基于PIC12F675的人体探测器的设计与应用

      引 言

      现在，很多实验室出于保密性、安全性等原因考虑，常常将实验室从内到外隔成多个小实验室，当相关人员都在聚精会神地工作时，可能出现外面实验室门敞开而实验室内没人的情况，这可能导致不可预料的后果。为避免上述问题，需要在类似场合安装能检测人员进出的探测器，当有人进门或者出门时候能够发出不同的语音信号，以提示相关人员。

      现在用于检测人员进出的探测器主要采用热释红外传感器。人体能够发射10μm左右的红外线，热释红外传感器就是靠接收这种红外线而进行工作的。这种探测器功耗小，隐蔽性好，价格低廉，但也具有以下缺点：①不能判断人员流动方向；②探测器穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；③探测器容易受热源、光源、射频辐射等干扰；④环境温度和人体温度接近时，探测器灵敏度明显下降，可能造成探测器短时失灵。 针对上述探测器的缺点和应用场所的特殊性，本文提出采用红外线技术，用PIC12F675作为检测和控制核心，设计了一款新型的人体探测系统。

      设计思想

      办公室中人们通常的进出门方向如图1所示。沿着进门的方向，安置两组红外线发射接收装置：第一组红外线发射管x与红外线接收管x'，第二组红外线发射管y与红外线接收管y'，其中红外线接收管x'和y'要分别正对发射管x和y。正常情况下，红外接收管不间断地接收来自红外发射管的红外光。当有人通过发射管及接收管所构成的警戒线，挡住了红外线发射管，从而使接收管中断接收发射管的红外线信号，引起进入CPU的电平变化，CPU检测到此变化引起中断，将平时处于睡眠状态的CPU唤醒，并对中断进行判断，产生相应的动作。

      本系统通过检测x'、y'的电平变化时序实现进门和出门时发出不同的提示信号，如图2所示。当进门时，x'先变化，y'后变化，如图2进门时序①所示；出门时，y'先变化，x'后变化，如时序③所示。CPU通过检测x'和y'的变化时序就可以区别是进门还是出门，从而使语音芯片发出不同的声音，起到提示作用。

      硬件设计

      发射部分

      由于红外发射管的发射功率一般较小，为约10mW，这导致红外接收头信号微弱。根据红外发射管的物理特性，本系统用PIC12F675的7脚和6脚产生信号，通过Q1和Q2两个三极管，驱动红外线发射管(D3和D4)发射出红外线常用的载波频率(38kHz红外信号)，从而提高发射性能和发射距离，且使抗干扰能力大大加强。本文使用的38kHz载波频率的占空比为50%。发射部分电路如图3所示。

      接收部分

      如图4所示，该系统接收部分利用红外线一体化接收头(SM0038)，它能自动完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，然后输出相应的脉冲信号至PIC12F675的7脚和6脚，其中PIC12F675的7脚接收红外线发射管D3的信号，PIC12F675的6脚接收红外线D4的信号。

      当没人进出时，红外线接收管连续不断地接收红外线发射管发射的38kHz信号，使PIC12F675的7脚和6脚保持低电平；当有人进入时，第一组红外线接受管x'首先接收不到38kHz的信号，PIC12F675的7脚先变为高电平，接着第二组红外线接收管y'也无法接收到38kHz信号，6脚随后变为高电平。反之，出门时，6脚先变为高电平，7脚后变为高电平。利用PIC12F675的引脚电平变化中断功能，PIC12F675的6脚和7脚上电平发生变化产生中断，CPU判断7脚和6脚的波形以及时序，就能判断出有人进或出门，通过5脚(GP2)发送不同频率的信号，驱动语音芯片发出不同的语音信号。D7是指示灯，当系统上电时，D7亮1s，然后熄灭，表示系统已正常工作。

      软件设计

      红外线发射部分的主要功能是产生38kHz的方波，驱动红外线发射管发射红外信号。为使系统准确可靠，发射部分的CPU必须连续不断地工作。

      对接收部分，由于接收端CPU大部分时间处于闲置状态，只有在有人进出时才进行相应判断，为了节约能量，平时CPU一直处于睡眠状态，当有人进出时，红外线接收管被唤醒并进入中断，中断程序流程图如图5所示。

      程序首先清空相应的中断标志及其WDT，然后判断是进门时序还是出门时序。为了使判断准确无误，防止干扰，每次进行相应判断为真后必须加一定的延时，然后重新判断，如果经过判断确认是干扰信号，则直接开中断返回。

      为了防止接收端CPU由于干扰信号导致程序执行路线脱离正常轨道，从而使执行过程发生混乱，系统中采用WDT监视定时器时刻监视CPU的运行状态。当CPU发生混乱时，看门狗会将CPU及时"拉回"到正确运行路线的起点，重新开始运行。

      调试及结论

      该探测器经过软硬件的反复调试与实验，现在已经在实验室、办公室以及商店安装使用3个月，能够准确及时地检测人员进出，发出不同的语音信号，达到预想的结果。