【文章內(nèi)容簡介】 民社區(qū)等社會力量投資建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)，大量的業(yè)主可支配控制的攝像機的安裝使用使得視頻復(fù)核的難度大幅降低，而矩陣、 DVR、第三方綜合管理軟件等各類主控設(shè)備和平臺，在智能化聯(lián)動處理方面的功能完善也簡化了集成管理的復(fù)雜度。 （ 2） 傳輸 IP 化 此外，由于目前大多數(shù)中小型防 盜報警系統(tǒng)的業(yè)主尚未接受報警服務(wù)收費的消費觀念，接警中心的主要服務(wù)客戶便集中在銀行、文博、學(xué)校等重點防范單位。普通用戶只能自行管理使用防盜報警系統(tǒng)，而諸如即時報警、延時報警、 24 小時防區(qū)等專業(yè)報警主機的復(fù)雜功能設(shè)置很難全面掌握，更不用說快速應(yīng)用，通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的綁定，則可以簡化系統(tǒng)使用難度，讓使用者通過直觀簡便的圖像觀察與報警探測結(jié)合起來進行日常安保工作。報警信息數(shù)字化，不僅可以解決報警信息數(shù)據(jù)的多系統(tǒng)多平臺共享問題，還可以減少數(shù)據(jù)傳輸過程中受到的誤報干擾。誤報警是指在沒有出現(xiàn)危險情況時，報警系統(tǒng)發(fā)出了 報警信號，引起誤報的原因包括報警技術(shù)是否先進、報警探測器是否合格、系統(tǒng)設(shè)計是否周全、施工環(huán)節(jié)是否合理、用戶使用是否正確等。而在報警信息傳輸過程中的環(huán)境影響 (比如報警通訊線路與動力線 /照明線等強電間距過小時且未采取防電磁干擾措施 )，通過 IP 化處理就可以大幅削弱。 目前大多數(shù)平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口還是傳統(tǒng)的 RS232/485/422 格式，在實時性、準(zhǔn)確性、可靠性、交互性等方面上均有不足，而以太網(wǎng)通訊技術(shù)對于串口通訊是一種比較徹底的技術(shù)革新。以太網(wǎng)的優(yōu)勢在于不僅傳輸距離不限、數(shù)據(jù)傳輸速率高、采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò) 底層具有 CRC 校驗、重發(fā)機制，協(xié)議上層增加了可靠的握手協(xié)議，保證南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 了數(shù)據(jù)的可靠性。在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時，通訊數(shù)據(jù)采用了加密傳輸，同時對發(fā)送數(shù)據(jù)端進行身份識別，隔離了外界的干擾，保障了通信的穩(wěn)定。將報警信息用標(biāo)準(zhǔn)的 TCP/IP 協(xié)議封裝后，由于指令規(guī)范，與監(jiān)控、消防、樓控、門禁等平臺的集成融合更靈活更先進?；?TCP/IP 方式的網(wǎng)絡(luò)通訊，還可以通過在線檢測縮短故障范圍，快速排查問題節(jié)點。 IP 化的技術(shù)風(fēng)潮已經(jīng)席卷安防各子系統(tǒng)，百萬像素攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器、智能網(wǎng)絡(luò)矩陣、網(wǎng)絡(luò)門禁、智能視頻分析等，防盜報警系統(tǒng)也要應(yīng)需 而變，將通過光電生物探測技術(shù)獲知的入侵行為轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，提供給其它子系統(tǒng)進行綜合處理。 設(shè)計任務(wù)與要求 （ 1） 該設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報警等模塊組成。 (2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由 熱釋電紅外傳感器 、單片機控制電路、 LED 控制電路、報警器及相關(guān)的控制管理軟件組成。 (3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時，可把 報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài) ， 探測器工作起來 ,當(dāng)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 AT89C51 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 。 (4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計的要點是能有效判斷是否有人員進入。至于報警可采用聲光信號。 第二章 主要元器件選擇與介紹 6 第二章 主要元器件選擇與介紹 傳感器介紹 現(xiàn)在有關(guān)家庭防盜的傳感器種類非常多，有門磁傳感器、紅外線反射開關(guān)無線探頭、振動位移傳感器、人體熱釋電傳感器、雷達(dá)波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠性探測的需求， 同時還需要考慮安裝操作簡便和經(jīng)濟實用，所以本設(shè)計選用了人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當(dāng)盜賊企圖從門窗進入室內(nèi)進行盜竊時，人體熱釋電傳感器可以檢測到人體移動的紅外信號，從而進行報警。 熱釋電紅外線傳感器簡單介紹 熱釋電紅外線 (PIR)傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測元件。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。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號 ，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊 光學(xué)系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 1020 米范圍內(nèi)人的行動。 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu) 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)主要有光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外探測頭、信號濾波和放大 、信號處理電路等幾部分組成。其組成框圖如圖 21 所示： 圖 21 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)組成框圖 菲涅爾 透鏡 熱釋電紅外傳感器 待測目標(biāo) 信號處理 電源 報警電路 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 熱釋電效應(yīng) 由于溫度的變化 ,熱釋電晶體和壓電陶瓷等會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對位移 ,使它們的自發(fā)極化強度發(fā)生變化 ， 從而在它們的兩端產(chǎn)生異號的束縛電荷 ,這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。具有這種性質(zhì)的材料稱為熱釋電體。壓電陶瓷屬于熱釋電體。若不考慮溫度的不均勻性 ,熱釋電體一般具有一級和二級熱釋電效應(yīng)。其中二級熱釋電效應(yīng)是由于溫度變化引起材料形變 ,再由壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷的二級效應(yīng)。一般情況下 ,若溫度變化率相同 ,升降溫過程中產(chǎn)生的熱釋電電荷大小相等 ,但符號相反。 菲涅爾透鏡及其基本原理 菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。菲涅爾透鏡的在很多時候相當(dāng)于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。菲涅爾透鏡可按照光學(xué)設(shè)計或結(jié)構(gòu)進行分類。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用；二是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號。 菲涅爾透鏡的工作原理十分簡單：假設(shè)一個透鏡的折射能 量僅僅發(fā)生在光學(xué)表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度，如圖 22。 圖 22 傳統(tǒng)透鏡到菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)的變化 另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。如圖 23。 第二章 主要元器件選擇與介紹 8 圖 23 塌陷到平面 從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。 簡單地說，菲涅爾透鏡一 面是平坦的，另一面是凸起的。人們首次使用菲涅爾透鏡是在 18 世紀(jì)初，當(dāng)時它被用在燈塔的探照燈上，聚焦射出來的光束。當(dāng)人們需要一面又薄又輕的透鏡時，塑料菲涅爾透鏡便派上了用場。盡管成像質(zhì)量不如玻璃透鏡，但是在很多應(yīng)用中我們并不需要完美的圖像質(zhì)量。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)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。 人體輻射的紅外線 中心波長為 9~10um 而探測元件的波長靈敏度在 ~20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口這個濾光片可通過光的波長范圍為 7~10um正好適合于人體紅外輻射的探測而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。 熱釋電紅外傳感器工作原理 本設(shè)計所用的熱釋感器就采用的是 雙探測元的結(jié)構(gòu) 。 其工作電路原理及設(shè)計電路如 圖 24 所示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動信號 時，電荷信號經(jīng)過 FET 放大后，經(jīng)過 C2， R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過 NPN 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平 。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 圖 24 熱釋電紅外傳感器原理圖 熱釋電紅外傳感器引腳圖介紹 本系統(tǒng)采用的熱釋電紅外傳感器成品的引腳示意圖如圖 25 所示，引腳功能如下： 數(shù)字 1 腳：電源負(fù)極 數(shù)字 2 腳：信號輸出，高電平有效， 4～ 6V 和工作電壓有關(guān) 數(shù)字 3 腳：電源正極 DC6～ 9V W1：靈敏度調(diào)整 W2：輸出延時調(diào)整 5～ 120 秒 圖 25 熱釋電紅 外傳感器 的引腳示意圖 它的 技術(shù)參數(shù) 如下 ： 工作電壓： DC6～ 9V 電平輸出：和電源電壓相同 感應(yīng)角度：水平： 90～ 140 度；垂直： 15～ 30 度 靜態(tài)電流：小于 750μ A 無信號輸出： 0V 第二章 主要元器件選擇與介紹 10 感應(yīng)距離： ～ 15 米 外形尺寸： 28mm 38mm 高 25 毫米（最高點） 輸出電平： 4～ 6V 與工作電壓有關(guān) 工作時間：可調(diào) 5120 秒范圍 當(dāng)探測器檢測到異常的情況，由 2 腳輸出一個高電平，發(fā)送到單片機上，單片機做出報警處理。 AT89C51 單片機簡單概述 AT89C51 單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱 單片機 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失 存儲器 制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，同時也為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 圖 26 為 AT89C51 單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可知，在這一塊 芯片中，集成了一臺微型計算機的各個主要組成部分，其中包括 CPU、存儲器、可編程 I/O 口、定時器 /計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 外時鐘源 外部事件計數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信 圖 26 AT89C51 功能方塊圖 AT89C51 管腳說明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。AT89C51 單片機 是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被 內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉振蕩器和時序 OSC 程序存儲器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲器 256 B RAM/SFR 定時器 /計數(shù)器 2 16 AT89C51 CPU 64 KB 總線 擴展控制器 可編程 I/O 可編程全 雙工串行口 內(nèi)中斷 第二章 主要元器件選擇與介紹 12 為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 1 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 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： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部