【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 7]。 防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì) 隨 著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更是非常復(fù)雜，因此作為社會(huì)的基本單元 “ 安全防范問題就顯得非常重要 ” 。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些問題，如： (1) 影響樓房的美觀，市容的整潔； (2) 影響火災(zāi)的救援通道； (3) 給犯罪分子提供了便利的翻越條件； (4) 時(shí)間長(zhǎng)了更會(huì)有高空墜物的危險(xiǎn)； (5) 壓抑人性的自由。 所以新一代的智能安全防盜報(bào)警器系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，而且越來越受到了廣泛的重視和運(yùn)用。同時(shí)，為了進(jìn)一步規(guī)范小區(qū)智能化的建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照建設(shè)部要求 智能小區(qū)中必須具有的安全防范、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。所以，小區(qū)安全防范系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)日益納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目中 [8]。 數(shù)字化、無線化、集成化是防盜報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。不難發(fā)現(xiàn)防盜報(bào)警的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)： (1) 更方便的擴(kuò)展性 ； (2) 更強(qiáng)大的聯(lián)網(wǎng)功能； (3) 更智能化設(shè)計(jì)：方便地設(shè) /撤防，人性化的操作界面； (4) 更精美、小巧外觀 ； (5) 更多樣功能 ； (6) 更穩(wěn)定 ； 上述發(fā)展趨勢(shì)，都建立在數(shù)字化、無線化、集成化的三大核心技術(shù)基礎(chǔ)上。 多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 紅外線輻射原理及選擇 紅外線是眾多的不 可見光線中的一種，是由科學(xué)家于 1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射，科學(xué)家將太陽(yáng)光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶上放置了溫度計(jì)，測(cè)量各種顏色光的加熱效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)，位于紅光外側(cè)的那支溫度計(jì)升溫最快。 紅外線具有： (1) 熱效應(yīng)； (2) 穿透云霧的能力強(qiáng)。所以就得到結(jié)論：太陽(yáng)光譜中，紅光的外側(cè)必定存在人眼看不見的光線，這就是紅外線?？梢援?dāng)作傳輸媒界。太陽(yáng)光譜上紅外線的波長(zhǎng)大于可見光線，其波長(zhǎng)為 ～ 1000μm。 在一些應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)器想要接觸被測(cè)物是不實(shí)際的或者是不可能的。而紅外檢測(cè)器能在短時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)距離測(cè) 量溫度，所以在某些情況下它是非常實(shí)用的。輻射原理：所有的物體都是由不斷震動(dòng)的原子構(gòu)成的，越是高能量的原子震動(dòng)頻率越高。所有微粒的震動(dòng)，包括這些原子，生成電磁波譜。 物體溫度越高，震動(dòng)的就越快，所以光譜的輻射能量就越高。結(jié)果，所有物體都不停以自身的波長(zhǎng)頻率向外輻射，而其波長(zhǎng)和頻率又取決于物體自身的溫度和它的光譜比輻射率。目標(biāo)物越小，你就應(yīng)該靠它更近一些。當(dāng)目標(biāo)物的直徑很小時(shí)，那么將溫度計(jì)靠目標(biāo)物近一些就顯得很重要，這樣就可以確保只是在測(cè)量該目標(biāo)物，而不包括周圍環(huán)境 [9]。 紅外探測(cè)器是一種輻射能的轉(zhuǎn)換器，主要 是用于將接收到的紅外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量或觀察的電能，熱能等其它形式的能量。在室溫的條件下，任何物品均有輻射。溫度越是高的物體，紅外輻射就越強(qiáng)。人體是恒溫動(dòng)物，紅外輻射也是最為穩(wěn)定。我們之所以稱為被動(dòng)紅外，也就是說探測(cè)器本身不發(fā)射任何能量而只被動(dòng)接收、探測(cè)來自環(huán)境的紅外輻射。 紅外傳感器的探測(cè)波長(zhǎng)范圍是 8～ 13μm，人體輻射的紅外峰值波長(zhǎng)約為11μm，正好在范圍以內(nèi)。紅外光穿透能力差，在防范區(qū)內(nèi)不應(yīng)有高大物體，否則在陰影部分有人走動(dòng)時(shí)將不能報(bào)警，不要正對(duì)熱源和強(qiáng)光源，特別是空調(diào)和暖氣。否則不斷變化的熱氣流將 會(huì)引起誤報(bào)警 [10]。 探測(cè)器安裝幾秒鐘就可以適應(yīng)環(huán)境，沒有人或動(dòng)物進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)紅外輻射是穩(wěn)定的，如果有人體紅外輻射，光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)可以使熱釋電電氣信號(hào)突變，并發(fā)出警報(bào)。被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器組成警戒線一般可達(dá)數(shù)十米。被多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 動(dòng)紅外探測(cè)器主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外傳感器和報(bào)警控制器等。紅外探測(cè)器是一個(gè)核心作用與關(guān)學(xué)系統(tǒng)可以檢測(cè)的三維空間熱輻射的變化。 主動(dòng)紅外探測(cè)器是由報(bào)警控制器、紅外接收機(jī)和紅外發(fā)射機(jī)三部分構(gòu)成。位于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)則是采用光學(xué)透鏡，它的作用是起到將紅外光束聚焦成較細(xì)的平行光束的作用，為了使紅外 光的能量可以集中的傳送。紅外光是在人眼不能看到的光譜范圍內(nèi)，如果有人經(jīng)過這個(gè)光譜范圍時(shí)，必然會(huì)遮擋一部分紅外光束。接收端輸出的電信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)由此產(chǎn)生變化，從而啟動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主動(dòng)式的紅外探測(cè)器遇到小動(dòng)物、樹葉、霧等遮擋則不應(yīng)報(bào)警，人或體積較大的物品遮擋將會(huì)發(fā)生報(bào)警 [11]。 因?yàn)楣馐潜容^窄，一定要確保收發(fā)端安裝牢固可靠，讓其不會(huì)受到地面震動(dòng)的影響，而發(fā)生位移移動(dòng)，從而引起誤報(bào)，系統(tǒng)一定要保持清潔，注意保養(yǎng)和維護(hù)。因?yàn)橹鲃?dòng)式的探測(cè)器所探測(cè)到的是點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范圍。其特點(diǎn)就是探測(cè)的可靠性非常高 。但是如果對(duì)一個(gè)空間進(jìn)行布防，則需要有多個(gè)主動(dòng)式探測(cè)器，價(jià)格非常昂貴。主動(dòng)式探測(cè)器主要是常用于博物館中單體貴重文物展品時(shí)的布防以及工廠倉(cāng)庫(kù)的門窗封鎖、購(gòu)物中心的通道封鎖、停車場(chǎng)的出口封鎖等等。 綜上所述，結(jié)合本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和各種紅外探測(cè)器的特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用的是被動(dòng)式紅外探測(cè)器。 多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本章節(jié)介紹了硬件電路中的幾個(gè)模塊，包括熱釋電紅外傳感器模塊、發(fā)光顯示模塊、主控模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊等重要模塊，詳細(xì)介紹了個(gè)模塊的組成、作用及原理應(yīng)用。 圖 總體原理圖 主控模塊 主控模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用，需要檢測(cè)按鍵，溫度傳感器等各種參數(shù)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)液晶顯示相關(guān)參數(shù)，在這里我們選用了 51 系列單片機(jī)中的STC89C52RC 單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。 51 系列單片機(jī)最開始是由 Intel 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的，后來 Intel 公司把 51 核的設(shè)計(jì)方案賣給了幾家大的電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)商，例如 SST、 Philip、 Atmel 等大公司。所以市面上出現(xiàn)了各式各樣的都是以 51 為內(nèi)核的單片機(jī)。這些各大電子生產(chǎn)商推出的單片機(jī)都兼容 51 指令、并在 51 的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些功能而內(nèi)部結(jié)構(gòu)是多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 與 51 一致的。 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。 STC89C52RC單片機(jī)主要特性 (1) 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 (2) 工作電壓： ～ (5V單片機(jī) )/～ (3V單片機(jī) )。 (3) 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá) 48MHz。 (4) 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)。 (5) 片上集成 512 字節(jié) RAM。 (6) 通用 I/O 口 (32 個(gè) )，復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 (7) ISP(在系統(tǒng)可編程 )/IAP9(在應(yīng)用可編程 )，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口 (RxD/,TxD/)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 (8) 具有 EEPROM 功能。 (9) 具有看門狗功能。 (10) 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、 T T2。 (11) 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。 (12) 通用異步串行口 (UART)，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) 溫度范圍： 40～ +85℃ (工業(yè)級(jí) )/0～ 75℃ (商業(yè)級(jí) ) 封裝。 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式 掉電模式：典型功耗 ,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。 空閑模式：典型功耗 2mA。 正常工作模式：典型功耗 4mA～ 7mA。 多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)工作必須具備的最少資源，其一般指單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。 時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生 STC89C52RC單片機(jī)工作的時(shí)侯所必須要有的時(shí)鐘信號(hào)， STC89C52RC 本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， STC89C52RC 在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 本文采用的是內(nèi)部時(shí) 鐘方式，電路如圖 所示。 圖 單片機(jī)時(shí)鐘電路 復(fù)位電路是單片機(jī)的初始化操作，單片機(jī)系統(tǒng)在上電、啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位。其作用是使 CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。復(fù)位電路作用非常重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否復(fù)正常運(yùn)行，首先要確保是否能成功復(fù)位。復(fù)位分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。 上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路電容充電實(shí)現(xiàn)的，在電路加電工作后，在系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，且振蕩器工作穩(wěn)定后，在復(fù)位引腳上維持 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位電路如圖 所示，當(dāng)按下復(fù)位按鍵時(shí)，復(fù)位引腳 RST 端產(chǎn)生高電平，使單片機(jī)復(fù)位。本文選用手動(dòng)復(fù)位電路，其中晶振值為 12MHz，電阻值為 10K，電容值為 30pF。 多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 單片機(jī)手動(dòng)復(fù)位電路 光敏二極管電路 光敏二極管是較常用的光敏元件之一，它和普通的半導(dǎo)體二極管相比，相似之處是管心都是一個(gè) PN 結(jié)，具有單向?qū)щ姷男阅埽徊煌幨菑耐庑紊峡吹臅r(shí)侯，光敏二極管管殼上有一個(gè)能射入光線的 “ 窗口 ” 。當(dāng)光線透過 “ 窗口 ”照射到光敏二極管管心上時(shí)， PN 結(jié)反向漏電流增大，這時(shí)的漏電流稱為光電流；而無光照時(shí)， PN 結(jié)反向漏電流又 很小，這 時(shí)的漏電流稱為暗電流。我們就是利用光敏二極管這一特點(diǎn)，演變出許多的經(jīng)典光敏二極管控制電路。光敏二極 管 與單片機(jī)接口電路 如圖 所示： 圖 光敏二極管電路 報(bào)警電路 本系統(tǒng)采用有源蜂鳴器，有源蜂鳴器是靠壓電效應(yīng)的原理來發(fā)聲的，壓電材料一般常見的是各種壓電陶瓷。這種材料的特別之處在于，當(dāng)電壓作用于壓電材料的時(shí)候，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。此外，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷史是時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生電荷。就是說這種材料能把機(jī)械變形和電荷相互轉(zhuǎn)化，壓多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 電式蜂鳴器里面的起振片，就是一種壓電陶瓷 [12]。 如上所訴，要讓它振動(dòng)，除了壓電陶瓷本身，還需要適當(dāng)大小和頻率變化的電壓作用于壓電陶瓷。有源蜂鳴器內(nèi)部帶有多諧振蕩器，可以產(chǎn)生 的電壓信號(hào)。由此有源蜂鳴器才能發(fā)聲。有源蜂鳴器價(jià)格便宜，聲音頻率可控，可以做出高低音節(jié)的效果。在一些特例中，可以和 LED 復(fù)用一個(gè)控制口，程序控制方便。 圖 蜂鳴器電路圖 本系統(tǒng)的蜂鳴器報(bào)警電路如圖 所示，蜂鳴器用一個(gè) NPN 三極管來驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)引腳 接三極管的基極輸入端。當(dāng) 輸出高電平 1 時(shí)，三極管就導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約 +5V的電壓而鳴叫；當(dāng) 輸出低電平 0 時(shí)侯，三極管截止，蜂鳴器就停止發(fā)聲。 LCD液晶顯示模塊 本設(shè)計(jì)中顯示界面選用了 LCD1602 作為界面顯示，可以把一些相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行顯示。 如圖 所示， 1602 液晶也可以叫 1602 字符型 LCD， 它是一種特殊的用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型的液晶模塊。它是由若干個(gè) 57 或者 511等點(diǎn)陣字符位組成的，每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間都有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也是有間隔的，起到了字符間距和行間距的作用，多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 市面上字符液晶很多都是基于 HD44780液晶芯片的，控制原理 都是完全相同的，因此基于 HD44780 寫的控制程序能很好地應(yīng)用于市面上大部分字符型液晶 。 圖 LCD1602 液晶外形 LCD1602液晶管腳功能 圖 LCD1602 液晶管腳 如圖 所示， 1602 是采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 多路紅外線防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 第 2 腳： VCC 接 5V電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度的調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)就會(huì)產(chǎn)生 “鬼影 ”，使用時(shí)侯可通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS 為寄存器的選擇，高電平 1 時(shí)侯選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)侯選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 1 時(shí)進(jìn)行的是讀操作，低電平 0 時(shí)進(jìn)行的是寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端是使能 (enabl