基于89C51的紅外探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著城市軌道交通的普及，地鐵候車區(qū)的安全問題日益受到重視。采用四對主動(dòng)對射式紅外傳感器放置于候車區(qū)的兩端，由人眼無法看到的紅外光，形成警戒線。當(dāng)有人跨越警戒線時(shí)，光線被遮擋，接收端信號(hào)發(fā)生變化，采用89C51單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，驅(qū)動(dòng)語音芯片ISD1 820發(fā)出語音警示信號(hào)，起到安全警示效果。同時(shí)，結(jié)合地鐵站內(nèi)地鐵進(jìn)站時(shí)乘客需要踩踏警戒線進(jìn)入地鐵的實(shí)際情況，將地鐵進(jìn)站乘客進(jìn)入地鐵時(shí)警示功能設(shè)置成失效，在地鐵離站后立即恢復(fù)正常功能，并以此循環(huán)往復(fù)。該警示系統(tǒng)原理簡單，成本低廉，探測效果好，可實(shí)施性高，不僅可以在地鐵站內(nèi)使用可以在很多領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展使用。

　　紅外線自1800年被發(fā)現(xiàn)以來，人們對紅外技術(shù)的研究從來沒有停止過，已經(jīng)開發(fā)出了眾多的應(yīng)用產(chǎn)品，應(yīng)用于醫(yī)療、檢測、航空和軍事等領(lǐng)域。由于紅外線是不可見光，具有較強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此紅外技術(shù)主要應(yīng)用在探測、控制、測量等系統(tǒng)，以及防盜、警戒等安保裝置中。例如軍事或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的紅外熱像儀測溫系統(tǒng)，民用領(lǐng)域內(nèi)的人體識(shí)別、人體運(yùn)動(dòng)特征探測和速度測量，安防系統(tǒng)中的紅外報(bào)警器等。紅外報(bào)警技術(shù)是其中最重要、最普及的研究領(lǐng)域之一，隨著集成電路技術(shù)和智能信息處理技術(shù)的發(fā)展，紅外報(bào)警技術(shù)逐步走向成熟，設(shè)備趨向小型化和智能化，其應(yīng)用也從最初的軍用，逐漸過渡到公共場合中的警示系統(tǒng)、居民住宅中的防盜系統(tǒng)、事業(yè)單位的防入侵系統(tǒng)等。

　　近年來，隨著社會(huì)的快速進(jìn)步和城市的大力建設(shè)，城市軌道交通，也即地鐵，已逐漸成為城市的交通命脈和人們主要的交通工具。對射式紅外傳感器已經(jīng)應(yīng)用于地鐵閘機(jī)的人體識(shí)別系統(tǒng)中。但是，地鐵快速、無人售票等特點(diǎn)帶來的安全隱患也相應(yīng)增加，再加上乘客安全意識(shí)不足，導(dǎo)致與地鐵相關(guān)的交通事故屢屢發(fā)生，因此安全隱患的消除是目前相關(guān)部門急需解決的問題之一。本文設(shè)計(jì)的人體紅外警示系統(tǒng)旨在解決這一問題。該系統(tǒng)采用紅外對射技術(shù)采集報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行處理，發(fā)出語音警示信號(hào)，提示跨越安全警示線的乘客退回到安全候車區(qū)。

　　目前，在地鐵站已經(jīng)有一些報(bào)警系統(tǒng)投入使用，但均有成本高昂等缺陷，本文設(shè)計(jì)的紅外報(bào)警系統(tǒng)成本則相對低廉，只需一塊89C51單片機(jī)P89V51RD2、一個(gè)語音錄放模塊（ISD1820）和外圍紅外探測電路即可達(dá)到報(bào)警效果，前景相當(dāng)可觀。

　1 紅外線報(bào)警技術(shù)

　　紅外探測系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動(dòng)探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為。產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并輔助提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。

　　紅外探測技術(shù)由于其與人體的關(guān)系在報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用占據(jù)了相當(dāng)大的一部分。紅外報(bào)警器分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式紅外探測器主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器件（紅外傳感器）及報(bào)警控制器等部分組成，如圖1所示。紅外傳感器作為紅外接收部分，其本身不發(fā)射任何能量而只被動(dòng)接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射，通過光學(xué)系統(tǒng)的配合作用，它可以探測到位某一個(gè)立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。當(dāng)有人體在探測區(qū)域內(nèi)走動(dòng)時(shí)，就會(huì)造成紅外熱輻射能量的變化。紅外傳感器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，送往?bào)警控制器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　主動(dòng)式紅外探測器，也稱對射式紅外傳感器，全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器”，是一種能檢測人體發(fā)出的特定波長紅外線的敏感元件。紅外對射式探測器由瞄準(zhǔn)孔、光束強(qiáng)度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等組成。其偵測原理是利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體，再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠(yuǎn)距離，由受光器接收，當(dāng)光線被遮斷時(shí)就會(huì)給出報(bào)警信號(hào)。紅外對射報(bào)警器由收、發(fā)裝置兩部分組成。發(fā)射裝置向裝在幾米遠(yuǎn)的接收裝置輻射一束紅外線，當(dāng)被遮斷時(shí)，接收裝置即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。