【正文】 ......................................................... 17 7 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 19 8 報(bào)警模塊硬件和軟件的調(diào)試仿真 .................................................................................... 20 仿真的設(shè)置 ............................................................................................................. 20 顯示部分調(diào)試 ......................................................................................................... 20 串口通信部分調(diào)試 ................................................................................................. 23 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 24 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 25 致 謝 .................................................................................................................................. 26 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –1– 1 概述 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平也有了很大的提高，但是物質(zhì)條件得到改善的同時(shí)精神文明卻沒有得到相應(yīng)的提高，時(shí)常會(huì)有意想不到的小偷入室偷竊事件發(fā)生在自己的家里，因此人們對(duì)住宅、辦公及其他公共場(chǎng)所的安全的要求也越來越高，智能安全防范系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。本系統(tǒng)就是基于單片機(jī)而設(shè)計(jì)的多路熱式紅外無線報(bào)警系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)思路 本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路是由探測(cè)器發(fā)射電路和接收?qǐng)?bào)警電路兩部分組成。探測(cè)發(fā)射電路通過熱式紅外探 測(cè)器探測(cè)移動(dòng)的人體信號(hào)，并經(jīng)過放大、編碼和發(fā)射等環(huán)節(jié)，將人體的移動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)應(yīng)用無線技術(shù)發(fā)射出去；接收電路在將接收到的無線信號(hào)解調(diào)、譯碼和聲 音 報(bào)警等環(huán)節(jié)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)為聲音 信號(hào)，從而達(dá)到遠(yuǎn)距離無線報(bào)警的目的。 在報(bào)警部分設(shè)計(jì)中，以單片機(jī) AT89C52 作為處理的處理器，在報(bào)警信號(hào)傳輸至單片機(jī)后，單片機(jī)將報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)為聲音信號(hào)，發(fā)出警笛報(bào)警，同時(shí)當(dāng)認(rèn)為有必要解除報(bào)警時(shí)，可以手動(dòng)解除報(bào)警；為使監(jiān)測(cè)的地域更為寬廣，采用多路報(bào)警，每一路都設(shè)置唯一的地址碼作為身份代碼，單片機(jī)將方位碼通過數(shù)碼管顯示出來，更加直 觀；為使數(shù)據(jù)得到及時(shí)的保存， 以備需要查詢，通過單片機(jī)的串口和計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行通信，將數(shù)據(jù)傳至將數(shù)據(jù)保存；單片機(jī)和將數(shù)據(jù)串口電平轉(zhuǎn)換采用 MAX232 芯片； PC 上位機(jī)的開發(fā)，采用 的 MSComm 通信控件。提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、事件、方法，并通過控件屬性對(duì)串口參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，比較容易地解決了串口通信問題。 框架圖 傳感器 放 大 編 碼 發(fā) 射 接收 解碼 單片機(jī) 串口通信 聲音報(bào)警 顯示電路 MAX2322 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –2– 2 紅外探測(cè)基本原理 紅外探測(cè)基本工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜 ，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升 △ T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生 電壓 △ U。 熱釋傳感器 主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變 成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為使 探測(cè)空間的紅外線集中到傳感器上，一般在熱釋傳感器的前方安裝菲涅爾透鏡。 如圖 21 所示。 圖 21 熱釋紅外報(bào)警示意圖 D203S 型熱釋傳感器 D203S 型熱釋紅外傳感器為國產(chǎn)器件，在國內(nèi)的防盜報(bào)警中有很廣泛的應(yīng)用。下面介紹 D203S 型惹釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)、原理。 D203S 型熱釋電紅外傳感器有熱釋電敏感元件（ PZT 兩個(gè)）、場(chǎng)效應(yīng)管、高阻值電阻 Rg 和濾光片等組成。 D203S 型熱釋電紅外傳感器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 22所示： 圖 22 熱釋紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –3– 敏感源用紅外熱釋電材料 — 鋯鈦酸鉛 (PZT)制成，經(jīng)極化處理后，其剩余極化強(qiáng)度隨溫度 T 升高而下降。制作敏感元件時(shí)，將熱釋電材料制成很小的薄片，在在薄片兩面鍍上電極，構(gòu)成兩個(gè)串聯(lián)的、有極性的小電容。把兩個(gè)極性 的熱釋電敏感元做在同一晶片上，由于溫度的變化影響整個(gè)晶片產(chǎn)生溫度變化時(shí)，兩個(gè)敏感元產(chǎn)生的熱釋電信號(hào)互相抵消，起到補(bǔ)償?shù)淖饔谩? 因此，它只能在由于外界的輻射而引起它本身變化的溫度變化時(shí)，才會(huì) 給出一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)，當(dāng)溫度的變化趨于穩(wěn)定后，就再?zèng)]有信號(hào)輸出，即熱釋電信號(hào)與它本身的溫度變化率成正比?；蛘哒f，熱釋電效應(yīng)只對(duì)于東的人或物體敏感。 D203S 型傳感器接收波長范圍為 微米，適合用于保安防范系統(tǒng)的人體探測(cè)及自動(dòng)燈開關(guān)等。 D203S 的主要性能參數(shù)如表： 表 21 D203S 型傳感器參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 型號(hào) D203S 接收波長 5— 14 微米 靈敏度 3200 伏 /瓦 探測(cè)率 (D*) 108 cmHz1/2/W 輸出平 衡度 10% 源極電壓 ～ 伏 電源電壓 3— 15 伏 工作溫度范圍 30— 70186。C 保存溫度范圍 40— 80186。C 菲尼爾透鏡 菲涅爾透鏡是一種精密的光學(xué)系統(tǒng) ,專門是用來與熱釋電紅外傳感器配套使用。它由經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的透鏡組構(gòu)成，上面的每個(gè)透鏡單元都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，相鄰兩個(gè)單元透鏡的視場(chǎng)即不連續(xù)也不重疊 ,都相隔一個(gè)盲區(qū)。當(dāng)熱源在透鏡前運(yùn)動(dòng)時(shí) ,順次從某一單元透鏡視場(chǎng)進(jìn)入又退出，透鏡的功能就是將連續(xù)的熱源信號(hào)變成斷續(xù)的輻射信號(hào) , 人體或者體積較大的動(dòng)物都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會(huì)發(fā)出特定波長 10μm左右的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，人體發(fā)射的 10μm左右的紅外線通過菲涅耳透鏡透鏡增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源 (熱釋電元件 )上。 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –4– 3 熱釋紅外傳感器的采集、處理設(shè)計(jì) 熱釋紅外傳感器輸出的微弱檢測(cè)信號(hào)，要經(jīng)過放大、比較、延遲等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能發(fā)出較為穩(wěn)定的報(bào)警信號(hào)和控制信號(hào)?；究蚣軋D如圖 31示： 圖 31 信號(hào)處理 框架圖 在設(shè)計(jì)的過程中，為更好的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無損放大，為報(bào)警提供穩(wěn)定的報(bào)警信號(hào)， 采用了 電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小 的 LM324。它是四運(yùn)放集成電路，采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 1所示的符號(hào)來表示，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 LM324 的引腳排列見圖 32 所示 。 圖 32 LM324引腳排列 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格 低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 放大電路 紅外傳感器的輸出檢測(cè)信號(hào)很小，要經(jīng)過高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進(jìn)一步處理，一般來講，要求放大器增益 6070dB，帶寬為 。這里設(shè)計(jì)采用了信號(hào) 放大 比較整形 延 遲 Vo Vi 輸入 熱釋紅外線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) –5– 兩個(gè) LM324 構(gòu)成的低頻帶通放大電路，且與所加電源無關(guān)，頻率補(bǔ)償及偏置電流均采用了溫度補(bǔ)償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。電路如圖 33所示。 圖 33 紅外信號(hào)放大電路 IC1a 和 IC1b 分別組成高低通放大器， IC1a 為反相比例放大器， IC1b 為同相比例放大器，他們兩的結(jié)構(gòu)相同，只是元件參數(shù)有差異。 比較電路 比較電路可以看成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（ V+），就是低電平（ V或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。 如圖 34， 使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻 R R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A1 設(shè)定比較電平 U1；電阻 R R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放 A2 設(shè)定比較電平 U2。輸入電壓 U1 同時(shí)加到 A1 的正輸入端和 A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng) Ui U1 時(shí)，運(yùn)放 A1 輸出高電平；當(dāng) Ui U2時(shí)，運(yùn)放 A2 輸出高電平。 圖 34 紅外信號(hào)的比較電路