【正文】 目前監(jiān)控系統(tǒng)隨著計算機的發(fā)展水平的提高，逐步由模擬系統(tǒng)向數(shù)字化系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，數(shù)字化系統(tǒng)在功能上較模擬系統(tǒng)完善，操作極其智能化和集中化等。監(jiān)控系統(tǒng)適用場所包括：銀行、金庫、超市、商場、賓館、小區(qū)、學(xué)校、辦公樓、道路監(jiān)控。 紅外監(jiān)控的相關(guān)知識 800 年英國物理學(xué)家赫謝爾從熱的觀點來研究太陽光的熱效應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，他XX 論文 3 用棱鏡將太陽光分解成七色單色光，并按順序測量不同顏色光的熱效應(yīng)，當(dāng)把溫度計移到紅色光的邊界之外時，即人眼看不到任何光線的區(qū)域時，溫度計還是指示著很高的溫度。根據(jù)這一現(xiàn)象，隨后經(jīng)過多次實 驗，發(fā)現(xiàn)在紅色光之外，還有一種人眼不能看到的“ 熱線 ” ，人們將它稱為紅外線。而把光譜中看得見的部分稱為 “ 可見光 ” 。 [3] 眾所風(fēng)知，可見光的波長范圍是 380nm 一 780nm，波長由長到短依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種單色光。波長低于 380nm 的稱為紫外線，高于 780nm 的稱為紅外線。我們要討論的是指波長 780nm~l000nm 的近紅外攝像敏感系統(tǒng)。常規(guī)的攝像監(jiān)控系統(tǒng)是在可見光 (如陽光、燈光 )下，將被攝物體反射的光線通過攝像機的鏡頭，成像于攝像機的感光器件 CCD 靶面上，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路將圖像信號轉(zhuǎn)換為視頻信號 ，再通過傳輸系統(tǒng)，在顯示設(shè)備 (如監(jiān)視器 )上將圖象重現(xiàn)出來。對于無可見光情況下的監(jiān)控系統(tǒng)，主要有三種方法可以實現(xiàn)，即主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)、被動紅外監(jiān)控系統(tǒng)和微光紅外監(jiān)控系統(tǒng)。被動紅外監(jiān)控系統(tǒng)是利用物體在絕對零度以上都有熱量輻射，即有紅外線發(fā)出，在被動紅外攝像機內(nèi)裝有相應(yīng)的光放大器，根據(jù)物體輻射紅外線強弱的差別來拍攝物體的圖像，其所拍攝的圖像呈淡綠色。微光監(jiān)控系統(tǒng)是利用夜空中存在微弱的光線 (如月光、星光等 )。微光攝像系統(tǒng)的光放管將被攝物體反射的這些微光增強幾十倍甚至上百倍，再通過對可見光極為敏感的攝像機 (它同時對一 部分近紅外光敏感 )，將被攝物體拍攝出來，從而實現(xiàn)微光下的監(jiān)控。 主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是利用攝像機的 CCD 圖像傳感器具有很寬的感光光譜范圍，它的感光光譜不但包括可見光區(qū)域，還延長到紅外區(qū)域。利用此特性，即可在無可見光照明的情況下，使用與攝像機配套的紅外光源 (即紅外燈 )發(fā)出的人眼不易察覺而攝像機 CCD 卻能收到的紅外線，使圖像傳感器清晰成像。普通攝像機和紅外敏感攝像機的相對光譜靈敏度曲線及 LED 半導(dǎo)體發(fā)光紅外燈和鹵素紅外燈的光譜曲線。鹵素紅外燈的光譜曲線從 800nm 開始一直延續(xù)下去。紅外敏感攝像機比普通攝像 機對紅外光有較寬的感光光譜范圍，通過接受被攝物體反射的紅外光線，經(jīng)過攝像機的轉(zhuǎn)換電路及傳輸、顯示系統(tǒng)，即可將被攝物體的圖像顯示出來。主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)所拍攝的圖像呈現(xiàn)的是淡蘭色。 主動紅外監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下幾部分組成 :主動紅外發(fā)射器 (紅外燈 )、紅外敏感攝像機、光學(xué)成像器件及其他設(shè)備。主動紅外光源主要有兩類，一類是早期使用的鹵素紅外燈，其光功率較大，多用于中遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。另一類是半導(dǎo)體 LED 發(fā)光器材做成的紅外燈，它本身不產(chǎn)生可見光，光譜單一，并且功耗低，因此被廣泛采用。 我們知道，保證區(qū)域的安全不能只在巡更人防 方面加強力量，必須從運用現(xiàn)代化的防盜報警技術(shù)，這是外界不法人員所逾越的第一道關(guān)卡 ,而紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，成為周界防范系統(tǒng)最有效、最直接手段，是安防系統(tǒng)中不可缺少的重要部分（所謂的技術(shù)的第一層次）。由于他是不可見光，因此用他作防盜監(jiān)控報警器，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干擾能力強，使得這種監(jiān)控報警裝置XX 論文 4 廣泛應(yīng)用于居住小區(qū)，倉庫，博物館、智能大廈、單位要害部門和家庭的防護，對區(qū)域的周界進行有效的防范。 本文所做的工作 本文將系統(tǒng)介紹由我研制開發(fā)一種采用新的先進的紅外 線對射感應(yīng)模塊制作而成的圍墻、柵欄防盜報警系統(tǒng)，由于它是利用人眼不可見的紅外光束，組成無線監(jiān)控區(qū)域，所以具有極強的保密性和可靠性。本系統(tǒng)除用于倉庫、門窗、圍墻、柵欄防盜報警外，也可用于其他需要監(jiān)控的場合。在本文中我們將要介紹的系統(tǒng)如圖 所示 人體檢測裝置 紅外發(fā)射裝 置 89C5 控制芯 片 RS232 遠(yuǎn)程輸出串 口 聲音報警器 光報警器 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心 紅外接受裝置 模擬試驗表明，紅外監(jiān)控防盜系統(tǒng)技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，安全節(jié)能，可及時自動的發(fā)現(xiàn)和判斷被測范 圍內(nèi)是否有被測目標(biāo)出現(xiàn)，且能正常收發(fā)命令與控制?？梢灶A(yù)見，此產(chǎn)品一旦上市 ,它將極大地改善現(xiàn)有產(chǎn)品的實用性可靠性和用戶的安全性。但是我們在測試過程中也發(fā)現(xiàn)，此系統(tǒng)的紅外發(fā)射裝置的發(fā)射距離只有 5 米左右，如果我們將此產(chǎn)品投入使用，我們必須有進一步的改進。同時，我們的系統(tǒng)所做的測試都是以單點測試為主，對實用過程中的多點監(jiān)控，我們還有待于進一步的測試和研究。 XX 論文 5 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 本章小結(jié) 相關(guān)基礎(chǔ)知識 在我們的系統(tǒng)當(dāng)中，我們將分別應(yīng)用到 MCS51 單片機，主動和被動人體探測裝置， RS232 串行通信口，聲光報警器等元器件。對此，我們用到的主要元器件的相關(guān)知識分別作一介紹。 MCS51型系列單片機介紹 （一） 、 MCS51 型系列單片機在我們的系統(tǒng)中將扮演整個系統(tǒng)的 “ 心臟 ” 和 “ 大腦 ” 的角色，是系統(tǒng)的控制部分，是實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的指揮中心，其相關(guān)知識如下： （二）、 MCS51 型系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示圖 所示，主要包括累加器 ACC(有時也簡稱為 A)、程序狀態(tài)字 PSW、地址指示器 DPTR、只讀存儲器 ROM、隨機存取存儲器RAM、寄存 器、并行 1/0 接口 P0P定時器 /計數(shù)器、串行 1/0接口以及定時控制邏輯電路等。這些部件通過內(nèi)部總線聯(lián)接起來，構(gòu)成一個完整的微型計算機。 [4] （三）、 （四）、 圖 累加器 A： 累加器是 CPU 中使用最頻繁的一個寄存器，簡稱 ACC或 A寄存器。其作用為 :① 累加器 ACC 是 ALU 單元的輸入之一，因而是處理數(shù)據(jù)源之一。但它又是 ALU 運算結(jié)果的存放單元，即 ALU 運算結(jié)果又通過內(nèi)部總線送人累加器 ACC 中存放。 ②CPU 中的數(shù)據(jù)傳送大多通過累加器， 故它又相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站。 （五） 、 B寄存器： B寄存器在乘法和除法指令中作為 ALU 的輸人之一。乘法中，ALU 的兩個輸人分別為 A、 B，運算結(jié)果存放在 AB寄存器對中。 A 中放積的低八位 。B 中放積的高八位 。除法中，被除數(shù)取自 A，除數(shù)取自 B，商數(shù)存放于 A，余數(shù)存放在 B。在其它情況下， B 寄存器可以作為內(nèi)部 RAM 中的一個單元來使用。 （六） 、 程序狀態(tài)字 PSW ：程序狀態(tài)字 (PSW)是一個逐位定義的 8 位寄存器，其內(nèi)容的主要部分是算術(shù)邏輯運算單元 (ALU)的輸出。它是一個程序可訪問的寄存器，而且可以按位訪問。 格式如下 : （七）、 （八） 、 MCS51 型系列單片機引腳功能介紹 : （九）、 MCS 一 51型系列單片機具有 40 個引腳雙列直插式封裝的器件。其中許多引腳具有第二功能，但各種不同的單片機芯片又各有不同。其引腳如圖 所示：圖中管腳可以分為 4 類：電源類管腳 2個、時鐘類管腳 2個、并行 I／ O類管腳 32 個、控制類管腳 4個。 （十）、圖 MCS51型系列單片機引腳 XX 論文 6 （十一）、 1)電源類引 （十二）、 VCC(40 腳 )十 5V，芯片工作電源的輸入端 （十三）、 2)控制信號引腳 （十四）、 RST／ VPD(9 腳 )： RST 為復(fù)位信號輸入端。當(dāng) RST 端保持兩個機器周期 (24 個時鐘周期 )的高電平時，可對單片機實現(xiàn)復(fù)位操作。該引腳的第二功能是作為內(nèi)部電源的輸入端 (VDD)。當(dāng)電源 VCC 一旦發(fā)生掉電或電壓降低到低于電平規(guī)定值時，可通過它為單片機內(nèi)部 RAM 提供電源，以保護片內(nèi) RAM中的信息不丟失，使系統(tǒng)在上電后能繼續(xù)正常運行。 [5] （十五）、 （十六）、 ALE/RROG(30 腳 )： ALE為地址鎖存允許輸出信號。在訪問外部存儲器時， ALE用來鎖存 N 擴展地址低 8位的地址信 號。在不訪問外部存儲器時， ALE 以時鐘振蕩頻率的1／ 6的固定頻率輸出。因而它又可用作外部定時及其它需要。但請注意：每當(dāng) CPU 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將減少一個 ALE脈沖。 ALE 能驅(qū)動 8 個 TTL 接口。此引腳的第二功能(PBOG)是對 8751 型單片機內(nèi)部 EPROM 編程時的編程脈沖輸入端。 （十七） 、 PSEN (29 腳 )：外部程序存儲器 ROM 的讀選通信號輸出端。當(dāng)訪問外部 ROM時， PSEN 定時產(chǎn)生負(fù)脈沖作為外部 ROM的選通信號，即每個機器周期 (12 個時鐘周期 )內(nèi)有效兩次。在訪問外部 RAM 或片內(nèi) ROM時，不會產(chǎn)生有 效的 PSEN 信號， PSEN 可驅(qū)動 8個TTL 輸入端。 （十八） 、 EA/VDD (31 腳 )：面為訪問內(nèi)外部程序存儲器控制信號。當(dāng) EA＝ 0 時，對 ROM的訪問限定在外部程序存儲器；當(dāng) EA＝ 1 時，在對 ROM 的訪問先從內(nèi)部 4KB 開始，當(dāng)?shù)刂贩秶?4KB 時自動切換到外部進行訪問。由此可見 8031 型單片機沒有內(nèi)部的 4KB 程序存儲器，因此其 EA直接接地。對于片內(nèi)含 EEPROM 的機型，在編程期間，此引腳用作 21V編程電源 VDD 的輸入端。 （十九） 、 3)時鐘振蕩電路引腳 （二十）、 XTAL1（ 19 腳 )和 XTAL2(18 腳 )的 內(nèi)部是一個振蕩電路。當(dāng)使用內(nèi)部振蕩電路時，在這兩個管腳上外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時鐘時．用于接外部時鐘脈沖信號。 （二十一）、 4)并行 I／ O 端口 （二十二）、 8051 型單片機有 32條 I／ O線，構(gòu)成 4個 8位雙向端口。 （二十三）、 P0 口 (32— 39 腳 )：是一個 8垃漏極開路型的雙向 I／ O 口時，分時提供低 8位地址，并用作 8位雙向數(shù)據(jù)總線。 （二十四）、 P1 口 (1— 8腳 )：是一個帶內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I／ O 口。 XX 論文 7 （二十五）、 P2 口 (21— 28 腳 )：是一個帶內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I／ O口。在訪問外部存 儲器時，提供高 8位地址。在對 8751 型單片機內(nèi) PROM 進行編程和檢驗時， P2 口用于接收高 8位地址和控制信號。 （二十六） 、 P3 口 (10 一 17腳 )：是一個帶內(nèi)部提升電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I／ O口。在系統(tǒng)中，這 8個引腳都有各自的第二功能． [6] 人體紅外探測器 在被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器 PIR，它能將波長為8 一 12um 之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進入警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度的差異。另外一個器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲星爾透鏡作用有兩個 :一是聚焦作用，熱釋的紅外信號折射反射 )在 PIR上，第二個作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣 PIR 就能產(chǎn)生變化的電信號。 [7]如圖 圖 主動紅 外探測器 主動式紅外探測器原理：主動式紅外探測器分為發(fā)射 (投光器 ) 和接收 (受光器 )兩部分，投光器和受光器之間投射紅外光，當(dāng)有入侵發(fā)生時，投光和受光器之間的紅外光被阻斷，觸發(fā)報警。使用的紅外線是波長在 700nm 到 1000um 這間的電磁波 (比紅外波長長的是波，比紅外波長短的是可見光 )。人眼是看不到紅外線的，但特殊材料可以感應(yīng)到，也可以成像。影響主動紅外入侵探測器質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) 1 白光過濾能力 所謂白光，泛指人眼可感應(yīng)的各種自然光和人造光。對主動紅外入侵探測器產(chǎn)生干擾的白光，主要有如太陽光、雷光等 自然光和水銀燈、車頭燈等人工光。主動紅外入侵探測器采用的光學(xué)過濾系統(tǒng)應(yīng)該具有將白光最大限度的過濾掉的用。使用阻止白光通過的特殊質(zhì)材外殼。白光過濾最基本的辦法是采用由一種特殊濾光材料構(gòu)成的濾光機構(gòu) (外殼 )，這種材料能有效地傳遞特定波長范圍的紅外光，并阻止白光通過。由于幾乎能阻斷全部可見光，因此該材質(zhì)的外殼看起來幾乎是黑色的。目前這種優(yōu)質(zhì)原材料仍由日本壟斷，并被幾家日本大制造商包銷，因此優(yōu)質(zhì)的主動紅外入侵探測器基本上是由日本技術(shù)制造的，有些低檔產(chǎn)品的濾光機構(gòu)看起來似乎也差不多，但實際濾光效果卻相差甚遠(yuǎn)。 [14]使用特殊設(shè)計菲涅爾鏡片特種材料的外殼可以最大限度的濾除白光的干擾，但對光干擾源中的紅外線部分卻無能為力，尤其使用普通的透射式或反射式進行紅外光線聚焦的鏡片，在聚焦特定XX