基于嵌入式的生命探测仪

2022-09-12

2008年, 我国四川省遭遇了历史罕见的大地震, 给国家和人民带来了无法估计的精神和身体打击。地震发生后, 及时准确地定位被掩埋在废墟中的受害者, 进行快速有效地救援工作就成为了一项关键而又棘手的问题。

本文将近年来发展迅速的嵌入式技术与红外探测技术相结合, 进行了ARM嵌入式生命探测仪的模拟工作。首先, 通过红外技术进行非接触性探测, 收集人体温度相关数据, 其次, 利用ARM嵌入式平台提供的实时准确的处理功能, 从而对废墟下的受害者进行较精确的定位, 提高救援工作的效率。

1基本原理

人体是一个天然的红外辐射源, 源源不断地向四周散发红外辐射能量。人体红外辐射能量波长集中在中心波长为9.4μm相邻范围内, 人体皮肤的红外辐射范围为3μm～50μm, 其中8μm～14μm的红外辐射源占到全部辐射能量的46%, 这个波段是设计人体红外探测仪的一个重要技术参数。光学系统 (菲聂耳透镜) 将接收到的人体红外辐射能量聚焦在热释电红外传感器上。当人体在光学系统允许的范围内发生相对移动时, 就会接收到发生变化的能量, 传感器输出一个变化的信号, 信号再经电路放大、滤波、判别等处理后进行报警显示。

2系统总体设计

嵌入式生命探测仪有数据信息采集模块, 数据转换模块, 数据处理模块以及报警显示模块共同组成。系统框架如图1。

数据采集模块将通过热释电红外传感器采集人体体温信号, 信号经过放大、滤波、整形后, 送入数据转换模块进行转换处理。转换后的信号在通过串口发送给数据处理模块进行判断, 最终将根据判断后的结果决定是否驱动报警显示模块进行报警。

3各功能模块

3.1体温数据采集模块

本模块采用菲聂耳透镜, 被动式热释电红外传感器, 放大器, 滤波器等构成, 结构框图如下。

菲聂耳透镜的作用:一聚焦作用, 将人体热释的红外信号折射 (反射) 到热释电红外传感器上;二将警戒区分为若干个明区和暗区, 使进入警戒区的移动物体通过温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号, 从而使传感器产生变化的电信号。

热释电红外传感器能将波长为8μm～12μm之间的红外信号变化转变为电信号, 并能对自然界中的白光信号具有抑制作用, 因此在被动红外探测器的警戒区内, 当无人体移动时, 热释电红外感应器感应到的只是背景温度, 当人体进人警戒区, 通过菲涅尔透镜, 热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号, 因此, 红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物。体与背景物体的温度的差异。人体体温一般在37所以会发出特定波长10μm左右的红外线, 被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

3.2数据转换模块

本模块利用S 3 C 2 4 4 0开发板板载A D C来将放大滤波整形后的模拟信号转化为对应的数字信号, 转换后送入总线, 以便后来的数据比较处理过程。

ADC转换器是10位的复用A/D输入管脚 (Ain7:0) , 采用逐次逼近的工作模式, 可以工作在掉电模式下, 模拟输入电压范围为:0～3V, 10位转换时间>=2.44us。A/D转换器的基本时钟由VPB时钟提供, 可编程分频器可将时钟调整至逐步逼近转换所需的Burst转换模式, 可选择由输入跳变或定时器匹配信号触发转换。

A D C转换器相关寄存器:A/D控制寄存器 (A D C C O N) 和A/D数据寄存器 (A D C D A T) 。其中, A D C C O N选择操作模式, 必须在A/D转换发生之前设置好A/D控制寄存器;A D C D A T包含了A/D控制的DONE比特位 (当DONE为1时, 转换完成) 和转换的1 0位结果。