【正文】 ......................................................................... 92 5 系統(tǒng)測試 .................................................................................................................... 92 6 結論 ............................................................................................................................ 95 參 考 文 獻 .................................................................................................................100 致謝 ..............................................................................................................................101 1 實習分工情況 姓名 考研 實踐任務 報告任務 陳東 單片機控制代碼 軟件設計步驟 褚效 維 是 整體流程構思與設計 報告格式修正排版 單凱 是 電路設計 目錄摘要流程圖 顧明洲 電板焊接 硬件設計步驟 李菁 是 單片機控制代碼 軟件設計步驟 劉建飛 電板焊接 實踐心得 2 摘 要 整個系統(tǒng)主要由 ST89C52 芯片、熱釋電傳感器、聲光報警、鍵控組成。同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后利于跟 PC 機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。利用熱釋電紅外傳感器設計了一種被動式紅外報警電路 ,分析了該電路的功能和工作原理。隨后，由于通信技術的發(fā)展，提供遠程通信服務的電報公司加入到這個行業(yè)中，從而使得報警信息可以通達到更遠的地方；不過，這種電報方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話理所當然地成為報警通訊的主要手段。其具有以下特點，值得我們借鑒。 1979年公安部在石家莊市召開了“ 全國刑事技術預防專業(yè)工作會議”，會議4 提出要大力開展安全技術防范工作，技防作為公安業(yè)務的組成部分就這樣正式提出來。值班人員判斷出罪犯在行竊，及時報告了領導和 有關部門，組織保衛(wèi)人員和警力將罪犯包圍后將其擒獲。 進入 90年代，人們注意到周界防范的重要性，要利用周邊的圍墻，鐵柵欄等屏障建立周界防范，如果沒有條件形成大周界也要建立建筑物的墻體、窗戶、門外和建筑物之外。 隨著社會的不斷進步和科學技術、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財產(chǎn)也不斷地增多 。于是有關家庭、辦公室和倉庫等處的安全防范和自動報警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視 ，現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了各種名目繁多的報警裝置，但多由于可靠性較差、功能單一或造價高而難于普及。紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術 ,其功能也非常先進。 熱釋電紅外 (PIR)傳感器 ，亦稱為 熱紅外傳感器 ， 是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線 的新型高靈敏度 紅外 探測元件。雖然它們的型號不一樣，但其結構、外型和特性參數(shù)大致相同，大 圖 1 熱釋電傳感器實物圖部分可以彼此互換使用。將這些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個等效的小電容。它在以前的防盜器基礎上進行了很大的改進，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。 （ 3） 遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所 以這種報警器的可靠性也不高。 紅外線 作為一種 不 可 見光 ，有 很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用 。 設計背景 該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線，當人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。另外，為了進一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設，建設部特別制定了智能小區(qū)的等級標準，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡等系統(tǒng)。 設計任務與要求 當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，在電容兩端產(chǎn)生極性相反、 電量相等的正、負電荷，所以，正負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。 濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，能夠有效地濾除~14um 波長以外的紅外線 。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制和報警等模塊子函數(shù)。 （ 3）系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當有人闖入時， 熱釋電紅外傳感器 將探測到動作， 設置在監(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、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出 TTL 電平至 ST89C52單片機，經(jīng)單片機處理運算后 驅動執(zhí)行報警電路使 警號發(fā)聲。至于報警可采用聲光信號。當探測器探測到非法入侵，報警器工作狀態(tài)變?yōu)閳缶癄顟B(tài)， 產(chǎn)生報警聲。防盜報警系統(tǒng)是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。控制器實現(xiàn)對熱釋電紅外探測器和振動位移傳感器的循環(huán)掃描，并控制報 警信號處理電路作出相應狀態(tài)處理，如果有報警信號的話，延時 1～ 2秒對該端口進行一次掃描確保真的有險情時立即發(fā)出報警信號，控制報警電路報警，同時通過數(shù)碼顯示單元顯示具體的事發(fā)位置。 （ 4） 防盜探測器 是否 采用電源分類可分為無源和有源兩種 。報警探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵 行為及各種異常情況。 2 總體設計方案 智能住宅安防報警系統(tǒng)開發(fā)設計方案是參照國內(nèi)外相關技術的發(fā)展狀況，根據(jù)我國住宅建設的實際情況，為滿足新時期居民的居住要求，并充分考慮其經(jīng)濟性和可靠性。由于 探測元 輸出的是電荷信號，不能直接使用，因而需要將其轉換為電壓形式。 被動式紅外報警器主要由光學系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成，其結構框圖如圖 21 所示。 圖 21 結構框圖 報警器結構圖 是將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結合使用時的工作原理示意圖。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動式的熱釋電紅外傳感器，廣泛用于 人體通過傳感器產(chǎn)生的信號 安防、自控等領域能。 系統(tǒng) 總體 設計 現(xiàn)在市場上有各種各樣的報警器，通過對它們進行分析比較，根據(jù)產(chǎn)品的功能要求和性價比，決定采取以單片機為主要技術的總體方案設計。但人體移動時 ,兩元件極化程度不同 ,凈輸出電壓不為 0 ,從而達到了探測移動人體的目的。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設定、本地顯示、本地報警等功能。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計、在線調試等幾個階段，就本設計來說也包括這些過程。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉換成電信號，經(jīng)過放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出 TTL 電平至 ST89C52 單片機。 根據(jù)實際要求，本文所研制的報警器的功能要求如下： （ 1）可實現(xiàn)非法入侵報警； （ 2）采用復合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和振動位移傳感器并接使用，增加報警可靠性； （ 3）蜂鳴器報警，顯示出出事地點； （ 4）采用雙電源技術，主電源停電或被切斷，被動電源自動工作。下面我們將簡要介紹傳感器技術和單片機技術。 （ 2） 信息數(shù)據(jù)的交換。 現(xiàn)在有關家庭防盜的傳感器非常多，有無線人體熱釋電傳感器、無線門磁傳感器、振動位移傳感器、紅外線反射開關無線探頭、門把手人體接近感應傳感器、雷達波人體檢測無線探頭等等。 被動式熱釋電紅外探測器的工作原理： 在自然界，任何高于絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，17 其紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關的。這 種元件在接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化最終將以電壓或電流的形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。 被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。 抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408（安全防范國家標準）的要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。 （ 4） 紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動檢測等。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。當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。 在該探測技術中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量 變化來完成探測目的。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外 。 本設計所用的熱釋感器就采用這種 雙探測元的結構 。 圖 28 雙元紅外傳感器示意圖 菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將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)。熱釋電紅外傳感器包括單元、雙元、四元三種類型。一方面是采用新技術來加強抗干擾能力；另一方面是在安裝方面加以注意。 ROM為程序存儲器，只存放程序、常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。 （ 2） 采用面向控制的指令系統(tǒng)。由于單片機機芯上引腳有限，為了解決實際引腳和需要的信號線數(shù)的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能， 可由指令來設置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。單片機雖然主要是作控制器用，但功能上還是通用的，可以像一般微處理器那樣廣泛地應用在各個方面。 ST89C52 單片機的結構 ST89C52是一個低功耗， 高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 ST89C52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。同時該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求 。 26 圖 29 ST89C52 功能方塊圖 （ 1） 中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，具有運算和控制功能。 （ 3） 程序存儲器（內(nèi)部 ROM） 芯片內(nèi)部有 4 KB 的掩膜 ROM，可用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格等，因此稱為程序存儲器，簡稱內(nèi)部 ROM。該串行口功能較強，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位寄存器使用。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列，系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 由上所述， ST89C52 雖然是一塊芯片，但它包括了構成計算機的基本部件，因 此可以說它是一臺簡單的計算機。 （ 4） 128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)。 （ 8） 一個可編程串口。 PO口 ： PO口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 30 圖 211 ST89C52 引腳排列圖 P1口 ： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 1/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸 出電流。 P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口也可作為 ST89C52的一些特殊功能口，如下為管腳的備選功能 : （ 1） RXD(串行輸入口 ) （ 2） TXD(串行輸出口 ) （ 3） /INTO(外部中斷 0) （ 4） /INT1(外部中斷 1) （ 5） TO(記時器 0外部輸入 ) （ 6） T1(記時器 1外部輸入 ) （ 7） /WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) （ 8） /RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) （ 9） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。 此外， ST89C52 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 LM317 概述 LM317 內(nèi)部包括有兩 個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關