引 言

現(xiàn)在，很多實(shí)驗(yàn)室出于保密性、安全性等原因考慮，常常將實(shí)驗(yàn)室從內(nèi)到外隔成多個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)相關(guān)人員都在聚精會(huì)神地工作時(shí)，可能出現(xiàn)外面實(shí)驗(yàn)室門敞開而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)沒人的情況，這可能導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。為避免上述問題，需要在類似場(chǎng)合安裝能檢測(cè)人員進(jìn)出的探測(cè)器，當(dāng)有人進(jìn)門或者出門時(shí)候能夠發(fā)出不同的語音信號(hào)，以提示相關(guān)人員。

現(xiàn)在用于檢測(cè)人員進(jìn)出的探測(cè)器主要采用熱釋紅外傳感器。人體能夠發(fā)射10μm左右的紅外線，熱釋紅外傳感器就是靠接收這種紅外線而進(jìn)行工作的。這種探測(cè)器功耗小，隱蔽性好，價(jià)格低廉，但也具有以下缺點(diǎn)：①不能判斷人員流動(dòng)方向；②探測(cè)器穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；③探測(cè)器容易受熱源、光源、射頻輻射等干擾；④環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)器靈敏度明顯下降，可能造成探測(cè)器短時(shí)失靈。 針對(duì)上述探測(cè)器的缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)所的特殊性，本文提出采用紅外線技術(shù)，用PIC12F675作為檢測(cè)和控制核心，設(shè)計(jì)了一款新型的人體探測(cè)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)思想

辦公室中人們通常的進(jìn)出門方向如圖1所示。沿著進(jìn)門的方向，安置兩組紅外線發(fā)射接收裝置：第一組紅外線發(fā)射管x與紅外線接收管x'，第二組紅外線發(fā)射管y與紅外線接收管y'，其中紅外線接收管x'和y'要分別正對(duì)發(fā)射管x和y。正常情況下，紅外接收管不間斷地接收來自紅外發(fā)射管的紅外光。當(dāng)有人通過發(fā)射管及接收管所構(gòu)成的警戒線，擋住了紅外線發(fā)射管，從而使接收管中斷接收發(fā)射管的紅外線信號(hào)，引起進(jìn)入CPU的電平變化，CPU檢測(cè)到此變化引起中斷，將平時(shí)處于睡眠狀態(tài)的CPU喚醒，并對(duì)中斷進(jìn)行判斷，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。

本系統(tǒng)通過檢測(cè)x'、y'的電平變化時(shí)序?qū)崿F(xiàn)進(jìn)門和出門時(shí)發(fā)出不同的提示信號(hào)，如圖2所示。當(dāng)進(jìn)門時(shí)，x'先變化，y'后變化，如圖2進(jìn)門時(shí)序①所示；出門時(shí)，y'先變化，x'后變化，如時(shí)序③所示。CPU通過檢測(cè)x'和y'的變化時(shí)序就可以區(qū)別是進(jìn)門還是出門，從而使語音芯片發(fā)出不同的聲音，起到提示作用。

硬件設(shè)計(jì)

發(fā)射部分

由于紅外發(fā)射管的發(fā)射功率一般較小，為約10mW，這導(dǎo)致紅外接收頭信號(hào)微弱。根據(jù)紅外發(fā)射管的物理特性，本系統(tǒng)用PIC12F675的7腳和6腳產(chǎn)生信號(hào)，通過Q1和Q2兩個(gè)三極管，驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管(D3和D4)發(fā)射出紅外線常用的載波頻率(38kHz紅外信號(hào))，從而提高發(fā)射性能和發(fā)射距離，且使抗干擾能力大大加強(qiáng)。本文使用的38kHz載波頻率的占空比為50%。發(fā)射部分電路如圖3所示。

接收部分

如圖4所示，該系統(tǒng)接收部分利用紅外線一體化接收頭(SM0038)，它能自動(dòng)完成對(duì)紅外信號(hào)的接收、放大、檢波、整形，然后輸出相應(yīng)的脈沖信號(hào)至PIC12F675的7腳和6腳，其中PIC12F675的7腳接收紅外線發(fā)射管D3的信號(hào)，PIC12F675的6腳接收紅外線D4的信號(hào)。

當(dāng)沒人進(jìn)出時(shí)，紅外線接收管連續(xù)不斷地接收紅外線發(fā)射管發(fā)射的38kHz信號(hào)，使PIC12F675的7腳和6腳保持低電平；當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)，第一組紅外線接受管x'首先接收不到38kHz的信號(hào)，PIC12F675的7腳先變?yōu)楦唠娖?，接著第二組紅外線接收管y'也無法接收到38kHz信號(hào)，6腳隨后變?yōu)楦唠娖?。反之，出門時(shí)，6腳先變?yōu)楦唠娖剑?腳后變?yōu)楦唠娖?。利用PIC12F675的引腳電平變化中斷功能，PIC12F675的6腳和7腳上電平發(fā)生變化產(chǎn)生中斷，CPU判斷7腳和6腳的波形以及時(shí)序，就能判斷出有人進(jìn)或出門，通過5腳(GP2)發(fā)送不同頻率的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)語音芯片發(fā)出不同的語音信號(hào)。D7是指示燈，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，D7亮1s，然后熄滅，表示系統(tǒng)已正常工作。

軟件設(shè)計(jì)

紅外線發(fā)射部分的主要功能是產(chǎn)生38kHz的方波，驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。為使系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠，發(fā)射部分的CPU必須連續(xù)不斷地工作。

對(duì)接收部分，由于接收端CPU大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，只有在有人進(jìn)出時(shí)才進(jìn)行相應(yīng)判斷，為了節(jié)約能量，平時(shí)CPU一直處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)有人進(jìn)出時(shí)，紅外線接收管被喚醒并進(jìn)入中斷，中斷程序流程圖如圖5所示。

程序首先清空相應(yīng)的中斷標(biāo)志及其WDT，然后判斷是進(jìn)門時(shí)序還是出門時(shí)序。為了使判斷準(zhǔn)確無誤，防止干擾，每次進(jìn)行相應(yīng)判斷為真后必須加一定的延時(shí)，然后重新判斷，如果經(jīng)過判斷確認(rèn)是干擾信號(hào)，則直接開中斷返回。

為了防止接收端CPU由于干擾信號(hào)導(dǎo)致程序執(zhí)行路線脫離正常軌道，從而使執(zhí)行過程發(fā)生混亂，系統(tǒng)中采用WDT監(jiān)視定時(shí)器時(shí)刻監(jiān)視CPU的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)CPU發(fā)生混亂時(shí)，看門狗會(huì)將CPU及時(shí)"拉回"到正確運(yùn)行路線的起點(diǎn)，重新開始運(yùn)行。

調(diào)試及結(jié)論

該探測(cè)器經(jīng)過軟硬件的反復(fù)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室、辦公室以及商店安裝使用3個(gè)月，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地檢測(cè)人員進(jìn)出，發(fā)出不同的語音信號(hào)，達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。