被动红外传感防盗报警系统

关键词： 被动红外传感； 防盗； 报警； 误报； 短信 中图分类号： TP212． 14 文献标识码： A
为了保证财产的安全，越来越多的单位、家庭使用防盗 报警系统［1-5］ 。防盗报警 系 统 有 多 种 多 样，其 中 尤 以 基 于 红 外传感器的防盗报警系统应用最为广泛［1-4］。现有的被动式 红外探测传感器的防盗 报 警 器 结 构 简 单，易 安 装，成 本 不 高［1-4］，但也存在一些缺陷，主要有： 误报率较高［1，2，4］，给用 户带来了不必要的麻烦； 绝大多数的防盗报警系统只能现场 报 警［2-4，6，7］ ，但 很 多 情 况 下 用 户 往 往 不 在 现 场 ，于 是 这 样 的 系统不能让用户对事件进行实时掌握及处理，少数的可远程 监控防盗报警的研究，制作成本较高、不能以便利的方式适 应市场的要 求［5，8，9］。 为 此，本 文 对 被 动 红 外 传 感 防 盗 报 警 系统进行了改进研究，采用多种措施有效地抑制了温度、电 磁、白光等干扰，降低了误报率，且更为节能； 同时基于 GSM 网络，既能实现现场实时报警，又能实现手机短信实时报警。 此外，改进后的系统方便实用，成本较低，节能环保，具有广 阔的市场应用前景，也对防火等其它安保报警系统起到了借 鉴作用。
了较大程度的改进。
图 4 GSM 模块及相应的电路图
2． 4 节能设计
时功耗仅为 0． 33μW，工作状态下也仅为 544μW。前置电路拓
硬件部分控制器采用超低功耗的 MSP430 处理器，在待机 扑中全部采用 5V 供电的运算放大器 NE5532，GSM 模块中
第2 期
戴未然，等： 被动红外传感防盗报警系统的改进研究
摘 要： 针对现有的被动红外传感防盗报警系统存在的不足，提出了一种改进的系统。采用双元红外传感器 及多种抗干扰软硬件设计，改进了已有被动红外防盗报警系统误报率较高的缺陷； 基于 GSM 无线网络并适配市面 上的主流手机卡，实现了现场与手机短信方式的同时报警，以便利的方式改进了绝大多数现有系统不能告知场外 用户的不足； 采取多种措施，在节能方面作了改进。实测结果表明： 改进后的防盗报警系统误报率不高，能实现入 侵现场与手机短信的同时报警，较好地解决了现有系统存在的缺陷，且方便实用，节能环保，具有广阔的市场应用 前景及拓展应用价值。
图 2 改进的系统工作原理框图
比较图 1 与图 2 可见，改进的系统在硬件及软件上均有 较大程度的变 化，其 作 用 一 是 抑 制 温 度 及 电 磁 辐 射 等 的 干 扰，以降低误报率，二是同时实现手机短信报警。下面就该 系统硬件及软件部分的改进做分别介绍。
2 硬件部分的改进
2． 1 传感器的选择 本系统选用新的红外传感器———双元热释电红外传感
1 系统工作的基本原理
被动红外传感防盗报警系统工作的基本原理［1-5］已有很 多介绍，即直接 由 红 外 传 感 器 接 收 入 侵 信 号 并 转 变 成 电 信 号，经放大电路后启动单片机工作，最后启动音频报警器现 场报警。其工作流程图可由图 1 表示。
图 1 被动红外传感防盗报警系统的基本工作原理
值上升，这样基 本 维 持 输 出 电 压 不 变。在 滤 波 电 路 中，根 据
德州仪器的 Filter Pro 软件得出上限截止频率为 f = 20 Hz，电
压增益为 1dB。该滤波电路有效地抑制了电磁辐射等高频
干扰。在最后一级采用 1N4727 稳压二极管，构成 1． 5V 门限
电压比较器，得到幅值为 3V 的方波，以便单片机 A / D 采样。
为了克服已有的报警系统易因小动物移动等造成的误 报警，这里采用 MSP430 单片机并采取一系列的智能判断方 法。当在一段时间内 MSP430 采集到的电压一直处于高电 平，表示探测到移动人体经过，此信号作为预入侵探测信号， 产生中断唤醒 CPU 对红外传感器数据做进一步分析处理。 分析处理的核心是进行智能入侵判断，为了对真正的移动人 体而不是其它如小动物等进行准确的报警，主要考虑必须在 时间、空间和温度上均与人体接近的时候，才能判断为真正 的入侵行为。本系统的智能入侵判断方法是通过单片机对 给定周期内信号的电压高电平均值和方差大小与设定值 Eo 和 Do 分别进行比较，当符合预设条件时，单片机输出报警信 号。经过多次实践比较后，这里预设周期 T 取 1s、Eo 取 3、Do 取 0． 3。信号智能判断方法防止了由于风吹动窗帘、小动物 经过等误报警信号的产生，改进了已有的系统单片机的入侵 判断方法，降低了误报率。
软件部分采用“待机—唤醒—待机”的方式，在预检信号 不满足要求时，单片机处于 LPM0 状态，SIM300 处于待机状 态。
图 5 改进的系统主程序流程图
3． 3 短信发送部分软件设计 3． 3． 1 AT 通信方式
短信发送部分通过单片机的 UART 端口发送 AT 命令控 制 GSM 模块发送报警短信。在 UART 串口配置时选择串口 工作方式 1，并通过单片机发送命令 AT + IPR = 9600 设置波 特率为 9600b / s，然后通过定时器 T01 中断完成 AT 命令的发 送，发送号码和报警内容也可以相应的在对应的 AT 命令中 进行修改。短信发送完成后，单片机给 SIM300 发送指令， GSM 模块关机，并且单片机进入低功耗状态。
图 1 所示的系统结构简单，成本不高，但也存在一些缺 陷，典型的是，误报率较高以及不能让场外用户对事件进行 实时掌握及处理。本研究提出了一种改进的被动红外传感
防盗报警系统，其工作原理如图 2 所示。双元热释电红外传 感器采集的信号经前置电路（ 温度补偿、滤波放大等） 由A / D 转换变为数字信号，然后输入 MSP430 单片机，单片机计算 设定时间内采样的均值和方差，根据均值和方差大小智能判 断入侵行为，之后输出报 警 信 号 进 行 现 场 报 警，同 时 通 过 GSM 模块发出报警信号，并由手机用户以短信方式接受。
4 实验测试
系统样机制作成功后进行了实验测试。测试开始时，Eo 默认值为 3，Do 默认值为 0． 3，但多次测试比较后，可对该默 认设定值作适量微调。多次测试结果表明，当外来人员在测 量区域入侵时，案发现场报警器能迅速响起，而场外的用户 手机最迟在 15s 内就能接收到短信报警。此外我们也对外 来干扰情况下该装置的反应进行了测试，比如，拉动窗帘、开 关室内光源、用热光源对着传感器照射、开关手机、电视机、 吹风机等家用电器等，结果发现该系统均未产生误报警。实 测结果表明： 该系统既能实现现场防盗报警，又能实现手机 短信防盗报警，且误报率不高，较为节能。
由于采用了温 度 补 偿、低 通 滤 波，有 效 地 降 低 了 射 频 干
扰及温度变化干扰引起的误报警，比过去的前置放大电路有
块，具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为 2． 5 mA。 SIM300 内部集成了 TCP / IP 协议，并且扩展了 TCP / IP 的 AT 指令，使模块开发数据传输设备变得简单方便。SIM300 采 用 4． 5V 供电，可以直接使用电池供电。单片机通过串行接 口与 SIM300 进行通信，短信内容由程序提前编好，通过此模 块可以直接发送。SIM300 内部功能模块具有调试和数据输 出两个串口，更便于开发产品。SIM300 通过 RXD 和 TXD 端 口与单片机进行串口异步通信，并通过 19、21、23、25 引脚与 SIM 卡相连。PWRKEY 端口是 SIM300 启动使能端。该设计 在此管脚上先给低电平，然后拉高，符合 SIM300 启动时所需 的信号时序。
运放 NE5532 构成的放大电路中，再由电阻 R5、电容 C2 耦合 路图如图 4 所示。SIM300 模块是一款三频段 GSM / GPRS 模
到 3 阶滤波电路中。可计算放大电路的电压增益为：
Au = R3
+ R4 + R9 3R3
．
在放大电路中采用热敏电阻负反馈实现温度补偿［4］，当
温度较高时，热敏电阻阻值降低，当温度较低时，热敏电阻阻
参考文献 ［1］ 郭志华． 浅谈被动红外探测器技术及发展趋势［J］． 中
国安防，2010（ 12） ： 50 － 52． ［2］ 刘舒祺，施国梁． 基于热释电红外传感器的报警系统
［J］． 国外电子元器件，2005（ 3） ： 18 － 20． ［3］ 王均福，袁红霞，王景聚． 热释电红外传感器在防入侵
收稿日期： 2012 － 12 － 28 基金项目： 交通运输部联合科技攻关项目（ 2009-353-332 － 280） 作者简介： 戴未然（ 1991- ） ，男，江苏南通人，大学本科，主要从事单片机研究。
王 莉（ 1967- ） ，女，教授，博士研究生导师，主要从事电力电子与自动化方面研究。
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山西电子技术 2013 年第 2 期
研究与探讨
文章编号： 1674-4578（ 2013） 02-0075-03
被动红外传感防盗报警系统的改进研究*
戴未然1 ，薛宇城2 ，王 莉1
（ 1． 南京航空航天大学 自动化学院，江苏 南京 210016； 2． 南京邮电大学 通信工程学院，江苏 南京 210003）
器 RE200B［10］，其反应频率为 0． 3Hz ～ 3Hz，可完全适配被测 对象。选用 RE200B 的另一大优点是该传感器内装两个对 偶的传感单元，可对温度干扰起到一定的抑制作用。此外， 在该传感器上配置菲涅尔透镜可以起到抗白光干扰的作用。 2． 2 前置电路设计
系统的前置电路如图 3 所示。主要由滤波放大、电压比 较及温度补偿等电路构成。
山西电子技术
2013 年
图 3 前置电路拓扑
双元热释电红外传感器 3 端和 5V 电源间串联 10 kΩ 电 2． 3 短信报警硬件设计
阻 R2，用于降低射频干扰，1 端接地，2 端接 5． 1 kΩ 负载电阻
为了实现手机短信报警并适配市面上的主流手机卡，本
R1，偏置电压约为 1 V。传感器输出直接耦合到低噪声高速 系统基于 GSM 模块采用了经典的 SIM300 集成芯片，具体电