非法侵入人员红外探测与定位系统设计

孙向荣,聂思敏

（1.贵州民族大学信息工程学院；2.贵州民族大学理学院，贵州贵阳，550025）

非法侵入人员红外探测与定位系统设计

孙向荣1,聂思敏2

（1.贵州民族大学信息工程学院；2.贵州民族大学理学院，贵州贵阳，550025）

针对夜间无照明的情况，设计制作了可全天候探测与确定非法侵入人员位置的系统。采用热释电红外传感器探测人体发出的红外线，并设计了一个可随侵入人员移动而转动的随动机构，利用角度传感器输出探测目标的位置信号。当有人员非法侵入防范区域时，能够实时地发现目标及准确将其定位。经实验测试，具有较高的可靠性和准确度，且制作成本低，具有较好的推广应用价值。

红外探测；定位；系统结构；设计

0 引言

随着社会环境的日益复杂,人们对一些特定目标，例如军事要地、仓储环境以及居住小区等区域的安全性提出了更高的要求。对特定区域的非法入侵检测，准确跟踪定位和报警越来越受到人们的重视。但当环境比较复杂时，要准确地探测和跟踪目标时常变得非常困难,而且大多数探测与跟踪设备都要有光照条件，在夜间则不能检测。能实现在夜间检测及跟踪的系统设备，通常都是一些红外夜视仪，这类设备价格昂贵，且需人工定位，往往只能是特别重要的部门才能使用。这类设备还容易产生死角，在死角处其探测能力失效。若采用热释电红外传感器探测人体发出的红外线，可在夜间探测非法入侵人员。使用时无需照明，且价格低廉、技术性能稳定等特点，在电子防盗领域有着许多独到的优越性。采用热释电红外传感器除可对探测目标探测外，经过适当的设计，还可实现对探测目标自动定位。

1 目标定位数学模型

1.1 数学模型

在一个平面坐标中，设O点是坐标原点，OB是延X轴的底边。在此平面内的任意一个动点A，在任意时刻t，与边OA、AB及BO构成一个三角形。根据几何关系可求得：

式中的L是OB距离，可在安装系统时测定。由（1）、（2）式可知：只要在O、B两点分别设置能跟随目标运动而转动的探测装置，测出角、角，就可以确定A点位置。

1.2 死角处理

2 红外线检测和跟踪定位总体设计

2.1 结构设计

根据上述数学模型，设计两个能探测移动红外源，并能随红外源移动而转动的机构，将它们分别置于三角形的O、B处。对两个机构必须满足以下要求：1.能检测到红外源；2.能实时跟踪红外源；3.在跟踪红外源的同时要能输出转角信息。根据上述要求，设计目标探测定位机构如图2所示。

图1 目标探测定位机构

设置一托板与电机转轴刚性连接，随电机转轴一同转动。在托板上固定安装两只热释电红外探测器，中间置一挡光板。在电机轴上安装的齿轮与安装在角度传感器的齿轮啮合，可带动角度传感器转动，电机及传感器固定安装在机架上。

2.2 目标探测定位原理及电路

设计红外探测电路及继电器驱动电路如图2所示：J1：连接左侧热释电红外探测模块端口、K1：电机正转继电器。右侧热释电红外探测电路与图2相同，用于驱动电机反转继电器K2，驱动电机反转。

分析图2可知：当目标红外源处于探测器挡板延长线左侧，安装在O点的目标探测定位机构的左侧探测器探测到目标，右侧探测器由于挡光板的遮挡，不能接受红外源的光照。左侧探测器探测到目标信号后，经IC1放大及IC2比较电路处理后，使Q2导通，驱使继电器K1闭合，K1闭合驱动电机正转，同时带动托板上的探测器转向目标，直到挡板延长线指向目标。电机旋转的同时，由安装在电机轴上的齿轮带动角度传感器齿轮旋转，角度传感器齿轮旋转带动角度传感器转动，从而可输出旋转角度。当挡板延长线指向目标，左右侧探测器均探测到目标，继电器K1、K2同时闭合，电机停转，目标被锁定。同样，目标红外源处于右侧，右侧探测器探测到目标，左侧探测器由于挡光板的遮挡，不能接受红外源的光照。这时K2闭合，驱动电机反转直到挡板延长线指向目标，电机停转，目标被锁定。这样即可通过安装在O点的目标探测定位机构中的角度传感器确定角。同理，可通过安装在B点的目标探测定位机构中的角度传感器确定角。

图2 继电器驱动电路

3 信号处理及目标位置显示

图3 主程序流程图

信号处理及目标位置显示部分由A/D转换器ADC0809、单片

机AT89S52、数码管及数码管驱动芯片74HC373构成。通过置于O点和B点的目标探测定位机构采集到的α和β角的模拟信号送入ADC0809的00H、01H两个通道，由单片机的P2.7口控制ADC0809的地址线，对ADC0809的00H、01H两个通道进行切换，通过ADC0809实现α和β角的模拟信号转换成两组数字信号。ADC0809实现A/D转换以后将数据送往单片机的P0口，数据存入数据存储器中。单片机AT89S52系统对存储的两组数字信号进行分析、运算等操作，得到目标的坐标数据。然后单片机系统把处理好的坐标数据送入显示缓冲区里，并选中数码管的位地址，送入位数据的信号给锁存器74HC373锁存及驱动数码管，接着单片机系统选中数码管的段地址，送入经处理好的坐标数据给锁存器71LS373锁存并驱动数码管显示。为达到无闪烁的视觉效果,扫描频率应大于50HZ。同时单片机系统发出启动信号，启动报警系统进行语音报警。

4 结论

通过对系统在10×10m的范围内多次测试，系统可在白天及夜间稳定工作，漏报率9%，漏报的主要原因是：限于探测器灵敏度，在较远处不能有效地检测到信号。如果有较好的探测器，可以降低漏报率。误报率6%，误报的原因是一些尚未确定的因素。定位误差11%，尤其是当目标作往返移动时，误差更为明显。定位误差的主要原因是：目标探测定位机构是样机，加工比较粗糙，当左右探测器都检测到信号使电机停转时，挡光板未能准确地指向目标，产生误差，齿轮啮合的间隙也是误差的一个重要来源。尽管存在漏报、误报及位置误差的不足，如果能适当改造，提高加工精度，相信可以在很大程度上降低上述不足。由于该系统具有较高的可靠性、易用、低成本等特点，加之有广泛的应用范围，所以有较好的应用前景。

[1] 李佳.被动红外探测技术在报警领域的应用[J].中国安防，2009，7：45-47.

[2] 王燕，李炜，张锐.小区智能红外探测报警系统[J].现代电子技术，2013，36（15）：130-132

[3] 胡纪平，梁钊.基于单片机和GSM模块的红外探测远程报警系统[J].电子测试，2012，11：48-51

孙向荣，男，1956.11，贵州省毕节市人，贵州民族大学信息工程学院，副教授，从事传感器技术研究与教学

聂思敏，男，1951.10，贵州省贵阳市人，贵州民族大学理学院，教授，从事电子技术及单片机技术研究及教学

Design for the System of Infrared Detection and Localization for Someone Illegal Invasion

Sun Xiangrong1，Nie Simin2
(1.Information engineering College of Guizhou National University；2.Sciences College of Guizhou National University,Guizhou Guiyang，550025)

Design and made for the system of infrared detection and localization for someone illegal invasion when without lighting in night.A Pyroelectric infrared sensor is used to detect the infrared rays emitted by a human body,and design servo mechanism which rotate with the mobile of intrusive personnel. It output the information of position detected by the angle sensor.When the prevention area is invaded illegally by someone,it can discover the target and accurate position really-time.It has high reliability and accuracy through testing.The cost of manufacture is low,and it has good application value.

infrared detection;location;system;design

TP23

A

贵州省自然科技基金资助项目（No. [2008] 2051）；贵州省教育厅自然科技基金资助项目（No. [2008]047）