【文章內容簡介】 圍內進行警戒，只要在防護范圍內，無論從哪個方向入侵都會觸發(fā)報警，被動式報警探測器由于探測性能好、易于布防、價格便宜而被廣泛應用。 方案二：主 動式紅外探測器 主動紅外探測器由紅外發(fā)射機、紅外接收機和報警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學系統(tǒng)一般采用的是光學透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，有人經(jīng)過這條無形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號的強 度會因此產(chǎn)生變化，從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號。主動式紅外探測器遇到小動物、樹葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應報警，人或相當體積的物品遮擋將發(fā)生報警。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應受地面震動影響，而發(fā)生位移引起誤報，光學系統(tǒng)要保持清潔，注意維護保養(yǎng)。因此主動式探測器所探測的是點到點，而不是一個面的范圍。其特點是探測可靠性非常高。但若對一個空間進行南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 布防，則需有多個主動式探測器，價格昂貴。主動式探測器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉庫的門窗封鎖、購物中心的通道封鎖、停車場的出口封鎖、家居 的陽臺封鎖等等。 主動式紅外探測器有單光束、雙光束、四光束之分。以發(fā)射機與接收機設置的位置不同分為對向型安裝方式和反射式安裝方式，反射型安裝方式的接收機不是直接接收發(fā)射機發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當?shù)姆瓷湮铮ㄈ缡覊?、門板表面光滑的油漆層）反射回的紅外光束。當反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機無法接收到紅外反射光束時發(fā)出報警信號。當使用較多的探測器進行防范布局時應該注意消除射束的交叉誤射。 綜合考慮 被動式紅外 傳感器 探測性能好、易于布防、價格便宜 ，本設計采用被動式 紅外傳感器，也就是熱釋電傳感器。 微控制器的選擇 在選擇微控制器的時候，主要需要考慮：處理器的速度，要實現(xiàn)的功能，ROM 和 RAM 的大小， I/O 端口類型和數(shù)量，編程語言以及功耗等。 方案一：基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)。這種方案中我們可以使用現(xiàn)有的操作系統(tǒng)（ MCOSⅡ），在系統(tǒng)的基礎上進行應用程序的開發(fā)。由于 ARM 處理器的功能強大，資源豐富，因此使用這種方案可以使系統(tǒng)功能近乎完美，而且由于使用了操作系統(tǒng)，應用程序的設計會變的簡單可靠。但是這種方案成本較高，同時使用的嵌入式操作系統(tǒng)也會占用一部分額外的硬 件資源，這樣會大大的提高開支。目前情況下，我們不考慮這種方案。 方案二： SOC 型單片機 GSM 模塊構成的系統(tǒng)。目前 SOC 型單片機已經(jīng)非常普遍，基于 51 內核的 SOC 型芯片也有眾多的供應廠商。如 Cyganl 公司的C8051 系列。這些單片機都有豐富的資源，一般都不需要外擴其他器件就可以構成一個完成的系統(tǒng)。優(yōu)點在于減少了布線的麻煩，提高了系統(tǒng)的整體性能。 方案三：采用常用的 AT89S52 單片機作為核心控制器，此單片機的內部存儲器（ RAM）和程序存儲器（ ROM）及其引腳資源，基本上能實現(xiàn)設計指標，并且價格便宜，參考資 料很多。 完成本設計的控制功能，常用的 AT89S52 單片機完全可以滿足要求，并且成本更加低廉。因此綜合考慮選用方案三。 無線通道方案的選擇 目前的無線通道的數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)主要分為兩種，一種是通過專用網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，如 RF（射頻）數(shù)傳電臺和無線局域網(wǎng)（ WLAN）；一種是通過公共無線南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 通信網(wǎng)絡，如 GSM/GPRS 網(wǎng)絡的成熟度高，覆蓋面較廣，因而 GSM/GPRS 網(wǎng)絡被選為該無線通道總體方案的通信基礎 [4]。而基于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸通常有四種方式，一種是基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸，第二種是基于 DATA（一種以電路交換為基礎的傳輸方式）的數(shù)據(jù)傳輸；第三種是通過語音方式進行數(shù)據(jù)傳輸；最后就是通過 IP（ INTERNET PROTOCOL，因特網(wǎng)協(xié)議）方式傳輸數(shù)據(jù)。下面對四種基于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡的無線數(shù)據(jù)傳輸方式的各自特點作簡單的介紹。 方案一：基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸 基于短消息的數(shù)據(jù)傳輸是通過短消息作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，利用 AT 指令將短消息讀出并將信息還原，這樣就完成一次數(shù)據(jù)通信?；诙滔⒌臄?shù)據(jù)傳輸方式的特點是資費較低，組網(wǎng)使用方面，但數(shù)據(jù)容量較低（＜ 140 字節(jié)）。短消息數(shù)據(jù)傳輸方式特別適合于小數(shù)據(jù)量且中低 采集頻率的無線監(jiān)控系統(tǒng)使用。 方案二：基于 DATA 方式的數(shù)據(jù)傳輸 基于 DATA 方式的數(shù)據(jù)傳輸是利用 GSM 的 DATA（與傳真相同）傳輸方式。通過 AT 指令來進行數(shù)據(jù)撥號，等待數(shù)據(jù)連接建立后，只需將 ASCⅡ碼數(shù)據(jù)送入通信模塊既可。通信模塊會按照設定好的通信協(xié)議（默認為 ）將數(shù)傳出，目標機接到數(shù)據(jù)呼叫后，送出應答信號，然后便可按照相同協(xié)議接收 ASCⅡ碼信息?；?DATA 的數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸安全、實時性好、數(shù)據(jù)傳輸量大，但主要是成本較高，適合與要求可靠性很高且海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)中。 方案三：通過 語音方式進行數(shù)據(jù)傳輸 通過語音方式進行數(shù)據(jù)傳輸，主要是利用語音通道將數(shù)據(jù)調制到話音頻率傳輸出去，目標機將數(shù)據(jù)解調出來。該方案還可以通過語音通道傳輸。 DTMF（ Double Time Multiple Frequency,雙音多頻）編碼進行數(shù)據(jù)傳輸，通信方式與語音方式一樣，該方案主要優(yōu)點是可以用來傳輸音頻模擬數(shù)據(jù)，實時性很好（電路交換方式），但由于 GSM 系統(tǒng)的語音編碼方式局限，對數(shù)據(jù)的壓縮 /還原會造成數(shù)據(jù)的失真。該方案基本不被采用，但可以作為備選方案用于無線安防系統(tǒng)中。 方案四：基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式 基于 IP 的數(shù)據(jù)傳輸方式是 GPRS 系統(tǒng)獨有的，因為 GPRS 是在 GSM 網(wǎng)絡基礎上新增兩個節(jié)點 SGSN 和 GGSN 而形成的移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。由于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A是 TCP/IP 協(xié)議的轉換。實時性較好，短點就是 GPRS 終端開發(fā)成本高，使用復雜度教高（因為涉及到復雜的組網(wǎng)方案）。 根據(jù)目前大部分系統(tǒng)的需求并綜合以上方案的優(yōu)缺點，選擇基于 GSM 網(wǎng)絡的短信息的數(shù)據(jù)傳輸來做為我設計的紅外遠程報警系統(tǒng)的無線通道。 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 系統(tǒng)的總體設計方案 前面已經(jīng)對遠程紅外報警系統(tǒng)主要模塊的方案進行了論證和比較，并確定了各個部分的總 體設計思路。綜合以上考慮，本設計總體設計框圖如圖 21 所示。 圖 21 遠程紅外報警系統(tǒng)總體設計方案 熱釋電探測電路將檢測到 入侵者的入侵行為 ，并將其轉換成單片機能夠識別的開關量信號。單片機系統(tǒng)對輸入信號進行判斷和處理，當系統(tǒng)處于報警開啟狀態(tài)時，如果單片機判斷出熱釋電探測電路送來的檢測信號，單片機將通過報警電路進行就地報警，給犯罪分子以威懾，嚇跑入侵者。與此同時，單片機采用 AT 命令通過 GSM 短信模塊發(fā)送短信息給監(jiān)控者，實現(xiàn)遠程報警。監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設置以微控制器為核心 的智能模塊，以及發(fā)送短信消息查詢命令和監(jiān)控情況，從而達到遠程監(jiān)控的目的。由于無線傳輸模塊的電平性質與單片機不同，因此需要設計電平轉換電路來實現(xiàn)單片機對 GSM 模塊的訪問。 熱釋電 探測電路 AT89S52 單片機最小系統(tǒng) GSM 無線傳輸電路 電平轉 換電路 SIM 卡 報警電路 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 16 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設計 紅外探測電路設計 熱釋電傳感器有三個引腳分別是電源正負極和信號輸出。在傳感器電源正常的情況下，當熱釋電傳感器檢測到有人活動時，能夠 檢測到人體所發(fā)出的微弱紅外線，其輸出端會有微弱的電流信號輸出。這一微弱信號將送到 信號處理 集成電路 BISS0001 進行處理。 系統(tǒng)熱釋電紅外探測電路圖如圖 31 所示 A1VO2RR13RC14RC25RR26VSS7VRF/RES8VC9IB10VDD112OUT122IN131IN+141IN151OUT16U1BISS0001DSG熱釋電傳感器102C1103C2103C4105C6105C710uFC81MR147KR21MR310KR42MR547KR61KR9VCCVCC47uFC510KR710KR8至無線發(fā)射電路 圖 31 熱釋電紅外傳感器檢測電路圖 BISS0001 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構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、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)。 BISS0001 的特點 *CMOS 工藝 *數(shù)模混合 *具有獨立的高輸入阻抗運算放大器 *內部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內設延遲時間定時器和封鎖時間定時器 *采用 16 腳 DIP 封裝 BISS0001 的管腳圖和管腳說明 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 圖 32 BISS0001 引腳功能圖 表 31 BISS0001 管腳說明 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇 端。當 A 為“ 1”時，允許重復觸發(fā)；反之，不可重復觸發(fā) 2 VO O 控制信號輸出端。由 VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo 輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS的上跳變時， Vo保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 輸出延遲時間 Tx 的調節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時間 Tx 的調節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調節(jié)端 7 VSS 工作電源負端 8 VRF I 參考電壓及復位輸入端。通常接 VDD，當接“ 0”時可使定時器 復位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當 VcVR 時禁止觸發(fā)；當 VcVR時允許觸發(fā) (VR≈ ) 10 IB 運算放大器偏置電流設置端 11 VDD 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運算放大器的輸出端 13 2IN I 第二級運算放大器的反相輸入端 南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 18 14 1IN+ I 第一級運算放大器的同相輸入端 15 1IN I 第一級運算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運算放大器的輸出端 BISS0001 的可重復觸發(fā)方式 圖 33 BISS0001 的 可重復觸發(fā)工作方式下的波形 以下圖所示的可重復觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 可重復觸發(fā)工作方式下的波形在 Vc=“0” 、 A=“0” 期間，信號 Vs 不能觸發(fā) Vo為有效狀態(tài)。在 Vc=“1” 、 A=“1” 時， Vs 可重復觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)，并可促使 Vo在 Tx 周期內一直保持有效狀態(tài)。 在 Tx時間內，只要 Vs 發(fā)生上跳變，則 Vo將從 Vs 上跳 變時刻起繼續(xù)延長一個 Tx 周期；若 Vs保持為 “1” 狀態(tài)，則 Vo 一直保持有效狀態(tài)；若 Vs保持為 “0” 狀態(tài)，則在 Tx 周期結束后 Vo恢復為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間 Ti 時間內， 上圖中，運算放大器 OP1 將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由 C8耦合給運算放大器 OP2 進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1 和 COP2 構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號 Vo，可供單片機查詢或這觸發(fā)中斷。 圖 31中，芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。采用可重復觸發(fā)工作方式的好處是：如果傳感器 在延遲時間內再次檢測到有人活動，芯片的輸出將被繼續(xù)延遲而不會終止，報警也就將一直送給單片機，這樣提高了熱釋電檢測電路的靈敏度。輸出延遲時間 Tx由外部的 R7和 C6的大小調整，值為 Tx≈ 24576xR7C6；觸發(fā)封鎖時間 Ti 由外部的 R8 和 C7 的大小調整，值為 Ti≈ 24xR8C7。電路中 R7 和 R8南京工程學院自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 設計成了可調電阻，可以根據(jù)實際需要調整電阻值的大小，改變輸出延遲時間和觸發(fā)閉鎖時間的長短。電路的輸出送到 無線編碼發(fā)射電路，將報警信號發(fā)送出去。 單片機最小系統(tǒng)設計 AT89S52 單片機的特點及引腳功能 AT89S52 是美 國 ATMEL 公司生 產(chǎn) 的低功耗，高性能 CMOS 8 位 單 片機，片內 含 4kbytes 的可系 統(tǒng)編 程的 Flash 只 讀 程序 內 存，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存 儲 技 術 生 產(chǎn) ，兼 容標 準 8051 指令系 統(tǒng) 及引