一种入侵探测装置的软硬件设计

作者：时间：2010-12-11 来源：网络收藏

　　其中,fo。为超声波发送信号的频率,θ0为其初相角,f1为接收到的超声波信号的频率,θ1为其初相角,U为其幅值。

　　由于多普勒效应,如果没有运动物体反射超声波,则,fo=f1;一旦有运动物体反射超声波,则fo一f1≠O。虽然fo和f1都比较大,但是由人体运动所产生的频差,即,fo一fl的绝对值却不会太大。由上面的公式推导结果可以看出,只要经过一个低通RC滤波器把高频信号滤掉,便可以得到由人体运动所产生的特征信号

　　接着通过一个微分器对u’进一步处理,得到变化更加明显的波形,从而可以有效提高探测灵敏度。再通过带通滤波器除去无用信号或者干扰信号之后,经过比较器输出波形送至单片机RB5端口,利用单片机的RB口中断便可以实时处理接收到的脉冲信号。如图3,调节R可以改变电平比较电路的比较电平,从而使该装置的正面最大探测距离在1～5．5 m可调。

　　如图4所示,利用PICl6F628A单片机RA4端口为集电极开路的结构特点,可直接在RA4端口加个上拉电阻,即可方便地实现对照明装置的控制。PIC系列单片机端口的驱动能力非常强,能够直接驱动LED。当探测到运动物体时,单片机通过RA4端口输出+12 V电平信号驱动照明设备,同时通过RB2端口控制LED闪亮一次。

　　另外,调节R3可以使+12V电平信号的持续时间在15～1800 s变化。该功能主要利用单片机内部的两个比较器,结合外围RC充电电路来实现对：R3位置的检测。具体过程如下：通过对单片机的控制字进行设置,使比较器P1和P2的正相输入端在单片机内部连接在一起并与RA2端口相连,RA0、RAl、RA2都为输入端口,如图4所示。

　　在正常状态下RA3为输出端口,且输出为低电平,此时电容Cl和比较器P1、P2处于稳定状态。当需要测试R3滑动头的位置时,RA3端口则从输出变为输入,并且单片机内部的定时器开始计时。这样一来+12 V便通过电阻R1开始对电容C1进行充电,当端口RA2的电平超过端口RAl时,比较器P2的输出会发生变化,引起单片机的比较器中断。在中断服务程序里,读取定时器的数值便可以计算出电阻R3滑动头的位置。然后再把端口．RA3恢复成输出低电平,使电容C1放电,整个电路回到初始的状态,为下一次检测做好准备。比较器P1的作用是防止比较器P2出现意外。当端口RA2的电平超过端口RAl时还没产生中断的话,就由比较器P1产生中断,并使电容C1停止充电,避免端口RA2和RA3的电平过高,使单片机损坏。对电阻R3的测量是为了设定照明设备的点亮时间,精度要求并不高,所以使用该电路进行测量不但简单方便成本低,而且实际当中使用效果良好。

3 软件编程

　　在硬件处理的基础上,到达单片机的波形已经比较理想了,但是并不能单纯以收到脉冲信号作为探测的标准,仍然需要利用软件编程进一步增加抗干扰性能。由于该装置主要目的是探测人体的运动情况,而人体稍微地一个小动作至少都能使单片机接收到几百个ms时间的脉冲信号。为了提高可靠性,本设计对于持续时间不到100 ms的信号忽略不计。另外,如果多台装置同时工作,由于各种硬件误差可能导致发送出来的超声波频率不能完全相同,当差别比较大时会持续收到一定频率的脉冲信号,如果不作处理,这也会影响正常的探测。考虑到在没有人通过时,如果有干扰,且干扰源稳定的话,单片机收到脉冲信号的频率是基本不变的,所以,比较理想的探测机制为：根据返回频差信号的频率是否变化来判断是否有人体运动存在。

　　在本设计中,对连续2个100 ms时间段内对接收到脉冲信号进行计数,如果计数值有增加,则判断为探测成功。在计数的同时,如果1OOms内的计数值小于5,则舍弃不计。为了在使用期间确保可靠,本装置间隔一定时间就进行自检。如图2所示,在正常的探测过程中,RBO端口一直输出低电平,只有在需要自检时,RB0端口才输出一定频率的方波,作为自检信号。此时,超声波信号在发射之前就已经被自检信号调制了,如果整个装置工作正常,即使在没有运动物体反射超声波的情况下,单片机也能接收到脉冲信号。依此便可进行自检,判断自身工作是否正常。假如自检失败,则使LED不停闪烁以指示自身出现故障,并且一直输出+12 V信号控制照明装置常亮,避免影响行人正常通过。

4 总结

　　该装置外形如图5所示,底部有悬挂卡口,可以方便地安装在通道的墙壁上。顶部的灵敏度旋钮可以调节探测的灵敏度,延时时间旋钮可以调节来人之后照明装置点亮的时间。顶部的LED能够指示正常状态下的探测情况以及自检失败时的故障。