。根據公式 Ｌ ＝ １ / ２ｖｔ，計算出所測距離Ｌ.ｖ為３４０ｍ / ｓ的聲速，ｔ為從第一次發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 當有人通過時，人體會發射出波長為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，熱釋電效應將在兩個熱釋電元上發生，由于熱釋電元的極化方向相反，接收到不同熱量時，將產生不同的電荷量，從而形成熱釋電電流.此電流經過一個高內阻的場效應管源極跟隨器構成的前置放大器，通過阻抗變換，將熱釋電探測元微弱的電流信號轉換為有用的電壓信號輸出，為了防止損壞場效應管，在柵極與探測元件之間并聯了高阻值的門電阻。最后把電壓信號輸入給單片機處理.當外界環境變化時，兩個熱釋電元上將產生相等的電荷量，能夠互相抵消，對外沒有電信號輸出。 ３ 系統工作流程 ４ 測試 為了驗證該系統的準確度與精度，并與單一紅外傳感器系統進行對比，測試設置了實驗組和對照組兩組實驗ꎬ分五組進行[５] .測試在室內開闊的區域進行，預設系統報警區間為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.結果如表 １ 所示.
表 １ 測試結果 經過比對測試結果ꎬ，實驗組的測量誤差與漏報次數明顯小于對照組，誤報次數略多于對照組。分析其原因在于所設計系統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，后期應配合圖像傳感進一步減小誤報情況。 ５ 結語 此系統結合超聲波與紅外線傳感器各自在近距離探測方面的優點，加之單片機控制器的特點，所設計的這款安防布控系統改進了傳統智能安防系統系統龐大、實用性不強的缺點，從根本上解決了人們對安防產品的選擇困難，能夠滿足人們對簡約時尚智能安防的需求. 參考文獻 |
