红外传感器计数 热释电红外传感器怎样摆弄车辆计数系统？

热释电红外传感器怎样摆弄车辆计数系统？

红外检测技术最早是为科学和军事用途而研制开发的。随着半导体技术及新型材料的发展 , 各种智能的红外线传感器相继问世 , 已广泛用于工业生产、医疗及民用产品中。并已逐渐渗透到安全报警、自动照明、非接触温度测量、火灾报警等各个领域 ,从而给人们的生活带来了极大的方便。正是基于这种形势和现实生活的需要 , 小编采用一种新型的热释电红外传感器设计了一套高速公路车辆自动计数装置 ,对高速公路过往的车辆进行准确可靠的计数。

一、信号探测

信号探测采用热释电红外传感器 , 它能以非接触形式检测出来自人体及外界物体放射出的微弱红外线能量并转化成电信号输出。

它既有主动式 (检测静止或移动极缓慢的人或物) 又有被动式 (检测运动人体及物体) 。根据车辆计数的要求 , 选用森霸股份的被动式热释电红外传感器D203B 。其主要性能指标如下 :

从原理上讲 , 任何发热物体都会产生红外线 , 所以凡是温度高于绝对零度的物体都是红外辐射源 ,热释电红外传感器敏感单元对红外线的感受表现在敏感单元的温度变化 , 而温度的变化导致电信号的变化 , 环境与自身的温度变化由其内部结构决定了不向外输出信号 , 而传感器的低频响应和特定的红外波长(5～15 μm)响应决定了传感器只对外界的红外辐射而引起本身的温度变化敏感 , 或者说只对人体或相关物体的运动敏感。

因此 , 传感器可以抗可见光及其中大部分红外线的干扰。使用D203B传感器加透镜 , 对活动人体的探测距离为10m以上 , 如果通过对电路的灵敏度进行调节 , 使其对人的灵敏度距离仅为1.5m左右时 , 对20m远处快速通过的车辆检测却非常灵敏可靠 , 由此可做成车辆计数器。

为防止车辆之外闲杂人员引起的误检可采用两种方法 : 传感器安放于公路的正上方 ；调低灵敏度 , 使之在人体移动速度之外在车辆通过速度之内起作用。

二、信号处理

在本设计中 , 采用新型热释电红外传感器探测外界信息 , 并转换成微弱的电信号输出 , 经运算放大器放大 , 再经比较器和防误触发电路滤去干扰信号 ,最后所得信号驱动计数器计数。

工作原理框图

1）放大器的设计

当车辆进入菲涅尔透镜的一个视场 , 在热释电红外传感器上产生一个交变红外辐射信号 , 使传感器电路产生一个微弱的电压信号 , 电阻器R1和电容器C1是一个滤波电路 , 以减小传感器电源上的纹波电压 ,R2是一个匹配电阻器 , 使传感器有一个最佳的信号输出。

信号经C2耦合到运放A1 , 电阻R3 、R5将放大器偏置于电源电压的一半 , 使放大器在单电源下可以放大交流信号。其增益取决于R6 、R4的比值。经A1放大后的信号经C5耦合再由A2放大 ,A2的增益取决于R10与R7的比。经两级放大后 , 信号放大40～50 倍左右。C3 、 C7为旁路电容器。

放大电路图

2）双限比较器的设计

从放大电路传输过来的信号当中 , 不仅有被传感器检测到的有用信号 , 而且还包含了许多干扰信号 , 为了将被测信号从众多的干扰信号中分离出来 ,采用 555 定时器组成的双限电压比较器来完成此项任务。

双限电压比较器电路

比较器的域值取法很重要 , 它直接影响装置的可靠性。域值太高 , 则灵敏度低 , 虽然对外界干扰信号有所抑制 , 但对信号的响应能力减弱 , 甚至不能响应。

若域值太低则灵敏度高 , 对外界干扰抑制能力减弱 , 只要外界有干扰信号输入 , 则就有可能产生误操作。

由于采用D203B传感器来检测行驶中的车辆 , 通过对电位器W的调节 , 可以实现对 20m处快速行驶的车辆检测灵敏可靠。在信号处理过程中 , 还设置了防误触发电路。

三、计数显示

由传感器检测到的信号经放大、比较等环节处理后变成符合要求的单脉冲信号 , 而且脉冲个数应等于行驶通过的车辆个数。计数显示电路的功能便是对脉冲信号进行计数显示 。下图为计数显示电路。下图电路是二 - 十进制计数 / 锁存 /七段译码 / 驱动器 , 具有十进制加减可逆计数、输出锁存、译码、显示驱动“四合一”功能。它可以直接驱动半导体发光二极管和低压荧光数码。一位十进制数计数显示只需要一块CD40110配接一个显示器件即可完成 , 应用十分方便。

计数显示电路

使用CD40110计数时 ,CPU 为脉冲输入端 ,上升沿触发 , 此时CPD可以为任意状态。 TE为计数器的触发禁止端 , 当 TE 为“0”时计数器工作 , TE为“1”时计数器处于禁止状态 ;R为计数器的清零控制端 ,R为“1”时计数器清零 ;LE为锁存控制端 , 无锁存信号时译码器跟随计数器工作 ,LE为“1”时译码器停留在锁存信号输入前所处的状态 , 与以后的计数状态无关 ; a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 为七段译码驱动输出 , 输出级驱动电流可达10mA , 故可直接驱动七段显示器。 QCO为输出进位脉冲。

四、电源电路

为了提高电路可靠性 , 电源电路采用交直流自动切换供电的方式 , 以保证电网停电时计数系统仍能正常工作 , 下图为电源电路。平时220V交流电经变压器降压 , 在经桥式电路整流和C8滤波后 , 输出脉动直流电压 , 一路经7812稳压块稳压输出12V平滑的直流电压供电路使用 ; 另一路经电阻器R9对电池充电 , 此时应使D5处于反偏截止状态 , 电池不供电 ; 一旦交流电压消失 , 备用电池通过D5自动向电路供电。

电源电路图

经过多次测试，热释电红外传感器D203B作为检测部件的新型车辆自动计数系统将为高速公路管理提供科学的依据。

11个种群，1618只！最新调查→

6月29日，神农架金丝猴种群数量调查成果新闻发布会宣布，经过科研人员两个多月的调查，确定神农架金丝猴现有11个种群、数量1618只，比2019年增长约10%；栖息地面积401平方公里，增长约13%。

1990年，神农架金丝猴仅501只

金丝猴属国家一级重点保护野生动物。在金丝猴“大家庭”中，神农架金丝猴种群是数量最少、最濒危的一个孤立的小种群。

1978年，科研人员在神农架考察“野人”时，采集到两只金丝猴标本。1979年，神农架金丝猴被学术界发现。1980年，华东师范大学刘民壮首次报道神农架有金丝猴的分布。

据调查，1990年，神农架金丝猴为5群、501只，栖息地面积164平方公里；2005年为8群、1282只，栖息地面积189平方公里；2019年为10群、1471只，栖息地354平方公里。

行程5.88万公里“摸家底”

2019年以后，神农架一直未对金丝猴种群进行全面系统的调查，其数量是否持续增加？栖息地是否改变？都是未知数。

本次调查由四十多人组成调查组，开展了2个多月的野外调查和实验室分析，先后出动840人次进行野外调查，累积调查线路240条，行程5.88万公里。

本次调查显示，神农架地区现分布有金丝猴11个种群、数量1618只，栖息地面积401平方公里。种群比1990年增加6个，增长83%；数量比1990年增加1117只，增长223%；栖息地面积比1990年增加237平方公里，增长145%。2019年以来，金丝猴种群增加1个，数量增加147只，栖息地面积增加47平方公里。

新技术确保数据精准

第四次金丝猴调查与前三次相比，采取的新技术主要由基于远红外感应的无人机进行金丝猴计数；基于分子分辨学的遗传多样性、个体识别技术和基于宏基因组技术的食物分析技术，景观遗传学分析，高清遥感数据应用的栖息地分析，应用红外相机、卡扣摄像机和自组网技术等方面建立的人为干扰监管系统。

远红外感应计数

由于金丝猴活动性强，以往科研人员在野外追踪到金丝猴后，计数难以精准。现在，利用带红外感应的无人机在空中拍照，可精确数清金丝猴的具体数量。

DNA技术识别种群

科研人员调查发现金丝猴后，均采集了金丝猴的粪便。通过对粪便中肠壁细胞DNA的提取，科研人员可进行个体识别和遗传多样性分析，解决了重复计群的问题，确保数据更加准确。

基因技术分析食物差别

科研人员对金丝猴粪便进行了宏基因组提取、扩增和测序，从而识别了一百四十多种植物，进一步了解了不同金丝猴种群的取食喜好，从而分析出金丝猴栖息地的优劣等级。后期，科研人员可根据这些数据，分析不同区域的生态承载力，并为栖息地恢复提供指导意见。

遥感影像进行栖息地识别

科研人员用高分辨率的遥感影像进行栖息地识别，建立了不同群栖息地典型地物光谱特征数据库，识别了金丝猴不同季节的植物群落分布，为准确判断金丝猴的最优栖息地，建立最优栖息地分布模型，分析潜在栖息地面积提供了关键技术支持。

神农架生态环境持续改善

中国林业科学院森林生态环境与自然保护研究所首席专家李迪强说，神农架金丝猴种群和数量稳步增加，栖息地面积不断扩大，持续保持增长态势，说明神农架生态环境明显改善，金丝猴保护与研究取得了长足进步。

神农架是全球瞩目的生物多样性富集地和物种基因库，也是全球34个生物多样性热点地区之一，其生态价值具有世界性、典型性、代表性和稀缺性。

近年来，神农架坚决落实“三类五档”分区管控规则和负面清单管理，守牢生物多样性安全底线，设立森林动态监测样地60个，完成森林抚育2.4万亩、退化林修复29.7万亩、封山育林102.86万亩，森林覆盖率稳定在91.12%，生态环境质量不断提升。

转自| 湖北日报客户端

来源： 长江云新媒体

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