一种GSM和红外传感器电路的干扰抑制方法

一种GSM和红外传感器电路的干扰抑制方法
张滔
【摘要】针对GSM和热释电红外传感器电路中存在的干扰现象,分析干扰存在的原因,提出一种基于双路传感器的软硬件综合方案.屏蔽一路传感器的检测通道,通过微控制器对两路输出信号进行读取,正确区分干扰状态与正常状态,并有针对性地做出处理.采用该方案有效地抑制GSM引发的干扰,同时不影响系统原有功能,取得显著的使用效果.
【期刊名称】《贵阳学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(013)004
【总页数】3页(P57-59)
【关键词】GSM;热释电红外传感器;干扰;微控制器
【作者】张滔
【作者单位】贵阳学院机械工程学院,贵州贵阳550005
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;TV855
1 引言
随着信息技术、物联网技术的发展，GSM无线通信[1]得到日益广泛的应用。

与此同时，作为庞大传感器家族的一支，红外传感器在诸多领域也存在大量的应用实例[2]。

在两种类型电路共存于同一电路系统的状况下，当GSM模块处于启动阶段
时会使热释电红外传感器输出一个错误的电平信号，若在阶段需要进行红外辐射检测，则该检测结果将是不正确的，会使得系统得出完全错误的判断结果，进而使系统进入异常状态，造成误动作。

因此分析系统存在干扰的原因，进而找到一种使系统稳健运行的方案至关重要。

2 干扰现象及原因分析
热释电红外传感器是一类接收、放大、处理、控制热释电红外信号的数模混合芯片[3]，在系统运行过程中，一旦出现GSM模块与热释电红外传感器共存的情况，
则当GSM模块有通信事件发生时，会使得热释电红外传感器输出一个错误的电平信号。

对于这种现象，需要从GSM模块的工作特点进行分析，该单元在工作过程中尤其是在启动阶段需要较大的瞬时电流和瞬时功率，不可避免地对整个电路系统的其他部分工作电压、电流造成波动。

进而对热释电传感器内部芯片的工作过程造成剧烈干扰，使其内部正常的检测转换过程突然中断进而使得电路产生错误的输出，其持续时间与热释电传感器正常的感应输出持续时间相同，在此阶段无法正常进行检测。

这种干扰现象仅通过MCU软件上的处理是无法进行抑制的，原因在于MCU是依据对热释电传感器输出的电平高低来判断是否有红外辐射特征，它对于传感器输出的高电平信号无法区分为是正常检测到红外特征时对应的高电平输出还是GSM干扰造成的异常高电平输出；同时，以上两种情况下造成的高电平持续时间相同，因此MCU企图通过电平持续时间来判别是否为干扰状态也是无法实现的。

另一方面，造成这种干扰的根源是系统工作电流的瞬时突变，如果为了减小对传感器的影响而在硬件上采取扼流措施抑制了电流的突变，则GSM无线通信单元又将因瞬时供电电流不足而无法正常工作。

因此，对上述存在的干扰现象仅通过软件
或硬件的单一措施都无法进行有效抑制，必须在硬件和软件两方面采取综合措施。

3 干扰抑制原理
本文通过分析上述干扰现象存在的本质，提出一种GSM和红外传感器电路的干扰
抑制方法，在硬件电路上通过在原热释电传感器旁再增加另外一路电气特性和参数完全相同的红外传感器，即干扰抑制专用热释电红外传感器，并且将两路传感器的输出信号共同输入微控制器进行判别处理，以正确区分红外传感器是否受到GSM 工作的干扰，系统进一步根据是否受到干扰的不同情况进行有针对性的处理。

该方法不影响系统的正常逻辑功能，可以从根本上解决上述存在的干扰问题。

3.1 系统组成
根据上述方案要点，本文所述控制系统组成结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图Fig.1 System block diagram
在该图中MCU单元是系统的核心部件，采用型号为比较常见的AT89C51单片机[4]，它控制着整个系统的运行，时钟和复位电路用以保证微控制器满足必要的运行条件；负载电路是系统的具体控制对象；GSM无线通信单元则用于系统与外界的命令与状态信息收发过程，采用型号为SIM900A模块[5]，这是一款尺寸紧凑的GSM模块；检测用热释电传感器负责对红外辐射进行检测，其检测结果作为微控制器进行系统控制的依据；干扰抑制热释电传感器则主要对由GSM工作过程引发的干扰进行平衡抑制。

3.2 系统硬件设计
结合上述系统结构框图，系统电路原理如图2所示。

图2 系统电路原理图Fig.2 System circuit schematic
在该电路中两个热释电红外传感器所起到的作用是不同的：检测用热释电传感器对红外辐射敏感，当检测到有红外辐射源(例如人体)接近传感器至设定距离时，自动触发MCU 单元以驱动负载电路工作或者控制GSM进行通信任务；干扰抑制热释电传感器用于对GSM单元造成的干扰进行平衡抑制，此单元虽然与检测用热释电传感器为同型号器件和设定参数，但在应用过程中并不用于对红外辐射的检测，而是与检测用热释电红外传感器进行配合，将两者的共同输出信号馈入到MCU单元
进行采集，MCU单元进一步对两路输入信号同时加以判别，根据判别结果区分是传感器正常检测输出还是处于干扰状态下的错误输出，并根据判别结果采取有针对性的后续处理措施。

以下结合具体实施例进一步说明本方案中GSM对热释电传感器所引发干扰的抑制原理：上述两路传感器为同型号器件，并且参数也设置为完全相同，但针对干扰抑制热释电传感器进行了特别处理，具体将其菲涅尔透镜用遮光物进行屏蔽，使外界红外辐射与传感器内部电路之间的接收通道被完全阻断，因此该传感器就失去了对红外辐射的检测作用，但其受到GSM启动过程干扰的特征并没有发生变化。

当GSM单元有通信事件发生(例如用户的控制命令短信到达)并且启动工作过程中，所引发的干扰同时作用于两路传感器，由于电气特性和参数完全一致，所以两路传感器在干扰状态下将同时输出高电平信号；而当GSM单元处于不工作或工作结束状态，当有红外辐射源接近传感器至感应距离内时，被屏蔽处理的一路热释电传感器因检测不到红外信号而输出低电平，而正常检测专用的一路传感器则输出一个正确的高电平信号，此刻两路传感器的输出状态即出现明显差别。

另一方面，MCU单元对这两路信号进行读取，根据两路信号的不同电平组合状态即可判别出当前的热释电传感器是处于干扰过程还是正常检测过程。

首先，若两者均为高电平，则可判断为热释电传感器处于GSM干扰状态，MCU向负载电路输出一个低电平信号，断开交流负载回路，风扇停止工作。

其次，若MCU读取到的两路信号电平为一高一低，则可判断为正常的检测状态， MCU向负载电路输出一个高电平，接通交流负载回路，风扇开始启动运行。

第三，若MCU读取到的两路信号均为低电平，则可判断为无红外辐射状态，MCU向负载电路输出一个低电平，风扇停止运行。

3.3 系统软件
通过软件流程图将本方案对于由GSM引发的干扰进行抑制的原理以及系统相应的
控制过程进行说明，如图3所示。

图3 系统软件流程图Fig.3 System software flow chart
4 结语
本文分析了GSM和红外传感器共存的电路系统中存在的干扰现象及其原因，提出一种基于双传感器检测的干扰抑制方法。

通过在检测用热释电传感器电路旁再附加另外一路完全相同的传感器，即干扰抑制热释电传感器单元，利用MCU同时对两路传感器输出信号进行判别处理，通过这种方案可以正确区分红外传感器的受干扰状态与正常工作状态，并针对各种状态采取针对性的处理措施，从而使GSM通信过程对热释电红外造成的干扰得到了有效抑制，同时又不影响系统的正常功能，取得显著的使用效果。

参考文献：
【相关文献】
[1]张艳艳，潘赟臻.基于GSM模块能窗帘控制系统[J].信息技术，2016(11)：102-103.
[2]曾谢华.基于红外传感器的智能灯控装置设计[J].昆明冶金高等专科学校学报，2011，27(1)：31-34.
[3]胡锦，曾宏博，凡金湘.一种热释电红外传感器控制芯片的设计[J].宇航计测技术，2006，26(4)：47-48.
[4]李炳宇，萧蕴诗，李永东.AT89C51单片机在多层楼宇对讲系统中的应用[J].自动化与仪表，2001，16(4)：51-52.
[5]王珊珊，冯磊.基于SIM900的短信平台在中低压配电网中的应用[J].山西建筑，2014，40(8)：140-141.。