【正文】 盜報警系統(tǒng)。 隨著 08 年奧運會的成功舉辦，帶動了我國的安防業(yè)迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，針對防盜報警系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)也需快速更新，而 基于 GSM 模塊的防盜報警技術(shù)正是未來一段時間內(nèi)的主要發(fā)展趨勢，因此 它 的 設(shè)計有著重要的意義 。 設(shè)計任務(wù)與要求 （ 1）根據(jù)市場需求及技術(shù)發(fā)展趨勢，模擬為一工廠倉庫設(shè)計基于ＧＳＭ模塊的被動式紅外防盜報警系統(tǒng) 。本設(shè)計分軟件、硬件兩部分，分別劃分為檢測模塊、聲光報警模塊、串口模塊、 GSM 模塊。 （ 2）系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。工廠倉庫經(jīng)常處于無人狀態(tài)，需要不斷監(jiān)控是否有人 入侵。當(dāng)有人入侵時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作產(chǎn)生電信號，經(jīng)信號處理電路處理放大后送入單片機，人體的每一次移動都會產(chǎn)生電信號，當(dāng)電信號累計到 5 次時系統(tǒng)判定為有外人入侵，啟動中斷服務(wù)程序（報警功能），分別進(jìn)行聲光報警和 GSM報警。 （ 3）被動式熱釋電紅外傳感器能探測出針對人的紅外波段，能區(qū)別于其他紅外波段，盡量減少誤報漏報，同時檢測范圍大，檢測形式隱蔽，不易被外人察覺 。 （ 4）通過 proteus 軟件和 Keil 軟件對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行模擬 仿真，初步檢測系統(tǒng)的正確性。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識介紹 2 2 基礎(chǔ)知識介紹 熱釋電紅外傳感器 （ PIR） 原理簡介 本文主要采用的是 d203s 型熱釋電紅外傳感器。它 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、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具 有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 10~20 米范圍內(nèi)人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的 “盲區(qū) ”和 “高靈敏區(qū) ”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū) ”進(jìn)入 “高靈敏區(qū) ”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 9~10um，而探測元件的波長靈敏度在 ~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有 濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。 PIR 內(nèi)部電路圖如下圖所示： PIR 性能及檢測范圍 PIR 抗干擾性能比較強： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識介紹 3 (1)防小動物干擾： 探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動物，一般不產(chǎn)生報警。 (2)抗電磁干擾： 探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 中 要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 (3)抗燈光干擾： 探測器在 正常靈敏度的范圍內(nèi)，受 3 米外 H4 鹵素?zé)敉高^玻璃照射，不產(chǎn)生報警。 PIR 對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感 ,而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動則最為敏感 .因此針對這一特點和系統(tǒng)要求的檢測范圍，可將 PIR 安裝在倉庫頂棚，其檢測范圍如圖所示： AT89C51 單片機簡單概述 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 單片機的基本組成及功能方塊圖如下圖所示： 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識介紹 4 AT89C51 單片機管腳說明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式，因為受引腳數(shù)目的限制，所以不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以 被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口 ： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為低八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是 由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識介紹 5 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩 器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計 6 3 方案設(shè)計 總體設(shè)計思路 本設(shè)計包括硬件、軟件兩部分。模塊可劃分為檢測模塊、報警模塊和控制模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路。軟件結(jié)構(gòu)有循環(huán)檢測、中斷報警兩個功能。 就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心元件，所以次系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍 應(yīng)用 電路等組成系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的 總稱 。單片機應(yīng)用 系統(tǒng)的研制過程包括系統(tǒng)功能分析、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。 處理器采用 51 系列單片機 AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路等最終輸入單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號，利用控制信號進(jìn)行報警等，當(dāng)報警解除時可以人工手動接觸報警 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： A T 8 9C 5 1復(fù) 位 電 路紅 外 檢 測 電 路聲 光 報 警 電 路G S M 報 警 電 路 具體電路模塊設(shè)計 電源電路 電源電路如下圖所示， 220V 交流市電可由 市場上典型 220V 轉(zhuǎn) 12V 變壓器降壓，經(jīng)橋式整流器 D1 整流，電解電容 C1 濾波，三端穩(wěn)壓器 78L05 穩(wěn)壓， C2 改善穩(wěn)定電源波動 最后得到整機要求的 +5V 穩(wěn)定直流電源。 其中 7805 的 VI 管腳可接受 825V 電壓， VO 管腳 能夠 穩(wěn)定輸出 5V 電壓，只要輸入電壓在 825V， 7805 都能為單片機系統(tǒng)提供恒定的 5V 電壓。 C1 起濾波作用 在電路中一般為幾千 uF C2： 用來改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)，減少高頻噪聲 ，就是減小電源不規(guī)則的波動量提東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計 7 高電源性能。 說明： 因為軟件所限，無法直接模擬出 12V 交流電，故在 Proteus 中模擬電源電路時，采用激勵源模式模擬出 12V 交流電，如圖， AC2 輸入 +12V 正弦交流 源 ， AC1輸入 12V 正弦交流 源 ，組成一個 24V 的正弦交流電源。 熱釋電紅外傳感器原理 （ 1）傳感器組成及檢測電路框圖 熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動安裝等特點。實際使用時，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測距離及范圍。實驗證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測距 離僅為 2m 作用；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可增加到 10m 以上。 由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值?。ㄐ∮?1mv），不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號，因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路，使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處 理的數(shù)字信號。根據(jù)功能要求，人體熱釋電檢測電路組成框圖如下所示： 檢 測 對 象 菲 涅 爾 透 鏡熱 釋 電 紅 外傳 感 器信 號處 理電 路V i 熱釋電檢測電路組成框圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計 8 其中 V0為控制信號，接到單片機的中斷端口。 （ 2）信號處理電路 本設(shè)計采用 BIS0001 來 完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。 1） BIS0001 簡介 及工作原理 BIS0001 是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)、報警用人體熱釋電傳感器等。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風(fēng)扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。