基于嵌入式的智能感应开关与防盗系统的设计

2015-02-20

装备制造技术 2015年7期

（贵州师范大学机械与电气工程学院，贵州贵阳 550001）

目前，国内大、中、小学教室的照明灯具的控制大多采用手动控制，普遍存在“无人亮灯”、“人少灯多”、“白天亮灯”等现象，即使学校进行严格管理，人不可避免地出现忘记关灯的情况，特别是白天情况更是如此，从而造成大量的能源浪费。另外，各种照明灯具也都具有一定的使用时限，在白昼光线充足的情况下仍继续使用照明，必然会缩短各种灯具的使用寿命。同时，防盗在高校也备受重视。为此，本文提出智能感应开关与防盗系统的设计，智能感应开关与防盗系统有效的节约了能源，并实现了安保，对学校的安全与节能具有重要的意义。

将报警系统与节能系统相结合，形成了新型的节能、智能安防系统，为和谐社会的建设提供良好的安全保障。

1 智能感应开关与防盗系统的设计原理

本系统主要是利用红外线传感器和光照传感器进行信号检测——红外传感器检测所检测场所是否有人；光照传感器主要检测所检测场所的光照强度,并将传感器的输出信号经过嵌入式采集与处理系统进行处理，当红外传感器检测的场所为无人或者光照传感器检测到场所的光照强度满足条件时，系统将在30秒后自动关灯，并在没有人的情况下开启防盗开关，起到智能感应及防盗的作用，达到节约能源和防盗的目的。而解锁则用输入密码和指纹来控制报警器（密码解锁——当你要他人带你去你家或者其他的场所，指纹不一样时，可以输入密码解锁）。如果有人闯入，防盗开关会自动探测信号，若不在30秒内解除防盗锁，则自动把此信息发送到管理人员电脑或者主人手机上，以此来实现安保工作。在防盗方面，如果有人闯入，其会自动探索信号，如果此人不在30秒内解除防盗锁，自动把此信息发送到管理人员电脑或者主人手机上，从而实现安保工作。

2 硬件设计

该系统的硬件部分主要包括TIAM335XCortex-A8嵌入式开发板，人体红外传感器、光照传感器及其防盗锁。其结构图如图1所示：

图1系统总体结构图

2.1 开发板的主要处理器

TIAM335X是TI基于ARM Corter-A8内核的AM335X微处理器，在图像、图形处理、外设和诸如EtherCAT和PROFIBUS的工业接口选项方面进行了增强。其最高主频可达到720 Hz，运用范围广，价格一般，能处理较为复杂的信息和兼容电路的设计，采用的是LCD显示屏。

该处理器如图2所示，其主要性能指标如下。

图2 TIAM335X开发板

（1）基于TIARM Cortex-A8 AM335X高性能处理器；

（2）低功耗设计；

（3）支持16位地址数据复用总线和12位地址总线扩展；

（4）2路 USB2.0；

（5）多达6个串口；

（6）支持两路千兆网口，支持linux3.1.2；

此外，它还提供一系列工业标准的外设，这些功能使得数据传输终端可以扩展丰富的接口和功能。

2.2 人体红外传感器和光照传感器

人体红外传感器主要采用的是数字人体传感器，其工作原理为：人的温度一般是37°，在这个温度下会发出特定的10μm左右的红外波长，它主要依靠人体发出的10μm波长进行工作[4]。通过菲泥尔滤光片增加后聚光传送到红外感应源上，红外传感器采用的是热释元件，此元件在遇到人体温度变化的时候会失去原来电荷的平衡，向外释放电荷，因此外在电路得到电荷后就会产生报警。

光照传感器主要采用数字光照传感器，其原理为：光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器[2]，就是在一定的光照强度下，设置好初始值，当光照强度大于设置初始值，则信号传输到控制终端，然后形成关灯的信号，自动把灯关掉。

2.3 防盗锁

防盗锁主要运用指纹和数字一体的设计，在人体红外传感器探索无人后，则在30秒钟后自动关灯，并且防盗系统启动，当有人闯入时，在30秒内没有解锁，采集的信号发送到报警处理器后，则报警并将报警信息通过短信形式发送到绑定的手机上。其原理图如图3所示：

图3报警原理

3 软件设计

人员、时间、光照、报警组成系统的主要要素，光照强度及是否有人员是控制开灯关灯的主要因素，人体红外传感器可以区分各个区域的开灯情况，这样不仅考虑到了场所灯的划分，进而得到控制，而且有效增强了节能效果。光照强度的检测，通过光照传感器，安装在该场所光照最弱的天花板上，采集到的光照强度发送到系统的采集卡上，把光信号转换成电信号，通过控制终端对灯是开或者关的控制，在规定的时间内，控制系统会自动控制灯的开或者关状态[3,4]。

本系统的软件模块主要包括智能防盗报警模块和智能开关模块。智能防盗模块主要是通过先检测所监测区域是否有人，若有人，再判断该人逗留的时间是否超过了30秒，若超过，则自动发出警报。若检测到所监测的区域无人，则自动开启防盗锁。其流程图如图4所示。

图4智能防盗报警流程

智能开关模块主要是通过红外传感器检测所监测的区域是否有人，若无人，就利用控制信号自动关灯，否则，就判断光照强度是否大于所设定的初值，若大于所设定的初值，再利用控制信号自动关灯。当红外传感器检测到所监测的区域无人时，就自动关灯。其流程图如图5所示：

图5智能开关程序流程

该系统采用三种控制模式，分别为：手动模式、自动模式、强制模式。手动模式则是人为模式，主要的就是自动模式和强制控制模式。当传感器采集到信号后，它会自动的传送到相应的模式下完成工作。如果需要强制控制，但是在控制终端需要手动设置。

在该系统的检测时，主要是利用开发板自身搭配的检测系统的方法，它有交叉编译器、测试源码、系统源码等，自身的采集卡能够把传感器采集的信号进行采集，把所采集到的信号转变为电信号并发出执行命令。

系统的安装有硬件、软件安装。在硬件安装方面，把传感器安装到相应的天花板上，通过场所的空间大小计算出安装的相应位置，这样就减少传感器盲区，将采集到的信号通过网咯传输的方式传输到控制终端，每个场所的密码锁就安装到灯开关旁边，与报警器连接，这样就能利用原有的线，开关、灯设备，有效的减少了成本，也充分的提高了其利用率。软件的安装，主要是在控制终端安装到电脑上，一般安装到保卫处（管理人员）电脑上，这样有利于管理。