（貴州師范大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001）

目前，國(guó)內(nèi)大、中、小學(xué)教室的照明燈具的控制大多采用手動(dòng)控制，普遍存在“無(wú)人亮燈”、“人少燈多”、“白天亮燈”等現(xiàn)象，即使學(xué)校進(jìn)行嚴(yán)格管理，人不可避免地出現(xiàn)忘記關(guān)燈的情況，特別是白天情況更是如此，從而造成大量的能源浪費(fèi)。另外，各種照明燈具也都具有一定的使用時(shí)限，在白晝光線充足的情況下仍繼續(xù)使用照明，必然會(huì)縮短各種燈具的使用壽命。同時(shí)，防盜在高校也備受重視。為此，本文提出智能感應(yīng)開(kāi)關(guān)與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，智能感應(yīng)開(kāi)關(guān)與防盜系統(tǒng)有效的節(jié)約了能源，并實(shí)現(xiàn)了安保，對(duì)學(xué)校的安全與節(jié)能具有重要的意義。

將報(bào)警系統(tǒng)與節(jié)能系統(tǒng)相結(jié)合，形成了新型的節(jié)能、智能安防系統(tǒng)，為和諧社會(huì)的建設(shè)提供良好的安全保障。

1 智能感應(yīng)開(kāi)關(guān)與防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)主要是利用紅外線傳感器和光照傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)——紅外傳感器檢測(cè)所檢測(cè)場(chǎng)所是否有人；光照傳感器主要檢測(cè)所檢測(cè)場(chǎng)所的光照強(qiáng)度,并將傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)嵌入式采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)的場(chǎng)所為無(wú)人或者光照傳感器檢測(cè)到場(chǎng)所的光照強(qiáng)度滿(mǎn)足條件時(shí)，系統(tǒng)將在30秒后自動(dòng)關(guān)燈，并在沒(méi)有人的情況下開(kāi)啟防盜開(kāi)關(guān)，起到智能感應(yīng)及防盜的作用，達(dá)到節(jié)約能源和防盜的目的。而解鎖則用輸入密碼和指紋來(lái)控制報(bào)警器（密碼解鎖——當(dāng)你要他人帶你去你家或者其他的場(chǎng)所，指紋不一樣時(shí)，可以輸入密碼解鎖）。如果有人闖入，防盜開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)探測(cè)信號(hào)，若不在30秒內(nèi)解除防盜鎖，則自動(dòng)把此信息發(fā)送到管理人員電腦或者主人手機(jī)上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)安保工作。在防盜方面，如果有人闖入，其會(huì)自動(dòng)探索信號(hào)，如果此人不在30秒內(nèi)解除防盜鎖，自動(dòng)把此信息發(fā)送到管理人員電腦或者主人手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)安保工作。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件部分主要包括TIAM335XCortex-A8嵌入式開(kāi)發(fā)板，人體紅外傳感器、光照傳感器及其防盜鎖。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 開(kāi)發(fā)板的主要處理器

TIAM335X是TI基于ARM Corter-A8內(nèi)核的AM335X微處理器，在圖像、圖形處理、外設(shè)和諸如EtherCAT和PROFIBUS的工業(yè)接口選項(xiàng)方面進(jìn)行了增強(qiáng)。其最高主頻可達(dá)到720 Hz，運(yùn)用范圍廣，價(jià)格一般，能處理較為復(fù)雜的信息和兼容電路的設(shè)計(jì)，采用的是LCD顯示屏。

該處理器如圖2所示，其主要性能指標(biāo)如下。

圖2 TIAM335X開(kāi)發(fā)板

（1）基于TIARM Cortex-A8 AM335X高性能處理器；

（2）低功耗設(shè)計(jì)；

（3）支持16位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線和12位地址總線擴(kuò)展；

（4）2路 USB2.0；

（5）多達(dá)6個(gè)串口；

（6）支持兩路千兆網(wǎng)口，支持linux3.1.2；

此外，它還提供一系列工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)，這些功能使得數(shù)據(jù)傳輸終端可以擴(kuò)展豐富的接口和功能。

2.2 人體紅外傳感器和光照傳感器

人體紅外傳感器主要采用的是數(shù)字人體傳感器，其工作原理為：人的溫度一般是37°，在這個(gè)溫度下會(huì)發(fā)出特定的10μm左右的紅外波長(zhǎng)，它主要依靠人體發(fā)出的10μm波長(zhǎng)進(jìn)行工作[4]。通過(guò)菲泥爾濾光片增加后聚光傳送到紅外感應(yīng)源上，紅外傳感器采用的是熱釋元件，此元件在遇到人體溫度變化的時(shí)候會(huì)失去原來(lái)電荷的平衡，向外釋放電荷，因此外在電路得到電荷后就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

光照傳感器主要采用數(shù)字光照傳感器，其原理為：光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢?jiàn)光轉(zhuǎn)換成某種電量的傳感器[2]，就是在一定的光照強(qiáng)度下，設(shè)置好初始值，當(dāng)光照強(qiáng)度大于設(shè)置初始值，則信號(hào)傳輸?shù)娇刂平K端，然后形成關(guān)燈的信號(hào)，自動(dòng)把燈關(guān)掉。

2.3 防盜鎖

防盜鎖主要運(yùn)用指紋和數(shù)字一體的設(shè)計(jì)，在人體紅外傳感器探索無(wú)人后，則在30秒鐘后自動(dòng)關(guān)燈，并且防盜系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)有人闖入時(shí)，在30秒內(nèi)沒(méi)有解鎖，采集的信號(hào)發(fā)送到報(bào)警處理器后，則報(bào)警并將報(bào)警信息通過(guò)短信形式發(fā)送到綁定的手機(jī)上。其原理圖如圖3所示：

圖3報(bào)警原理

3 軟件設(shè)計(jì)

人員、時(shí)間、光照、報(bào)警組成系統(tǒng)的主要要素，光照強(qiáng)度及是否有人員是控制開(kāi)燈關(guān)燈的主要因素，人體紅外傳感器可以區(qū)分各個(gè)區(qū)域的開(kāi)燈情況，這樣不僅考慮到了場(chǎng)所燈的劃分，進(jìn)而得到控制，而且有效增強(qiáng)了節(jié)能效果。光照強(qiáng)度的檢測(cè)，通過(guò)光照傳感器，安裝在該場(chǎng)所光照最弱的天花板上，采集到的光照強(qiáng)度發(fā)送到系統(tǒng)的采集卡上，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)控制終端對(duì)燈是開(kāi)或者關(guān)的控制，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制燈的開(kāi)或者關(guān)狀態(tài)[3,4]。

本系統(tǒng)的軟件模塊主要包括智能防盜報(bào)警模塊和智能開(kāi)關(guān)模塊。智能防盜模塊主要是通過(guò)先檢測(cè)所監(jiān)測(cè)區(qū)域是否有人，若有人，再判斷該人逗留的時(shí)間是否超過(guò)了30秒，若超過(guò)，則自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。若檢測(cè)到所監(jiān)測(cè)的區(qū)域無(wú)人，則自動(dòng)開(kāi)啟防盜鎖。其流程圖如圖4所示。

圖4智能防盜報(bào)警流程

智能開(kāi)關(guān)模塊主要是通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)所監(jiān)測(cè)的區(qū)域是否有人，若無(wú)人，就利用控制信號(hào)自動(dòng)關(guān)燈，否則，就判斷光照強(qiáng)度是否大于所設(shè)定的初值，若大于所設(shè)定的初值，再利用控制信號(hào)自動(dòng)關(guān)燈。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到所監(jiān)測(cè)的區(qū)域無(wú)人時(shí)，就自動(dòng)關(guān)燈。其流程圖如圖5所示：

圖5智能開(kāi)關(guān)程序流程

該系統(tǒng)采用三種控制模式，分別為：手動(dòng)模式、自動(dòng)模式、強(qiáng)制模式。手動(dòng)模式則是人為模式，主要的就是自動(dòng)模式和強(qiáng)制控制模式。當(dāng)傳感器采集到信號(hào)后，它會(huì)自動(dòng)的傳送到相應(yīng)的模式下完成工作。如果需要強(qiáng)制控制，但是在控制終端需要手動(dòng)設(shè)置。

在該系統(tǒng)的檢測(cè)時(shí)，主要是利用開(kāi)發(fā)板自身搭配的檢測(cè)系統(tǒng)的方法，它有交叉編譯器、測(cè)試源碼、系統(tǒng)源碼等，自身的采集卡能夠把傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行采集，把所采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并發(fā)出執(zhí)行命令。

系統(tǒng)的安裝有硬件、軟件安裝。在硬件安裝方面，把傳感器安裝到相應(yīng)的天花板上，通過(guò)場(chǎng)所的空間大小計(jì)算出安裝的相應(yīng)位置，這樣就減少傳感器盲區(qū)，將采集到的信號(hào)通過(guò)網(wǎng)咯傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)娇刂平K端，每個(gè)場(chǎng)所的密碼鎖就安裝到燈開(kāi)關(guān)旁邊，與報(bào)警器連接，這樣就能利用原有的線，開(kāi)關(guān)、燈設(shè)備，有效的減少了成本，也充分的提高了其利用率。軟件的安裝，主要是在控制終端安裝到電腦上，一般安裝到保衛(wèi)處（管理人員）電腦上，這樣有利于管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的綜合實(shí)驗(yàn)，智能感應(yīng)開(kāi)關(guān)與防盜系統(tǒng)能給人們的生活帶來(lái)更多的便捷。其有相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，減少了環(huán)境的一些干擾，用數(shù)字光照傳感器，能精確的判斷出光照強(qiáng)度，人體數(shù)字紅外傳感器也能感應(yīng)出流動(dòng)人員的相對(duì)情況，將防盜系統(tǒng)結(jié)合在一起，大大的提高了安保漏洞問(wèn)題和節(jié)約電能的問(wèn)題。

[1]丁英麗.熱釋紅外傳感器的原理及應(yīng)用[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè).2002，(4):15-16.

[2]劉 潔，陳特放，李比翼.基于ARM的LCU測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用.2008，(4):115-123.