陳文豪，胡景振，劉培植

(北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，北京100876)

1 熱釋電傳感器電路

熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。本裝置采用德國生產(chǎn)的LHI778熱釋電紅外傳感器，工作時D端接電源正極，G端接電源公共地，S端為信號輸出端。同時在窗口上采用菲涅爾透鏡使有效距離和傳感器的靈敏度大大增加。整個探測電路由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大及報警電路等幾部分組成，信號放大電路由兩級放大分別構(gòu)成。采用LM324對LHI778微弱的信號進(jìn)行放大，最初采得信號為0.1mv，經(jīng)過第一級27倍放大，第二級150倍放大，再通過一級電壓比較器，輸出電平信號，這樣就完成了傳感器信號電路的設(shè)計。當(dāng)傳感器信號超過比較電壓時，將輸出3V電平;反之則輸出0V低電平。

2 OV6620CMOS圖像傳感器與C3088攝像頭模塊的分析

OV6620CMOS圖像采集芯片采集圖像的像素為352×288點(diǎn)陣。最高幀率60幀每秒。所有的附加控制功能可以通過I2C編程實(shí)現(xiàn)，輸出圖像為8bit或16bit數(shù)字信號。由于芯片各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)方式統(tǒng)一，所以使用了附帶此芯片的C3088彩色攝像頭模塊。C3088是一款優(yōu)秀的數(shù)字彩色攝像頭輸出模組，因數(shù)字接口簡單，加上芯片CMOS傳感技術(shù)的支持，使得此款模組性價比極高。在這里采集灰度數(shù)據(jù)使之顯示灰度圖像，數(shù)據(jù)流用Y0－Y7采集。

3 AVR?ATmega16L單片機(jī)

ATmega16L單片機(jī)是一款性價比頗高的單片機(jī)，由于此單片機(jī)支持I2C編程，支持串口USART，也支持中斷，所以和C3088攝像頭模組是很匹配的，加上兩者供電都是+5V，而AVR單片機(jī)工作頻率最高可達(dá)到16MHz，這使此單片機(jī)處理圖像成為可能，采用低功耗的ATmega16L單片機(jī)還可以有效的在較低工作電壓(3.3V)運(yùn)行。經(jīng)過綜合考慮選擇了這款單片機(jī)。它的主要任務(wù)是當(dāng)收到熱釋電傳感器的觸發(fā)信號時命令C3088模組采集圖像，然后通過串口將一幅圖像發(fā)送到外部設(shè)備。由于C3088模組的工作頻率很高，可以通過兩種方式采集到一幅完整的圖像:①由于C3088支持I2C編程，可以通過修改其寄存器的地址而使攝像頭的掃描頻率降低到單片機(jī)可以采集到每一點(diǎn)圖像的頻率;②采用高速FIFO緩存芯片，當(dāng)采集到一幅圖像以后，將圖像鎖定在緩存芯片內(nèi)，AVR單片機(jī)再緩慢讀出。兩種方法，框圖如圖1所示。

圖1 單獨(dú)使用單片機(jī)采集一幅圖像

圖1 說明:當(dāng)LHI778觸發(fā)時，將向ATmega16L單片機(jī)輸出高電平信號，此信號被單片機(jī)識別以后，單片機(jī)會啟動I2C程序?qū)3088模塊的工作頻率降低，然后開始采集圖像。

圖2說明:當(dāng)LHI778觸發(fā)時，將向ATmega16L單片機(jī)輸出高電平信號，此信號被單片機(jī)識別以后，單片機(jī)初始化FIFO芯片，使之采集C3088送回的圖像。當(dāng)采集完一幅圖像以后單片機(jī)再通過發(fā)出讀時鐘來讀出FIFO芯片內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)。

圖2 使用FIFO芯片和單片機(jī)配合采集一幅圖像

實(shí)驗(yàn)證明兩種方法都可以實(shí)現(xiàn)，相比之下第一種方法成本更低，但編程較為復(fù)雜，采集一幅圖像所需時間比較長，大約在60秒左右，由于曝光時間過長，將無法采集到動態(tài)物體的細(xì)節(jié)圖像。而第二種方法可以瞬間采集到一幅圖像，然后慢速讀出，可以優(yōu)秀地還原動態(tài)物體的細(xì)節(jié)圖像，但是高速FIFO芯片的成本較高，不適合于大規(guī)模應(yīng)用。如果采用第二種方法，可以使用AVERLOGIC公司生產(chǎn)的AL422B或者AL4v8m440芯片。兩者工作電壓都為5V，芯片使用方便。相比起來前者價格低廉，但是存儲空間有限，并且對讀時鐘信號有嚴(yán)格的限制，因此過低的讀時鐘信號將導(dǎo)致無法獲得正確的圖像數(shù)據(jù)。而后者存儲空間為8Mbits可以一次性存儲大于50張的圖像(一幅圖像大約84k左右)，對讀時鐘信號也沒有限制，但是價格較高。如圖3和圖4所示。

4 無線發(fā)送端與接收模塊

無線模塊的主要功能:當(dāng)單片機(jī)收到LHI778熱釋電傳感器的觸發(fā)信號以后，在采集圖像的同時向無線模塊的發(fā)射端傳送高電平，接收端通過解碼以后觸發(fā)APR9600語音芯片進(jìn)行語音報警，同時觸發(fā)加密鎖對室內(nèi)門進(jìn)行加鎖，防止財產(chǎn)損失。無線模塊的接收端由接收器、APR9600語音芯片、功放芯片以及AVR?Attiny26L單片機(jī)構(gòu)成。工作框圖如圖5所示。

圖5 無線模塊工作框圖

Attiny26L單片機(jī)主要控制APR9600芯片的錄音和播放，同時它也控制密碼鎖的解鎖和加鎖。性能優(yōu)越，價格低廉，是無線接收模塊理想的選擇。APR9600芯片采用串行控制，禁用分段，以免播放時產(chǎn)生混亂。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上的設(shè)計思路搭建了一個圖像采集語音報警系統(tǒng)，進(jìn)行報警實(shí)驗(yàn)，采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時采集，且所采集圖像的圖像清晰，準(zhǔn)確率較高，報警系統(tǒng)正常工作，基本滿足設(shè)計要求。

［1］海濤.ATmega系列單片機(jī)原理及應(yīng)用－C語言教程［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］佟長福.AVR單片機(jī)GCC程序設(shè)計［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［3］AverLogic Technologies，Inc..AL422 Data Sheets［Z］.RevisionV1.01 ［2009］.http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/buzzard/mve/HWSpecs－1/Documentation/AL422B_Data_Sheets.pdf.

［4］OMNIVISION Technologies.OV6620 SINGLE － CHIP CMOS VGA B＆W COLOR DIGITAL AMERA［Z］.RevisionV1.11 ［1999］.http://www.datasheet.in/datasheet－ html/O/V/6/OV6120_ETC.pdf.html.

［5］AverLogic Technologies，Inc..AL4V8M440 Data Sheets［Z］.RevisionV1.0 ［2009］.http://www.semiconductorstore.com/pdf/AL4V8M440 － A －20 － .pdf.

［6］Comedia Corporation.C3088 Data Sheets［Z］.［2004］.http://www.alldatasheet.com/datasheet － pdf/pdf/105280/ETC/C3088.html.