以单片机控制为核心的防侵入式智能监控系统设计

现代社会中监控系统已被广泛应用于各个领域，如工业现场监控、银行、酒店保安等，但就其数据而言，多为连续性信号（如传统VCR（VIDEO CASSETTE RECORDER）所记录的视频信号），他们在对某一对象进行监控时一般采用24 h不间断方式。这样当我们需要对所记录图像信号进行查询时，往往需要花费许多时间在整卷录像带中寻找有价值的画面，大大降低了查看数据的效率。并且为了满足这样大的数据记录量，通常采用LP方式，所记录的画面质量相对较差。对于像银行金库、警局武器库等这种小人群、少流动的特殊场合，由于所监视范围很小，对进入的人也有严格的限制，故而采用上述不间断监控方法并非合适。为此，我们设计了这样一种智能监控系统，只有当有物体进入被监控区域时，该监控系统才启动。它的优点是按预定的安全程序执行相应的动作（分析是否为合法行为，决定是否需要报警等），需要结束该次监控状态时，必须执行特定的程序方可（如安全管理员输其个人安全码）。

1 防侵入式智能监控系统

防侵入式智能监控系统组成如图1所示。它是由红外传感器、监视器、中央控制器、记录设备及报警辅助设备等几部分组成。当有物体进入被监控区域时红外传感器给控制系统相应的信号，控制系统对信号进行分析并自动启动所对应的监视器，当控制系统得到视频信号时，系统控制记录设备进行记录，这样不但可以节省记录媒介，并且可以更进一步提高数据质量，亦可降低便携设备的能耗。

1.1 热释电红外检测电路

双灵敏元热释电红外传感器（PxroeleCTRIC IR Sensors）是利用热释电材料极化随温度变化的特性来探测红外辐射。采用双灵敏元互补方法可抑制温度产生的干扰，提高传感器的工作稳定性。

红外检测电路原理方框图如图2所示，它的工作原理是当热释电红外传感器检测到人体放出的红外线时会有数 mA的电压输出，放大电路对人体所释放出的红外信号以10 Hz为中心频率，60-70 dB的幅度来进行放大。被放大后的信号和一个基准电压比较，当大于所设定的值时点亮LED指示（即工作指示），经延时回路输出一个保持一定时间的信号，对这个信号进行电流放大，带动励磁回路使继电器工作（即动作执行机构）。

1.2 菲涅耳透镜

红外传感电路配合使用菲涅耳透镜可以有效地增加传感器的作用范围。通常利用它和传感器的不同配合检测不同范围。这里以TY-6510A和球面形菲涅耳透镜为例简要说明。

当球面形菲涅耳透镜和传感器配合使用时，透镜上的分割板状小窗可以进行多角度检测，如未加透镜前的视场为120°×110°，增加透镜后的视场可以达到150°×110°，此外，由于能量被聚集，可以较好地改善传感器的输出，同时，该透镜还可以起到对传感器的保护作用（防止太阳等高能量体损坏传感器）。图3是加有透镜的传感器示意图。

1.3 红外信号处理电路

如图4所示，热释电红外传感器的额定工作电流In《15mA，工作电压为2.2-15 V，由4个运放组成2级放大和1个比较电路。辅以4个施密特触发器构成的延时电路，在本电路里用的7805提供1个稳定的电源。当给传感器的+Vss端施加稳定的5V电压时，只要有300-320K的黑体温度被检测到时，传感器的输出电压通过连续两级信号放大，再由比较放大器比较放大，当达到一个设定的门限阈值时就输出一个有效的信号经过施密特触发器组成的延时电路，使执行机构动作（这里是控制继电器）。

2 单片机控制电路

PICl6CE62X是美国MicroChip公司的产品，该系列单片机除具有在1个芯片内集成了众多的优秀微处理器的特性外，还具有其他独特性能，如集成比较器，模/数、数/模转换器等，从而使得它的应用领域非常广泛。E2PROM数据存储器不仅具有掉电数据保护功能还有品质高（1.8～6.0V可工作）、寿命长（最大写入次数达100万次）的特点，更重要的是由单片机内部进行控制操作，外部无法进行读写，所以具有极高的数据保密性。这使其广泛应用于保密性产品如智能IC卡、密码锁、电子防盗系统等方面。我们选用PIC16CE62X单片机，它有1个内置E2RPOM存储器，使用较为方便。

单片机控制电路设计功能要求为：有数码显示，有简单的人机接口，在无操作时能够显示当前时间，当检测端有信号时可以自动在E2RPOM存储器中记录当前的时间数据，能够对时间进行设定，能够对数据进行检查和删除，可以与上位机进行串口通讯。程序流程图见图5。

开始对单片机进行整体复位，初始化PORTA和PORTB，设置堆栈指针位和定时器TIMER0。允许定时器溢出中断。之后读时钟发生器DS1302中的当前时钟信号并送至主LED显示。再检测是否有传感器SENSORS输出的检测信号，以决定是否需要记录，用执行键扫描来判断此时外界有无新要求的动作，以决定是否进入键扫描程序。为了减小工作量，使用了时钟发生器DS1302，方便地实现了时间数据的使用和控制。

由于E2PROM的缘故PIC16CE62X相对于其他的PIC单片机多了如下几个寄存器EECON1，EECON2，EEDATA，EEADR，其中EECON1只使用了它的低5位D0—D4，分别代表WRRO，WREN，WRERR，EEIF。为了防止因中断引起的写操作失败，我们采取了关闭中断的措施。

其中1-7的步骤应该严格执行，因为在写操作的过程中如果这时有中断发生的话，CPU就会终止写操作转而处理中断任务，而这时的写操作不但会失败并且还有丢失数据的可能，因此在写操作过程中应当首先关闭总中断，待等到写操作完成以后再开放总中断。

3 结语

本文所述系统已实现，在实验室运行可以可靠地运作。由于保安监控系统的安全系数要求很高，因此，若以这种思路为线索，在实际应用中增加适当的辅助措施并对其可靠性给予提高，相信会有一定的商业价值。