【正文】 ......................................................................... 92 5 系統(tǒng)測試 .................................................................................................................... 92 6 結(jié)論 ............................................................................................................................ 95 參 考 文 獻 .................................................................................................................100 致謝 ..............................................................................................................................101 1 實習(xí)分工情況 姓名 考研 實踐任務(wù) 報告任務(wù) 陳東 單片機控制代碼 軟件設(shè)計步驟 褚效 維 是 整體流程構(gòu)思與設(shè)計 報告格式修正排版 單凱 是 電路設(shè)計 目錄摘要流程圖 顧明洲 電板焊接 硬件設(shè)計步驟 李菁 是 單片機控制代碼 軟件設(shè)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(shè)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(shù)的發(fā)展，提供遠程通信服務(wù)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(shù)預(yù)防專業(yè)工作會議”，會議4 提出要大力開展安全技術(shù)防范工作，技防作為公安業(yè)務(wù)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(lǐng)導(dǎo)和 有關(guān)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(xué)技術(shù)、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(guān)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(shù) ,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(jié)構(gòu)、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(chǔ)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(yīng)用 。 設(shè)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(shè)，建設(shè)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(luò)等系統(tǒng)。 設(shè)計任務(wù)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(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、比較電路送至門限開關(guān)，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(qū)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(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施?？刂破鲗崿F(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(yīng)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(shè)計方案 智能住宅安防報警系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展狀況，根據(jù)我國住宅建設(shè)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(zhuǎn)換為電壓形式。 被動式紅外報警器主要由光學(xué)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(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 結(jié)構(gòu)框圖 報警器結(jié)構(gòu)圖 是將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結(jié)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(gòu)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(lǐng)域能。 系統(tǒng) 總體 設(shè)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(shù)的總體方案設(shè)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(shè)定、本地顯示、本地報警等功能。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、在線調(diào)試等幾個階段，就本設(shè)計來說也包括這些過程。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，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(fù)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(shù)，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(shù)和單片機技術(shù)。 （ 2） 信息數(shù)據(jù)的交換。 現(xiàn)在有關(guān)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(guān)無線探頭、門把手人體接近感應(yīng)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(guān)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(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)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(shù)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(shè)計所用的熱釋感器就采用這種 雙探測元的結(jié)構(gòu) 。 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(shù)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(fù)用的方法，引腳處于何種功能， 可由指令來設(shè)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(yīng)用在各個方面。 ST89C52 單片機的結(jié)構(gòu) 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(fù)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(shù)制造，兼容標準 MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(yīng)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(gòu)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(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 此外， ST89C52 設(shè)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(guān)