【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 民社區(qū)等社會(huì)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(jī)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(lèi)主控設(shè)備和平臺(tái)，在智能化聯(lián)動(dòng)處理方面的功能完善也簡(jiǎn)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(bào)警系統(tǒng)的業(yè)主尚未接受報(bào)警服務(wù)收費(fèi)的消費(fèi)觀念，接警中心的主要服務(wù)客戶(hù)便集中在銀行、文博、學(xué)校等重點(diǎn)防范單位。普通用戶(hù)只能自行管理使用防盜報(bào)警系統(tǒng)，而諸如即時(shí)報(bào)警、延時(shí)報(bào)警、 24 小時(shí)防區(qū)等專(zhuān)業(yè)報(bào)警主機(jī)的復(fù)雜功能設(shè)置很難全面掌握，更不用說(shuō)快速應(yīng)用，通過(guò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的綁定，則可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)使用難度，讓使用者通過(guò)直觀簡(jiǎn)便的圖像觀察與報(bào)警探測(cè)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行日常安保工作。報(bào)警信息數(shù)字化，不僅可以解決報(bào)警信息數(shù)據(jù)的多系統(tǒng)多平臺(tái)共享問(wèn)題，還可以減少數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中受到的誤報(bào)干擾。誤報(bào)警是指在沒(méi)有出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出了 報(bào)警信號(hào)，引起誤報(bào)的原因包括報(bào)警技術(shù)是否先進(jìn)、報(bào)警探測(cè)器是否合格、系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否周全、施工環(huán)節(jié)是否合理、用戶(hù)使用是否正確等。而在報(bào)警信息傳輸過(guò)程中的環(huán)境影響 (比如報(bào)警通訊線路與動(dòng)力線 /照明線等強(qiáng)電間距過(guò)小時(shí)且未采取防電磁干擾措施 )，通過(guò) IP 化處理就可以大幅削弱。 目前大多數(shù)平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口還是傳統(tǒng)的 RS232/485/422 格式，在實(shí)時(shí)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(duì)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(shì)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(yàn)、重發(fā)機(jī)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(shí)，通訊數(shù)據(jù)采用了加密傳輸，同時(shí)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)端進(jìn)行身份識(shí)別，隔離了外界的干擾，保障了通信的穩(wěn)定。將報(bào)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(mén)禁等平臺(tái)的集成融合更靈活更先進(jìn)?；?TCP/IP 方式的網(wǎng)絡(luò)通訊，還可以通過(guò)在線檢測(cè)縮短故障范圍，快速排查問(wèn)題節(jié)點(diǎn)。 IP 化的技術(shù)風(fēng)潮已經(jīng)席卷安防各子系統(tǒng)，百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器、智能網(wǎng)絡(luò)矩陣、網(wǎng)絡(luò)門(mén)禁、智能視頻分析等，防盜報(bào)警系統(tǒng)也要應(yīng)需 而變，將通過(guò)光電生物探測(cè)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(jìn)行綜合處理。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （ 1） 該設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報(bào)警等模塊組成。 (2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由 熱釋電紅外傳感器 、單片機(jī)控制電路、 LED 控制電路、報(bào)警器及相關(guān)的控制管理軟件組成。 (3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài) ， 探測(cè)器工作起來(lái) ,當(dāng)有人闖入時(shí) ， 熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作 ， 設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電 路、比較電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出 TTL 電平至 AT89C51 單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào) 發(fā)聲 。 (4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。此類(lèi)裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是能有效判斷是否有人員進(jìn)入。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。 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(lèi)非常多，有門(mén)磁傳感器、紅外線反射開(kāi)關(guān)無(wú)線探頭、振動(dòng)位移傳感器、人體熱釋電傳感器、雷達(dá)波人體檢測(cè)無(wú)線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿(mǎn)足可靠性探測(cè)的需求， 同時(shí)還需要考慮安裝操作簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以本設(shè)計(jì)選用了人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測(cè)。當(dāng)盜賊企圖從門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行盜竊時(shí)，人體熱釋電傳感器可以檢測(cè)到人體移動(dòng)的紅外信號(hào)，從而進(jìn)行報(bào)警。 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)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(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào) ，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)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(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 1020 米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 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(cè)頭、信號(hào)濾波和放大 、信號(hào)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(cè)目標(biāo) 信號(hào)處理 電源 報(bào)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(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的電荷中心相對(duì)位移 ,使它們的自發(fā)極化強(qiáng)度發(fā)生變化 ， 從而在它們的兩端產(chǎn)生異號(hào)的束縛電荷 ,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)。具有這種性質(zhì)的材料稱(chēng)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(jí)和二級(jí)熱釋電效應(yīng)。其中二級(jí)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(jí)效應(yīng)。一般情況下 ,若溫度變化率相同 ,升降溫過(guò)程中產(chǎn)生的熱釋電電荷大小相等 ,但符號(hào)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(shí)候相當(dāng)于紅外線及可見(jiàn)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(jì)或結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用；二是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)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(hào)。 菲涅爾透鏡的工作原理十分簡(jiǎn)單：假設(shè)一個(gè)透鏡的折射能 量?jī)H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(gè)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(gè)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(diǎn)，也就是透鏡的焦點(diǎn)。每個(gè)凹槽都可以看做一個(gè)獨(dú)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(jiǎn)單地說(shuō)，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(shí)它被用在燈塔的探照燈上，聚焦射出來(lái)的光束。當(dāng)人們需要一面又薄又輕的透鏡時(shí)，塑料菲涅爾透鏡便派上了用場(chǎng)。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(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線 中心波長(zhǎng)為 9~10um 而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 ~20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為 7~10um正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收這樣便形成了一種專(zhuān)門(mén)用作探測(cè)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(jì)所用的熱釋感器就采用的是 雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu) 。 其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如 圖 24 所示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來(lái)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(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào) 時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò) FET 放大后，經(jīng)過(guò) C2， R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò) 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(hào)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(shí)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(wú)信號(hào)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(diǎn)） 輸出電平： 4～ 6V 與工作電壓有關(guān) 工作時(shí)間：可調(diào) 5120 秒范圍 當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到異常的情況，由 2 腳輸出一個(gè)高電平，發(fā)送到單片機(jī)上，單片機(jī)做出報(bào)警處理。 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)單概述 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)的一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS 8 位 微處理器 ，俗稱(chēng) 單片機(jī) 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失 存儲(chǔ)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(jī)可提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，同時(shí)也為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 26 為 AT89C51 單片機(jī)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(tái)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程 I/O 口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)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(shuō)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(jī) 是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_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(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)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(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 B RAM/SFR 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 16 AT89C51 CPU 64 KB 總線 擴(kuò)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) 1 時(shí)，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(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地 址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)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