基于89C51和紅外對射技術(shù)的安全警示系統設計

　　摘要：隨著(zhù)城市軌道交通的普及，地鐵候車(chē)區的安全問(wèn)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(chē)區的兩端，由人眼無(wú)法看到的紅外光，形成警戒線(xiàn)。當有人跨越警戒線(xiàn)時(shí)，光線(xiàn)被遮擋，接收端信號發(fā)生變化，采用89C51單片機進(jìn)行信號處理，驅動(dòng)語(yǔ)音芯片ISD1 820發(fā)出語(yǔ)音警示信號，起到安全警示效果。同時(shí)，結合地鐵站內地鐵進(jìn)站時(shí)乘客需要踩踏警戒線(xiàn)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)警示功能設置成失效，在地鐵離站后立即恢復正常功能，并以此循環(huán)往復。該警示系統原理簡(jiǎn)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使用可以在很多領(lǐng)域內進(jìn)行擴展使用。

　　關(guān)鍵詞：紅外傳感器;主動(dòng);對射式;警示系統;89C51單片機

　　紅外線(xiàn)自1800年被發(fā)現以來(lái)，人們對紅外技術(shù)的研究從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了眾多的應用產(chǎn)品，應用于醫療、檢測、航空和軍事等領(lǐng)域。由于紅外線(xiàn)是不可見(jiàn)光，具有較強的隱蔽性和保密性，因此紅外技術(shù)主要應用在探測、控制、測量等系統，以及防盜、警戒等安保裝置中。例如軍事或醫學(xué)領(lǐng)域中的紅外熱像儀測溫系統，民用領(lǐng)域內的人體識別、人體運動(dòng)特征探測和速度測量，安防系統中的紅外報警器等。紅外報警技術(shù)是其中最重要、最普及的研究領(lǐng)域之一，隨著(zhù)集成電路技術(shù)和智能信息處理技術(shù)的發(fā)展，紅外報警技術(shù)逐步走向成熟，設備趨向小型化和智能化，其應用也從最初的軍用，逐漸過(guò)渡到公共場(chǎng)合中的警示系統、居民住宅中的防盜系統、事業(yè)單位的防入侵系統等。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )的快速進(jìn)步和城市的大力建設，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)應用于地鐵閘機的人體識別系統中。但是，地鐵快速、無(wú)人售票等特點(diǎn)帶來(lái)的安全隱患也相應增加，再加上乘客安全意識不足，導致與地鐵相關(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(mén)急需解決的問(wèn)題之一。本文設計的人體紅外警示系統旨在解決這一問(wèn)題。該系統采用紅外對射技術(shù)采集報警信號，經(jīng)過(guò)單片機進(jìn)行處理，發(fā)出語(yǔ)音警示信號，提示跨越安全警示線(xiàn)的乘客退回到安全候車(chē)區。

　　目前，在地鐵站已經(jīng)有一些報警系統投入使用，但均有成本高昂等缺陷，本文設計的紅外報警系統成本則相對低廉，只需一塊89C51單片機P89V51RD2、一個(gè)語(yǔ)音錄放模塊(ISD1820)和外圍紅外探測電路即可達到報警效果，前景相當可觀(guān)。

　　1 紅外線(xiàn)報警技術(shù)

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

　　紅外探測技術(shù)由于其與人體的關(guān)系在報警系統中的應用占據了相當大的一部分。紅外報警器分為主動(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、紅外探測器件(紅外傳感器)及報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(lái)自環(huán)境的紅外輻射，通過(guò)光學(xué)系統的配合作用，它可以探測到位某一個(gè)立體防范空間內的熱輻射的變化。當有人體在探測區域內走動(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換為相應的電信號，經(jīng)適當的處理后，送往報警控制器，發(fā)出報警信號。

　　主動(dòng)式紅外探測器，也稱(chēng)對射式紅外傳感器，全名叫“光束遮斷式感應器”，是一種能檢測人體發(fā)出的特定波長(cháng)紅外線(xiàn)的敏感元件。紅外對射式探測器由瞄準孔、光束強度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等組成。其偵測原理是利用紅外線(xiàn)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(xiàn)傳至很遠距離，由受光器接收，當光線(xiàn)被遮斷時(shí)就會(huì )給出報警信號。紅外對射報警器由收、發(fā)裝置兩部分組成，如圖2所

　　示。發(fā)射裝置向裝在幾米遠的接收裝置輻射一束紅外線(xiàn)，當被遮斷時(shí)，接收裝置即發(fā)出報警信號。

　　被動(dòng)紅外技術(shù)基本應用于室內防范，而主動(dòng)紅外技術(shù)不僅可用于室內還可用于室外，并具有隱蔽性強、靈敏度高等特點(diǎn)。此外，由紅外對射管構成的探測裝置一般在6～15米的距離之內準確地感測運動(dòng)人體的存在，較之微波、超聲探測方式具有穩定性好、抗干擾能力強、耗電微、敏感度高，且能準確鑒別生物體和非生物體的運動(dòng)，誤報率低，目前被認為是最可靠的人體探測技術(shù)。因此，本論文所設計的地鐵安全警示系統，主要采用主動(dòng)式紅外對射報警器的設計模式。

　　2 系統結構與工作原理

　　文中所設計的地鐵安全警示系統主要運用紅外線(xiàn)檢測、信號傳輸和單片機控制等技術(shù)。將該報警器安裝在地鐵站的黃線(xiàn)警示線(xiàn)的兩端，采用紅外對射技術(shù)對人侵信號進(jìn)行檢測，若有人踩踏黃線(xiàn)，進(jìn)入警示區，則光線(xiàn)被遮斷，系統就會(huì )采集到入侵信號，傳遞給核心控制單片機，發(fā)出警示信號。結合地鐵站的實(shí)際情況，可以在每個(gè)地鐵門(mén)的兩端放置一對紅外對射設備，并在每個(gè)地鐵門(mén)前安裝一個(gè)帶有紅色警示燈的語(yǔ)音警示模塊(ISD1820)，從而實(shí)現一塊單片機集中處理入侵信號，各個(gè)地鐵門(mén)分開(kāi)報警的功能。

　　當光束遮斷式感應器檢測到入侵信號時(shí)，將該入侵信號的輸出端接向單片機P89V51RD2的管腳上，通過(guò)在C語(yǔ)言環(huán)境下對該信號進(jìn)行處理，使用P89V51RD2的控制功能，用以驅動(dòng)語(yǔ)音錄放模塊，發(fā)出“請在黃線(xiàn)外候車(chē)”的語(yǔ)音警示信號，再配合警示燈實(shí)時(shí)亮紅燈，達到報警效果。并在C語(yǔ)言環(huán)境下設置延時(shí)，以實(shí)現當地鐵進(jìn)站乘客踩踏警戒線(xiàn)上車(chē)時(shí)報警功能失效，在地鐵離站后立即恢復正常，并以此循環(huán)往復，從節約單片機資源、充分利用單片機管腳的角度出發(fā)，可是使用一塊P89V51RD2去控制4個(gè)紅外對射設備，從而實(shí)現一塊P89V51RD2控制多個(gè)地鐵門(mén)的功能，而且相互不干擾。再者，對開(kāi)發(fā)板上的數碼管編程設置一個(gè)電子表，使其與報警系統啟動(dòng)開(kāi)始同步實(shí)時(shí)顯示系統運行時(shí)間，以方便工作人員進(jìn)行管理。

　　系統設計的總體結構和電路原理圖如圖3所示，電路設計軟件的限制，圖中用蜂鳴器模擬語(yǔ)音錄放模塊(ISD1820)。結合系統設計總體結構圖，可將系統總體功能劃分為硬件和軟件兩方面分別進(jìn)行設計。系統硬件設計部分主要完成發(fā)送端和接收端的電路設計，語(yǔ)音報警電路設計，及其與核心控制單片機的接口電路等。系統軟件設計部分主要指進(jìn)行核心信號處理的89C51單片機的C語(yǔ)言程序結構規劃和內容設計。