【文章內(nèi)容簡介】 圍內(nèi)進(jìn)行警戒，只要在防護(hù)范圍內(nèi)，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(yīng)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(jī)、紅外接收機(jī)和報警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細(xì)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(qiáng) 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(yīng)報警，人或相當(dāng)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(yīng)受地面震動影響，而發(fā)生位移引起誤報，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護(hù)保養(yǎng)。因此主動式探測器所探測的是點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個面的范圍。其特點(diǎn)是探測可靠性非常高。但若對一個空間進(jìn)行南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jī)與接收機(jī)設(shè)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(jī)不是直接接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當(dāng)?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(dāng)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(jī)無法接收到紅外反射光束時發(fā)出報警信號。當(dāng)使用較多的探測器進(jìn)行防范布局時應(yīng)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(shè)計(jì)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(shí)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(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。由于 ARM 處理器的功能強(qiáng)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(yīng)用程序的設(shè)計(jì)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(jī) GSM 模塊構(gòu)成的系統(tǒng)。目前 SOC 型單片機(jī)已經(jīng)非常普遍，基于 51 內(nèi)核的 SOC 型芯片也有眾多的供應(yīng)廠商。如 Cyganl 公司的C8051 系列。這些單片機(jī)都有豐富的資源，一般都不需要外擴(kuò)其他器件就可以構(gòu)成一個完成的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)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(jī)作為核心控制器，此單片機(jī)的內(nèi)部存儲器（ RAM）和程序存儲器（ ROM）及其引腳資源，基本上能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，并且價格便宜，參考資 料很多。 完成本設(shè)計(jì)的控制功能，常用的 AT89S52 單片機(jī)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(shí)現(xiàn)主要分為兩種，一種是通過專用網(wǎng)進(jìn)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(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 通信網(wǎng)絡(luò)，如 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)的成熟度高，覆蓋面較廣，因而 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)被選為該無線通道總體方案的通信基礎(chǔ) [4]。而基于 GSM/GPRS 網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)的傳輸方式）的數(shù)據(jù)傳輸；第三種是通過語音方式進(jìn)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(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸方式的各自特點(diǎn)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(diǎn)是資費(fèi)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(jìn)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(shè)定好的通信協(xié)議（默認(rèn)為 ）將數(shù)傳出，目標(biāo)機(jī)接到數(shù)據(jù)呼叫后，送出應(yīng)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(shí)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 通過語音方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要是利用語音通道將數(shù)據(jù)調(diào)制到話音頻率傳輸出去，目標(biāo)機(jī)將數(shù)據(jù)解調(diào)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(jìn)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(diǎn)是可以用來傳輸音頻模擬數(shù)據(jù)，實(shí)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(dú)有的，因?yàn)?GPRS 是在 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上新增兩個節(jié)點(diǎn) SGSN 和 GGSN 而形成的移動分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。由于 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)是 TCP/IP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換。實(shí)時性較好，短點(diǎn)就是 GPRS 終端開發(fā)成本高，使用復(fù)雜度教高（因?yàn)樯婕暗綇?fù)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(diǎn)，選擇基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的短信息的數(shù)據(jù)傳輸來做為我設(shè)計(jì)的紅外遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的無線通道。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 前面已經(jīng)對遠(yuǎn)程紅外報警系統(tǒng)主要模塊的方案進(jìn)行了論證和比較，并確定了各個部分的總 體設(shè)計(jì)思路。綜合以上考慮，本設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)框圖如圖 21 所示。 圖 21 遠(yuǎn)程紅外報警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識別的開關(guān)量信號。單片機(jī)系統(tǒng)對輸入信號進(jìn)行判斷和處理，當(dāng)系統(tǒng)處于報警開啟狀態(tài)時，如果單片機(jī)判斷出熱釋電探測電路送來的檢測信號，單片機(jī)將通過報警電路進(jìn)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(jī)采用 AT 命令通過 GSM 短信模塊發(fā)送短信息給監(jiān)控者，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報警。監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設(shè)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(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。由于無線傳輸模塊的電平性質(zhì)與單片機(jī)不同，因此需要設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對 GSM 模塊的訪問。 熱釋電 探測電路 AT89S52 單片機(jī)最小系統(tǒng) GSM 無線傳輸電路 電平轉(zhuǎn) 換電路 SIM 卡 報警電路 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第三章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 紅外探測電路設(shè)計(jì) 熱釋電傳感器有三個引腳分別是電源正負(fù)極和信號輸出。在傳感器電源正常的情況下，當(dāng)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(jìn)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(gòu)成被動式的熱釋電紅外開關(guān)。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(jī)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(diǎn) *CMOS 工藝 *數(shù)?；旌? *具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器 *內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾 *內(nèi)設(shè)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(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇 端。當(dāng) A 為“ 1”時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)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(diào)節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時間 Tx 的調(diào)節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調(diào)節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調(diào)節(jié)端 7 VSS 工作電源負(fù)端 8 VRF I 參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接 VDD，當(dāng)接“ 0”時可使定時器 復(fù)位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當(dāng) VcVR 時禁止觸發(fā)；當(dāng) VcVR時允許觸發(fā) (VR≈ ) 10 IB 運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端 11 VDD 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運(yùn)算放大器的輸出端 13 2IN I 第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 14 1IN+ I 第一級運(yùn)算放大器的同相輸入端 15 1IN I 第一級運(yùn)算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運(yùn)算放大器的輸出端 BISS0001 的可重復(fù)觸發(fā)方式 圖 33 BISS0001 的 可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形 以下圖所示的可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來說明其工作過程。 可重復(fù)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(fù)觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)，并可促使 Vo在 Tx 周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。 在 Tx時間內(nèi)，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(jié)束后 Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間 Ti 時間內(nèi)， 上圖中，運(yùn)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(yùn)算放大器 OP2 進(jìn)行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)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(jī)查詢或這觸發(fā)中斷。 圖 31中，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。采用可重復(fù)觸發(fā)工作方式的好處是：如果傳感器 在延遲時間內(nèi)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(jī)，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(diào)整，值為 Tx≈ 24576xR7C6；觸發(fā)封鎖時間 Ti 由外部的 R8 和 C7 的大小調(diào)整，值為 Ti≈ 24xR8C7。電路中 R7 和 R8南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 設(shè)計(jì)成了可調(diào)電阻，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)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(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)的特點(diǎn)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(jī)，片內(nèi) 含 4kbytes 的可系 統(tǒng)編 程的 Flash 只 讀 程序 內(nèi) 存，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存 儲 技 術(shù) 生 產(chǎn) ，兼 容標(biāo) 準(zhǔn) 8051 指令系 統(tǒng) 及引