基于PSoC的被动式红外跟踪系统的研究

摘要

随着社会的不断发展，人们对于家居和公共场所的安全环境提出了越来越高的要求，带有跟踪、定位功能的家居安防系统已经成为当今的研究热点。而Programmable System-on-Chip(PSoC)作为一款新的片上系统，具有独特的可配置模块阵列，它将CPU同高度灵活的模拟子系统、数字子系统、路由及I/O口相结合，实现了系统的高度集成，提供了真正的系统解决方案。同时，被动式红外(Passive Infrared，PIR)传感器以其功耗低、隐蔽性强、性能稳定、价格低廉，对人体信号具有高度的敏感性等优点，在家居安防系统中具有广泛的应用。基于此背景，本文将PSoC与PIR传感器相结合，研究开发了一款被动式红外跟踪系统，实现了对人体的跟踪、定位功能。
　　本文在综述PIR传感器原理的基础上，深入分析了当前几种常见的被动式红外跟踪算法的优点与不足，在此基础上提出了一种基于电机角度控制的定位算法，该方法以传感器节点的精心设计为基础，通过多个传感器的协同工作完成了对人体的跟踪、定位功能。
　　此外，本文以PSoC开发板为硬件开发平台，设计了外围滤波放大电路对PIR传感器的输出信号进行处理，然后通过PSoC内部集成的比较器，将其转化为数字信号供软件编程使用。软件部分，本文以PSoC Creator为开发工具，编程实现了传感器信号处理、电机控制、定位计算及LCD显示。最后，在实验室条件下完成了整体系统的搭载与测试。实验结果表明：系统运行稳定，对人体的定位准确，能够应用于实际。
　　本文研究开发的基于PSoC的被动式红外跟踪系统，不仅为PIR传感器应用于被动式红外跟踪系统提供了新的思路，而且为家居安防提供了一套新的解决方案。同时，本文提出的跟踪定位算法在被动式红外跟踪领域也具有一定的学术价值。

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容和结构安排

1.4 本章小结

2 PIR传感器的原理及组成

2.1 热释电效应

2.2 红外辐射理论

2.3 PIR传感器的工作原理

2.4 菲涅尔透镜原理及应用

2.5 本章小结

3 基于PIR传感器的红外跟踪算法

3.1 人体红外跟踪技术概论

3.2 红外跟踪算法简介

3.3 本文设计的基于电机角度控制的跟踪算法

3.4 本章小结

4 系统的硬件设计

4.1 硬件系统的总体设计方案

4.2 传感器节点的设计

4.3 显示设备的选用

4.4 PSoC5内部电路设计

4.5 本章小结

5 系统的软件设计

5.1 软件开发环境

5.2 PSoC5各个器件的初始配置

5.3 软件主体设计

5.4 系统的软件流程设计

5.5 本章小结

6 系统测试及分析

6.1 系统的测试环境

6.2 PIR传感器的信号测试结果及分析

6.3 红外跟踪定位结果及分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要成果