热释电红外传感器在智能家居防盗系统中的应用与实现外文翻译资料

英语原文共 58 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

摘要

热释电红外传感器的人体识别

本论文的目的是讨论使用热释电红外传感器（PIR）作为一种可行性的生物特征身份的识别系统。

人体发出红外线辐射，其分布变化在整个身体，并取决于形状和组成的特殊身体部位。用菲涅耳透镜PIR传感器会感应这红外辐射。当一个人散步，身体的个体的运动构成一个步态特征，可能会影响一个PIR传感器领域独特的方式。

统计模型，如隐藏的马尔可夫模型，可用于识别过程。该模型将分学习和测试两阶段。学习阶段将培养模型在一个特定的功能或识别标志。测试阶段将以识别标志为输入和确定其中的训练模型与最高的概率匹配。

第一章

简介

一个生物特征识别系统依赖于模式识别的测量和独特的身体或行为特征分析作为一种验证手段个人身份。人的形态和行为的许多方面都是特征，因此可适合于识别途径，典型的生物包括指纹，面部虹膜，DNA，签名，步态和声音，生物特征识别系统工作时通过测量特定的生物特征，使用传感器，然后将检测到的数据转换为数字特征。

人类的步态已被证明是人类行为的特征，可用于识别分析，一个人的步态必须首先要记录，通常使用一个视频摄像机，图像处理技术用于测量人类步态的主要组成部分，因为它们改变随着时间的推移，视频摄像机的相对费用及支撑数据系统使他们的使用范围有限和许多不切实际的共同点任务。

热释电红外（PIR）传感器已使用多年，作为一个主要的运动检测装置的组成。这些传感器和相关联的电子产品广泛使用且价格低廉，这些传感器可以用来检测人体红外辐射，当一个人类行走，因为低系统成本和数据负载，在理想情况下，身体的各个组成部分的运动都有可能影响一个PIR传感器领域以独特的方式测量步态特征。这个本文目标是讨论利用热释电红外（PIR）传感器通过测量人体步态作为生物人的特征的识别的可行性。

第二章

背景

人体步态识别

步态指行走或奔跑的方式。它已被证明人类有能力从一个纯粹的基础的步态特征识别人的能力，这项工作似乎表明，一个人的步态必须有某种形式的，如果正确地提取特征的性质，可以用于一个生物识别系统的识别用途。

对于正常行走，步态序列是重复的，特别是在运动的腿和手臂的摆动表现出几乎周期性行为。虽然一个人的步态似乎是随机的和不可预测的，研究表明人类的步态有24个不同的组成部分，如果所有的步态动作被认为是是独一无二的。人的步态有2个方面的，需要以其为特色；结构内容与动态内容。结构内容包括从形状获得的数据主题在连续的帧中的配置文件以显示它如何随时间变化，动态内容包括从测量中获得的数据，重点放在主体运动速度。虽然不同，这两种类型的信息是所需的步态特征，因此不能解耦。

红外线与人体

所有物体由于其分子的热振动以红外的形式辐射能量。因此，任何一个具有高于绝对零度的温度都会辐射出不同波长的红外辐射，波长正比物体温度，我们可以计算出由一个物体辐射的波长峰值，如人体所发出的，利用这个已知的关系称为波长和温度的位移法：

一个典型的人类皮肤的温度大约是34℃。将这一开尔文温度，我们可以确定峰值波长

因此，它可以显示人的黑体辐射发射的峰值在9至10um左右，位于红外（IR）的电磁部分

谱。

利用红外辐射测量步态

对一个人的步态进行分析，它必须首先以某种方式被记录或感觉到，通常情况下，摄像机记录动作，而图像处理技术是用来测量人类步态的主要组成部分。另一种方法，这是本文的主题，是利用人的发射红外辐射作为一种方法来测量他们的步态。

视频传输和存储需要大量的计算成本来执行必要的图像处理。另一方面，热释电传感器可能提供人类探测/或识别的更便宜的方法。他们也会涉及轻得多的数据负载和计算成本，更便宜的系统成本。

由于人体运动是不规则的，它的整体表面面积将相对一个共同点变化，从一个PIR传感器的特定角度，可用于检测红外能量的大小和持续时间从而跟踪这一运动的空间域。

由于其复杂的几何形状和热量的方式辐射到环境，人体可以被看作是一个分布式的红外光源，在空间域随时间变化，因此，这似乎可以合理的假设认识到一个人的红外辐如何随时间和空间变化，这可能与他们走路的步态相关。

第三章

方法论

传感器模块

许多PIR传感器模块是市售的，但这些都是典型的内置的设备，它简单地检测运动和关闭继电器的一个外部照明或报警电路。这些设备不是以人识别为目的，我们的实验所需要的是一个包包含一个双元器件传感器，运动检测电路和一个阵列，我们将把这个包作为传感器模块。

对于这个实验，我们选择了市售的运动探测器包含一个位于模压塑料封装带有附加的透镜阵列的红外传感器和电路板，PIR传感器和电路板丢弃和替换的目的所建立的运动检测电路，是为了更多适合人类识别应用，下面的章节将更彻底描述每一个组件。

热释电红外（PIR）传感器是一种响应于红外线辐射的表面电荷的装置。本实验使用的传感器是pir325，可从glolab公司获得，传感器套件包括一个传感元件，一个场效应晶体管（FET），和一个红外线过滤器件。

一个PIR传感器的传感元件是由热释电性能晶体材料构成，它的热电性能力在温度变化时才会体现。这个由感应元件产生的电荷量是通常很小的，这一流动的电荷驱动场效应晶体管（FET）产生一个电势。

在传感元件中使用的晶体材料在一个广泛的辐射范围是非常敏感的，用于运动检测的红外传感器一般只在运动与人体辐射感兴趣，人体辐射波长约8-14um，波长峰值约为9.5um，传感器包包括一个红外过滤器，以限制这一范围内的入射辐射达到对人体辐射红外波长这个范围内敏感的目的。

用于检测运动为目的传感器包包括2传感元件，称为双元件传感器。这是必要的

抵消由直接阳光，房间的温度的改变，和振动产生电压所产生的信号。这是通过连接两个

相反串联的传感元件。有了这个配置，由传感器内部产生的干扰电压可以相互抵消。传感元件是面向沿水平面封装在传感器上。一个物体在传递的能量比前面的传感器将始终先到达另一个传感元件，由此造成了一个被诱导的正或负电压，在相同的精确时间，将两个传感元件同时产生的辐射会产生在这两个传感元件的相同的电压，因此将被取消。

在运动探测器中，通常使用的是聚焦红外的辐射到传感元件PIR传感器。一个可以捕捉更多的镜头的红外辐射和聚焦到对PIR传感一个更小的点元。这个焦点移动整个传感器作为红外源的移动并且一次暴露一个元素。使用一个可以获得从几米到约30米的最大距离检测并提供更稳定的检测。

菲涅耳透镜具有所有常规的平的光学特性—凸透镜，但物理上有很大的不同。一个透镜阵列是一个单一的塑料成型的塑料，这一块塑料有多个个体模压成的。它们被用来产生一个广泛的，量身定制的领域来查看通过许多重复的狭隘领域的观点。

运动检测电路

为了生成一个特征数字信号，使用的运动检测器实现运动检测的电路必须具有一定的特性，即低停留时间和快速触发时间，每一个主题都将是在下面的章节展示。

驻留时间

驻留是一个电路在运动后仍然被检测到的时间的量。例如，在传统的运动检测电路中，可以使用一个检测到一个外部电路，如一个室外照明电路。在这种情况下，你会想要一个与之相当的时间照明电路感应关闭和灯保持的时间，为数字特征生成的目的。停留时间应该是

检查运动状态的设备的轮询间隔，应当小于探测器。如果不是这样的情况，一个单一的运动检测事件将出现在多样本数字特征。这将降低分辨率系统和增加网络流量和存储要求的冗余

信息。这些过程的细节将在下一节中讨论。

再触发

一个电路的能力，触发是一个时机问题，描述是否、以及如何快速它，可以产生运动检测事件后，前面的运动检测事件。使用室外照明电路举例，一个快速触发不必要的，如果这个想法是关闭一个外部电路相对较长的时间一旦发生运动检测事件。在这种情况下，一个动作检测事件将初步关闭电路的长度确定的时间电路的驻留时间。再触发电路则是居住是不必要的因为外部照明电路已经关闭。在这种情况下，电路可以有效地忽略多个重复运动检测事件。说明更清楚，时间触发电路应大于或等于电路的驻留时间。用于数字特征的生成，快速

再触发的电路是必要的，部分原因是由于电路的要求一个快速停留时间。它也需要封装一个单一的运动检测轮询事件时的单一示例。一个快速触发可以防止设备从采样一个单运动的运动检测器的运动状态的轮询检测事件多次，从而提高分辨率和减少网络带宽和存储要求。最快触发的需求可能的消除了需要一个定时电路被添加到运动更清楚，时间触发电路应大于或等于电路的驻留时间。用于数字特征的生成，快速再触发的电路是必要的，部分原因是由于电路的要求一个快速停留时间。它也需要封装一个单一的运动检测轮询事件时的单一示例。一个快速触发可以防止设备从采样一个单运动的运动检测器的运动状态的轮询检测事件多次，从而提高分辨率和减少网络带宽和存储要求。最快触发的需求可能的消除了需要一个定时电路被添加到运动。

电路设计

商业上可用的运动检测电路的设计相比人类识别为太多不同的目的，因此，它是不够强大执行此任务。为了这个实验，建立了四个运动检测电路。运动检测电路是由一个 5 V电源供电电源，连接到传感器的pir325漏极引脚（见图1），如上所述，在响应的pir325传感器产生的电压运动检测信号是很微弱的，约1mv，从而放大是必要的。这是一个用运算放大器LM324完成2阶放大。电容器放置在电源和地面上，以防止振荡。此外，一个100kOmega;的下拉电阻连接在pir325源引脚接地，当检测到没有运动这使电路的输出约为0伏，下面是一个运动检测电路的原理图：

图1 运动检测电路原理图

下面2张照片，一个传感器侧和另一个组件侧的运动检测电路如下所示：

图2该运动检测电路组件侧

图3 运动检测电路的传感器侧。

信号的产生

运动检测电路的输出是一个模拟信号，其强度是相对于运动所产生的电荷量，传感器接受这反过来又表示的红外线辐射的量，同时回馈出来。

大约30秒的电路将稳定，当检测到没有运动产生约0伏电压。在运动检测事件，充电

通过红外传感元件产生驱动FET将产生输出。由此产生的信号会被使用LM324运算放大器放大72分贝。这会产生3.9V峰值电压。由于该物体在运动前面的传感器，一个电压将被诱导在一个传感元件之前其他，产生正、负电压。作为对象移动，电压将诱导在其他传感元件和电压将交替。

衰退

检测元件检测到的红外辐射的大小所产生的正和负尖峰的幅度会有所不同，最大峰值为3.9 V，如果运动突然停止，信号将开始衰变为0 V，这是一个电阻和电容元件的功能电路，因此是不可能完全消除。这种不必要的衰减可以有可能导致设备轮询的有害影响，运动检测器在一个衰减信号上衰弱一个运动检测信号。一个例如，这可以显示在下面的例子：

图4 信号随时间的衰退

通过使用信号处理，衰减的影响可以被减少到可以接受的水平，这将在本章稍后讨论。

数字信号处理

运动检测电路的输出将是一个模拟信号。为了输入该信号到计算机提取特征的目的

数字特征，必须经过处理。用于信号处理技术这个实验包括模拟-数字转换，噪声检测，阈值和低通滤波。下面的章节将描述每一个这些技术更彻底。

模数转换电路

由运动检测电路产生的信号是模拟和是如何由一个红外传感器产生的电压随时间的变化而变化。这由数字计算机分析的信号，它必须首先被转换为数字形式。这个过程称为模数转换（ADC）。

在将模拟信号转换为数字形式时，有2个重要的考虑的过程：采样和量化。抽样指的是

转换的独立变量（在这种情况下的时间）的过程连续离散。

量化，另一方面，转换为依赖的变量（电压在这种情况下）从连续到离散。关于运动检测电路，在模拟信号中包含的电压值的连续范围必须用一个8位整数来近似，

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[148742]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word