基于热释电红外探测器的人体方位及动作形态检测系统设计

发布时间：2017-05-28 14:03

  本文关键词：基于热释电红外探测器的人体方位及动作形态检测系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人体检测是目前科研工作者研究的热门方向之一,不管在国防军事领域、还是在城市安防等与广大民众息息相关的生产生活中,都有着重要的研究价值和广泛的应用前景。热释电红外(PIR,Passive Infrared)探测器,因其灵敏度高、功耗低、性能稳定、成本低廉等优势,被广泛应用于自动入侵、人体特征识别、方位检测等领域,本文在研究了前人相关设计的基础上,通过硬件设计搭建实验平台进行了大量的数据采集和分析,通过时域及频域算法设计,确定了最终方案,成功实现了运动人体定位和简单运动形态检测。从定位精度、定位范围、稳定性、功耗、成本等多方面因素考虑,热释电PIR探测器是实现人体定位最合适的传感器之一。设计中,通过光学透镜调制和加外部结构的方式,减小传感器的感应视场,以提高传感器感应的方向性,增强聚光能力,以拉长传感器的探测距离,完成了大范围定位。搭建了实验平台,对热释电PIR探测器感应的不同人体动作的信号进行了时域和频域上的特征提取,通过仿真和实验,分析了实现走、跑、跳、蹲四个动作识别的可行性,设计了滤波和动作识别算法,以从踏步过程中跳跃动作的提取和计步为例,进行了算法验证。并通过改变安装高度、实验者距离、走路姿势等参数和实验条件,研究外部条件对感应结果的影响。通过设计实验,验证了红外感应单元的最远探测距离可以达到45m,并且得出了红外感应单元的感应视场范围图。通过户外实验,验证人体目标的方位及动作形态的检测。已有的热释电PIR探测器人体检测系统都是只能实现目标定位,或是只能对运动形态进行2-3m范围内的检测,本设计不仅实现了远距离人体目标定位,而且同时实现了对12m范围内目标的简单动作检测。设计稳定性高,功耗低,且抗干扰能力强,具有重要的理论意义和使用价值。
【关键词】：热释电PIR探测器 人体定位 运动形态检测 信号采集处理
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 人体检测典型方法概述11-12
• 1.3 热释电PIR探测器用于人体检测的研究现状12-16
• 1.3.1 利用热释电PIR探测器进行人体自动检测12-14
• 1.3.2 利用热释电PIR探测器进行人体特征识别14
• 1.3.3 利用热释电PIR探测器进行人体定位14-16
• 1.4 本文工作及安排16-18
• 2 热释电PIR探测器原理及实验系统总体设计18-24
• 2.1 红外辐射原理及红外探测器18-20
• 2.2 热释电PIR探测器原理及特性20-21
• 2.3 实验系统设计21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 红外感应单元设计及可行性分析实验24-38
• 3.1 红外感应单元设计24-30
• 3.1.1 热释电传感器及透镜选择24-29
• 3.1.2 外部结构设计29-30
• 3.2 模拟信号处理模块设计30-34
• 3.2.1 传感器输出信号实验30-33
• 3.2.2 信号调理电路设计33-34
• 3.3 方案可行性分析34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 人体动作形态信号分析38-54
• 4.1 数字信号处理模块设计38-41
• 4.1.1 AD采集电路设计38-39
• 4.1.2 USB接口电路设计39-41
• 4.2 参数变化信号采集实验41-47
• 4.2.1 探测高度探测距离对实验结果的影响41-45
• 4.2.2 身体不同部位对实验结果的影响45-47
• 4.2.3 运动方向对实验结果的影响47
• 4.3 信号处理及动作识别算法介绍47-53
• 4.3.1 时域分析47-51
• 4.3.2 频域分析51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 定位算法设计及实验验证54-63
• 5.1 红外感应单元最远距离测试实验54-55
• 5.2 红外感应单元探测方向性实验55-58
• 5.3 人体方位检测算法设计58-60
• 5.4 两个红外感应单元定位实验及误差分析60-62
• 5.5 本章总结62-63
• 6 总结与展望63-65
• 6.1 本文主要工作总结63-64
• 6.2 未来工作的展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果69-70
• 致谢70-71

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