红外舵机安防监控系统设计

管卫华，林用满

（广东农工商职业技术学院， 广东 广州 510507）

红外舵机安防监控系统设计

管卫华，林用满

（广东农工商职业技术学院， 广东 广州 510507）

研究设计了一种以红外舵机为智能化主体的监控系统，该系统采用红外采集阵列和报警装置技术构架，充分利用现有监控设施，构建智能监控系统平台.测试结果表明，该系统能对人体进行实时跟踪及录像，具有占用资源小、节约存储成本、实时危险警报、延长存储监控视频时间等优点，可推广应用到居民住宅监控、工业现场监控等领域.

舵机安防监控系统；智能监控；红外采集阵列

视频监控的使用越来越广泛，特别是在重要的不允许人靠近的危险区域.但目前的视频监控系统还存在着许多不足，如不能实时危险警报，监控视频本身资源太大，导致大量存储的影像资料不能保存等[1-6].本文设计一种以红外舵机为智能化主体的监控系统，红外舵机安防监控系统利用现代传感技术、数字信息处理技术、计算机技术实现的环境信息的采集、处理、反应.当有人靠近危险区域时，红外采集阵列会采集到人的位置，传给单片机控制器，控制器就会根据人的位置控制舵机，旋转摄像机方向对准人处的位置，并启用摄像机记录人的活动整个记录，同时会发出语音报警进行提示.如果人再靠近距离，控制器就会发短信通知用户处理，或者执行预定用户计划[7-10].

1 系统总体构架

系统的主要模块包括：单片机控制模块、报警装置模块、监控模块、红外采集模块，其结构如图1所示.

图1 红外的舵机系统结构示意图

2 系统功能设计

2.1 设计单片机控制器

处理器选用 STM公司的 ARM7，型号为STM32F103c8t6，这款属于ARM 32位的Cortex™-M3内核的CPU，性能强劲.该处理器在主频没有变化的情况下，可完成更多的指令，对程序设计予以最大限度的支持.功耗低，延长了电池的寿命.还具有实时性好的特点.同时，它能较快地响应中断，并且能确定响应中断所需的周期数，所以大大改善了代码密度.基于以上特点，它适合大型的应用程序，具有价格低廉，使用更方便的优点[11].现在从8位/16位处理器转到32位处理器应用越来越多，具有更简单的编程模型和更透彻的调试系统.其电路图如图2所示.

2.2 红外采集阵列

钛热释电红外线传感器的尺寸为2mm*1mm的探测元件，由一种高热电系数的材料（如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等）制成的.为了抑制自身温度升高而产生的干扰，将2个探测元件以反极性串联，装入每个探测器内.红外辐射转变成微弱的电压信号被探测元件探测并接收，经过装在探头内的场效应管放大后向外输出.在探测器的前方安装一个菲涅尔透镜，目的是为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，这个由透明塑料制成的透镜被分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，与放大电路配合，所测信号被放大超过70dB，人在10～20 m范围内的行动就可以被测出[12].

2.3 舵机控制原理

舵机适用于需要转角变化并可以保持的控制系统，这里就是控制摄像头拍摄的方向.舵机作为基本的执行机构，是影响系统动作性能的重要因素.舵机的控制信号实际上是一个PWM（脉冲宽度调制）信号，由 FPGA器件、 模拟电路或单片机产生.采用 FPGA 成本较高，用模拟电路来实现则电路较复杂，不便于实现多路输出.目前多采用单片机实现舵机的控制，工作原理如图3所示[13].

2.4 报警装置

2.4.1 语音报警

WT588D语音用来存储语音信息，由915M从机控制，当相应报警产生，播报相应语音.但WT588D不足以驱动喇叭，还需加个功率放大电路.本文选用集成芯片 LM1875，由美国生产的功率放大集成块.它具较好的过载保护功能，应用过程中外围电路产生干扰较少.电路如图4所示.

2.4.2 短息报警

本文研制的智能监控需要设置无线通信 GPRS模块，包括GSM基带处理器、FLASH、GSM射频模块、供电模块（ASIC）ZIF连接器、天线接口.其中ZIF连接器具有特殊的结构，即40引脚.它的作用为达成电源、连接命令、数据、语音信号、控制信号进行双向传输.其收发短信流程如图5所示.

图3 舵机控制原理图

图4 语音报警的电路图

图5 MC35i收发短信流程图

3 系统实现

人类体温在相对单位时间内为恒温，这个特点使人体可以发出波长约为10µm的红外线.本研究研发的系统在探头最前方设置了菲涅尔透镜，这是一种具有特殊光学系统的透镜，其产生的“盲区域”和“强灵敏区域”具有交替变幻的特点.人体发出的红外线波会出现强弱变化，进而输出.另外，在传感器顶部设置了滤光度为7～10µm的滤光镜片小窗，把不同于人体的其他红外线摈弃.然后通过滤光片把红外线信号放大，将信号传送到红外感应源上，构成红外感应源的热释电元件收到人体红外线信号后，收温度影响，发生自身电荷失衡，导致电荷发生释放，其产生的电流被检测、处理后，便形成了我们可以听到的报警信号.

4 系统测试与分析

选择一个人流量比较少的地方进行测试，假定该地方一天只有20个人经过，一个人行走10 min，一天拍摄时间只有200 min.如是普通的监控系统，需要一天不停的拍摄，一天是1440 min.两者相比，红外舵机监控系统的拍摄时间只有普通监控系统的七分之一，见表1.红外监控系统是当红外探测到人的位置再控制舵机对人的跟拍，这样比普通的监控系统更加能拍摄到人更多的体貌特征.另外红外监控系统有报警实习功能，控制器会根据人的位置控制舵机，旋转摄像机方向对准人处的位置，并启用摄像机记录至人离开，中途会发出语音报警进行提示，如果人再靠近距离，控制器就会发短信通知用户处理，或者执行预定用户计划.经实际测试，该系统能够很好的实现对运动人体的跟踪以及摄像功能，在实际使用中得到较好的效果，达到了预定的目标.

表1 红外舵机监控系统与普通系统的对比

5 结 论

本文研制的智能化监控系统具有智能监控舵机，由ARM单片机、热释电红外传感器等组成.该系统实现了对运动人体的跟踪以及录像，可追踪动态人体，摄像清晰，能减少不必要的监控录像存储，节约存储成本，延长可存储监控视频时间.通过系统的应用，实现预警动态化、业务处理标准化，能提高视频监控的管理水平.另外，在提高跟踪灵敏度、减少体积、实现多目标的跟踪以及运动预测等方面,该系统有很大的研发和应用空间.

［1］ 曹理发，尹勇，刘恒辉，等.基于ARM和DSP的视频监控系统设计与实现［J］.电子器件，2009（2）：213-217.

［2］ 李青梅，张文旭，束雄英.单位网络设备环境智能监控系统设计与实现［J］.信息技术，2012（2）：39-41.

［3］ 陈波，石旭刚.基于ARM9的低成本数字远程视频监控系统［J］.视频应用与工程，2008，S1（32）：149-151.

［4］ 毛献辉，郭宏，朱昊，等.智能化红外感应控制系统［J］.电子测量技术，2005（2）：45-49.

［5］ 张凯.基于红外感应技术的风扇摇头装置设计［J］.电脑知识与技术，2011，7（13）：3612-3614.

［6］ 黄凯奇， 陈晓棠.智能视频监控技术综述［J］.计算机学报，2015，38（6）：1093-1118.

［7］ 巩书兰，郭文成.红外感应控制系统［J］.民营科技，2007（9）：42-43.

［8］ 凌能金，黄洪卫.MEMS Thermal Sensor在人感空调上的应用［J］.大众科技，2012（8）：124-127.

［9］ 岳大军，王慧敏，许颖，赵洋.基于红外感应技术电暖器的应用设计与试验［J］.传感器技术，2009（20）：190-192.

［10］ 张万里，何志毅.基于单线接入红外感应电路的设计［J］.大众科技，2011（4）：70-71.

［11］ 黄伟钳.多功能配电监测仪的研制［D］.广州：华南理工大学，2011.

［12］ 姜德生，潘如春，郑成文.煤矿架空行人装置开停自动控制研究与应用［J］.山东煤炭科技，2012（3）：237-238.

［13］ 方庆山，林春方.一种基于AT89C2051的多路舵机控制方案设计［J］.微特电机，2009（7）：56-58.

Design of an Infrared Security Monitoring System

GUAN Weihua, LIN Yongman

（Guangdong AIB Polytechnic College, Guangzhou, Guangdong 510507, China）

A monitoring system based on the infrared steering gear is studied in the paper. Making the most of the existing monitoring facilities, this system applies the technology of the infrared acquisition arrays and alarm device to form an intelligent monitoring platform. Test results show that the system can achieve a real-time tracking and recording of the human body, and it has the advantages of consuming less resources, saving more storage cost, setting off real-time risk alarm, and extending the video storage time, and etc. Therefore, it can be widely used in residential surveillance and industrial site monitoring.

the infrared steering gear system; intelligent monitoring; infrared acquisition array

TP391.41；TP277

A

1672-0318（2016）05-0017-05

10.13899/j.cnki.szptxb.2016.05.004

2016-01-29

管卫华（1980-），女，四川眉山人，汉，讲师，博士，研究方向：机械电子工程.