摘要：隨著城市軌道交通的普及，地鐵候車(chē)區(qū)的安全問(wèn)題日益受到重視。采用四對(duì)主動(dòng)對(duì)射式紅外傳感器放置于候車(chē)區(qū)的兩端，由人眼無(wú)法看到的紅外光，形成警戒線。當(dāng)有人跨越警戒線時(shí)，光線被遮擋，接收端信號(hào)發(fā)生變化，采用89C51單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音芯片ISD1 820發(fā)出語(yǔ)音警示信號(hào)，起到安全警示效果。同時(shí)，結(jié)合地鐵站內(nèi)地鐵進(jìn)站時(shí)乘客需要踩踏警戒線進(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(shè)置成失效，在地鐵離站后立即恢復(fù)正常功能，并以此循環(huán)往復(fù)。該警示系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，成本低廉，探測(cè)效果好，可實(shí)施性高，不僅可以在地鐵站內(nèi)使用可以在很多領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展使用。

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

　　紅外線自1800年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們對(duì)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(yīng)用產(chǎn)品，應(yīng)用于醫(yī)療、檢測(cè)、航空和軍事等領(lǐng)域。由于紅外線是不可見(jiàn)光，具有較強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此紅外技術(shù)主要應(yīng)用在探測(cè)、控制、測(cè)量等系統(tǒng)，以及防盜、警戒等安保裝置中。例如軍事或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的紅外熱像儀測(cè)溫系統(tǒng)，民用領(lǐng)域內(nèi)的人體識(shí)別、人體運(yùn)動(dòng)特征探測(cè)和速度測(cè)量，安防系統(tǒng)中的紅外報(bào)警器等。紅外報(bào)警技術(shù)是其中最重要、最普及的研究領(lǐng)域之一，隨著集成電路技術(shù)和智能信息處理技術(shù)的發(fā)展，紅外報(bào)警技術(shù)逐步走向成熟，設(shè)備趨向小型化和智能化，其應(yīng)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(tǒng)、居民住宅中的防盜系統(tǒng)、事業(yè)單位的防入侵系統(tǒng)等。

　　近年來(lái)，隨著社會(huì)的快速進(jìn)步和城市的大力建設(shè)，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(duì)射式紅外傳感器已經(jīng)應(yīng)用于地鐵閘機(jī)的人體識(shí)別系統(tǒng)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(yīng)增加，再加上乘客安全意識(shí)不足，導(dǎo)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(shè)計(jì)的人體紅外警示系統(tǒng)旨在解決這一問(wèn)題。該系統(tǒng)采用紅外對(duì)射技術(shù)采集報(bào)警信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理，發(fā)出語(yǔ)音警示信號(hào)，提示跨越安全警示線的乘客退回到安全候車(chē)區(qū)。

　　目前，在地鐵站已經(jīng)有一些報(bào)警系統(tǒng)投入使用，但均有成本高昂等缺陷，本文設(shè)計(jì)的紅外報(bào)警系統(tǒng)成本則相對(duì)低廉，只需一塊89C51單片機(jī)P89V51RD2、一個(gè)語(yǔ)音錄放模塊(ISD1820)和外圍紅外探測(cè)電路即可達(dá)到報(bào)警效果，前景相當(dāng)可觀。

　　1 紅外線報(bào)警技術(shù)

　　紅外探測(cè)系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動(dòng)探測(cè)發(fā)生在布防監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的侵入行為.產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并輔助提示值班人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對(duì)策的系統(tǒng)。

　　紅外探測(cè)技術(shù)由于其與人體的關(guān)系在報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用占據(jù)了相當(dāng)大的一部分。紅外報(bào)警器分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式紅外探測(cè)器主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器件(紅外傳感器)及報(bào)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(cè)來(lái)自環(huán)境的紅外輻射，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的配合作用，它可以探測(cè)到位某一個(gè)立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。當(dāng)有人體在探測(cè)區(qū)域內(nèi)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(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗螅屯鶊?bào)警控制器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　主動(dòng)式紅外探測(cè)器，也稱(chēng)對(duì)射式紅外傳感器，全名叫“光束遮斷式感應(yīng)器”，是一種能檢測(cè)人體發(fā)出的特定波長(zhǎng)紅外線的敏感元件。紅外對(duì)射式探測(cè)器由瞄準(zhǔn)孔、光束強(qiáng)度指示燈、球面鏡片、LED指示燈等組成。其偵測(cè)原理是利用紅外線經(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傳至很遠(yuǎn)距離，由受光器接收，當(dāng)光線被遮斷時(shí)就會(huì)給出報(bào)警信號(hào)。紅外對(duì)射報(bào)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(yuǎn)的接收裝置輻射一束紅外線，當(dāng)被遮斷時(shí)，接收裝置即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　被動(dòng)紅外技術(shù)基本應(yīng)用于室內(nèi)防范，而主動(dòng)紅外技術(shù)不僅可用于室內(nèi)還可用于室外，并具有隱蔽性強(qiáng)、靈敏度高等特點(diǎn)。此外，由紅外對(duì)射管構(gòu)成的探測(cè)裝置一般在6～15米的距離之內(nèi)準(zhǔn)確地感測(cè)運(yùn)動(dòng)人體的存在，較之微波、超聲探測(cè)方式具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、耗電微、敏感度高，且能準(zhǔn)確鑒別生物體和非生物體的運(yùn)動(dòng)，誤報(bào)率低，目前被認(rèn)為是最可靠的人體探測(cè)技術(shù)。因此，本論文所設(shè)計(jì)的地鐵安全警示系統(tǒng)，主要采用主動(dòng)式紅外對(duì)射報(bào)警器的設(shè)計(jì)模式。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　文中所設(shè)計(jì)的地鐵安全警示系統(tǒng)主要運(yùn)用紅外線檢測(cè)、信號(hào)傳輸和單片機(jī)控制等技術(shù)。將該報(bào)警器安裝在地鐵站的黃線警示線的兩端，采用紅外對(duì)射技術(shù)對(duì)人侵信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若有人踩踏黃線，進(jìn)入警示區(qū)，則光線被遮斷，系統(tǒng)就會(huì)采集到入侵信號(hào)，傳遞給核心控制單片機(jī)，發(fā)出警示信號(hào)。結(jié)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(duì)紅外對(duì)射設(shè)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(xiàn)一塊單片機(jī)集中處理入侵信號(hào)，各個(gè)地鐵門(mén)分開(kāi)報(bào)警的功能。

　　當(dāng)光束遮斷式感應(yīng)器檢測(cè)到入侵信號(hào)時(shí)，將該入侵信號(hào)的輸出端接向單片機(jī)P89V51RD2的管腳上，通過(guò)在C語(yǔ)言環(huán)境下對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理，使用P89V51RD2的控制功能，用以驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音錄放模塊，發(fā)出“請(qǐng)?jiān)邳S線外候車(chē)”的語(yǔ)音警示信號(hào)，再配合警示燈實(shí)時(shí)亮紅燈，達(dá)到報(bào)警效果。并在C語(yǔ)言環(huán)境下設(shè)置延時(shí)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)罔F進(jìn)站乘客踩踏警戒線上車(chē)時(shí)報(bào)警功能失效，在地鐵離站后立即恢復(fù)正常，并以此循環(huán)往復(fù)，從節(jié)約單片機(jī)資源、充分利用單片機(jī)管腳的角度出發(fā)，可是使用一塊P89V51RD2去控制4個(gè)紅外對(duì)射設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)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(duì)開(kāi)發(fā)板上的數(shù)碼管編程設(shè)置一個(gè)電子表，使其與報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)始同步實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，以方便工作人員進(jìn)行管理。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)和電路原理圖如圖3所示，電路設(shè)計(jì)軟件的限制，圖中用蜂鳴器模擬語(yǔ)音錄放模塊(ISD1820)。結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)圖，可將系統(tǒng)總體功能劃分為硬件和軟件兩方面分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分主要完成發(fā)送端和接收端的電路設(shè)計(jì)，語(yǔ)音報(bào)警電路設(shè)計(jì)，及其與核心控制單片機(jī)的接口電路等。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分主要指進(jìn)行核心信號(hào)處理的89C51單片機(jī)的C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)規(guī)劃和內(nèi)容設(shè)計(jì)。