【文章內(nèi)容簡介】 83。 23 3 1 引言 在高新技術(shù)日新月異的今天，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為整個社會發(fā)展的源動力，電子領(lǐng)域的發(fā)展更是令人目不暇接，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，遍及 了千家萬戶，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 安全是一個永恒的 話題，如何保障我們的生命和財產(chǎn)安全成為我們不斷研究的對象。電子技術(shù)的發(fā)展為人類作出了突出貢獻(xiàn)，隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種不同的防盜報警器也相繼被設(shè)計(jì)出來，在保障我們生命財產(chǎn)安全的工作中發(fā)揮了越來越重要的作用。 防盜報警器一般是通過檢測人或其他物體的位移、移動速度、熱輻射量、發(fā)出的聲響、對紅外信號的遮擋以及反射等，通過檢測這些量中的一個或多個，然后進(jìn)行信號的放大濾波以及整形送入處理電路進(jìn)行報警事件的處理進(jìn)而發(fā)出聲光報警。只進(jìn)行一種報警事件檢測的報警器稱為單鑒型，進(jìn)行兩種事件檢測的稱為雙鑒型，檢測三種以及三種以上報警事件的稱為多鑒型。相對于單鑒型產(chǎn)品來說雙鑒型和多鑒型產(chǎn)品具有很突出的優(yōu)點(diǎn)。 防盜報警器的早期產(chǎn)品主要是采用純硬件電路實(shí)現(xiàn)，分為機(jī)械式報警器和電子式報警器。常見的防盜報警器類型有斷線報警器、主動紅外報警器、被動紅外報警器、門磁報警器、震動報警器等。 斷線報警器是一種將被保護(hù)物品用易斷且不易察覺的導(dǎo)線連接，當(dāng)有人挪動物品扯斷導(dǎo)線后報警器會發(fā)出聲光等報警信號。這類報警結(jié)構(gòu)簡單，用簡單的觸發(fā)及自鎖電路就能實(shí)現(xiàn)。 紅外防盜報警器主要通過檢測防區(qū)內(nèi)有無物體或人移動、遮擋等信息而產(chǎn)生報警信號的 [1]。這類產(chǎn)品又可 以分為主動型和被動型，主動型抗干擾性能好，但是安裝不便，功耗大，常見的有墻頭上的遮擋報警器；被動型的功耗低，安裝方便，但是抗干擾性能差不適合室外環(huán)境。 震動報警器主要應(yīng)用于車輛、電動車等的防盜上，它通過收集震動信號，當(dāng)震動信號達(dá)到一定的強(qiáng)度時便會報警，這類報警裝置抗干擾性能特差。 近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一些高端的技術(shù)漸漸地應(yīng)用到了防盜報警產(chǎn)品上，如單片機(jī)、 DSP、嵌入式微處理器等，這些技術(shù)的應(yīng)用使防盜報警器的性能大大提高。 4 報警器廣泛應(yīng)用于安防行業(yè)，例如公共場所的安全防盜防火、倉庫的防盜防火、超市商場的防盜 防火等。近年來隨著各類報警器性能的提高以及成本的降低，報警器逐漸走入尋常百姓家，成為家庭必備的小產(chǎn)品。這些都不斷刺激著安防行業(yè)不斷向前發(fā)展各種高性能低價格的防盜報警器不斷涌向市場。 隨著社會的發(fā)展，我們對防盜報警器的性能指標(biāo)要求也會越來越高，防盜報警器已經(jīng)開始向智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、低功耗的方向發(fā)展。本課題正是要設(shè)計(jì)一種集智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化于一體的報警器，即微波防盜報警器。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 整體電路框圖 本課題有數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)部分可劃分為：電源、報警探測器部分、聲光報警 部分、單片機(jī)控制部分、信號放大部分及相關(guān)的驅(qū)動部分組成。用戶可以自己單獨(dú)進(jìn)行信號采集、發(fā)送、處理等操作，還能自己在后期添加附加功能。 AT89C52 單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心模塊，也就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以本系統(tǒng)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種應(yīng)用。硬件系統(tǒng)包括 AT89C52 單片機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、電源還有外圍電路等組成。 從課題的要求來看該設(shè)計(jì)需要包含以下結(jié)構(gòu)部分：電源、熱釋電紅外傳感和微波探測器探頭部分、聲光報警部分、單片機(jī)部分及有關(guān)放大驅(qū)動模塊組成。本課題從防盜報警系統(tǒng)的簡單、可靠和低成本方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究， 總體設(shè)計(jì)如下圖 1 總體設(shè)計(jì)框圖所示。 電源 信 號 檢 測 放 大復(fù) 位 電 路A T89C52驅(qū) 動 電 路驅(qū) 動 電 路L E D 報 警聲 音 報 警復(fù) 位 電 路驅(qū) 動 電 路 數(shù) 碼 管 顯 示 圖 1 微波防盜報警器電路框圖 報警器的功能及工作過程 AT89C52 單片機(jī)作為控制中心。單片機(jī)在系統(tǒng)軟件控制下工作進(jìn)而控制整個系統(tǒng)正 5 常工作。監(jiān)控點(diǎn)上的熱釋電紅外探測器可將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)變成電信號，微波探測器可檢測人體移動轉(zhuǎn)變成電信號，送至 AT89C52 單片機(jī)。然后在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)過軟件查詢、判決識別等過程發(fā)出報警信號。再經(jīng)過各部分驅(qū)動電路將報警信號放大以推動揚(yáng)聲器和 LED 發(fā)光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警持續(xù)一段時間后自動解除，或者也可以人工手動停止報警信號，當(dāng)報警停 止后復(fù)位電路將系統(tǒng)復(fù)位，或者可以在報警一段指定時間后由定時器實(shí)現(xiàn)自動停止報警并復(fù)位報警電路。 兩個報警探測器安裝在使用者家里需要防范的區(qū)域，例如主門、窗戶、客廳、臥室等，報警主系統(tǒng)必須放在家里比較隱蔽即不易發(fā)現(xiàn)的區(qū)域。在正常情況下，這個系統(tǒng)包括探頭均處在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)使用者要出門或需要監(jiān)控時，使用者可以通過鍵盤控制啟動報警系統(tǒng)，單片機(jī)會控制啟動探頭，此時報警器處于正常的防范監(jiān)控狀態(tài)，如果有人在探頭檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)或移動經(jīng)過，報警探測器馬上向單片機(jī)發(fā)送報警信號，單片機(jī)接收到報警信號后，經(jīng)查詢判斷確認(rèn)后輸出信號引 發(fā)聲光報警。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電源模塊 本報警器擬采用直流供電，并且要有足夠?qū)挼妮斎腚妷悍秶约胺€(wěn)定的電壓足夠的電流，經(jīng)查閱相關(guān)資料決定采用 HT7550 低壓差三端穩(wěn)壓芯片作為電源供電芯片 [2]，該芯片特性如下： (1)輸出電壓 5V，精度177。 5% (2)低輸入輸出壓差 (3)超低功耗 (4)低輸出電壓溫漂 (5)最高可承受 24V 輸入電壓 (6)可以提供 100mA 的輸出電流 以上這些特性表明 HT7550 完全可以滿足本電路的供電需求，其應(yīng)用電路如圖 2 所示。 J3 為電源接口； D1 為二極管，它的作用是防止電源反接時損壞器件 ； C C CC6 為濾波電容，經(jīng)過濾波后便可以得到紋波很低的直流電壓； HT7550 完成將外部輸入的 6 至 20V 直流電壓穩(wěn)壓到 5V 供整個電路工作，電源電路如圖 2 所示。 控制模塊 控制部分為整個報警器的心臟，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、控制報警電路等功能。 6 COM1IN2OUT3U3755 0123J3C O N 3D1DC5104C6106C4226C3104V C C 圖 2 電源部分電路圖 單片機(jī)的選擇是決定報警器性能的關(guān)鍵因素，本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列單片機(jī)，其特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，易。其 Flash 型如： Atmel公司的 AT89C5 AT89C5 AT89C105AT89C2051 等和臺灣華幫公司的 W78E5 W78E52 等，使用十分方便。所以本次設(shè)計(jì)選用 Atmel 公司的 AT89C52，其內(nèi)部有 8KB 的程序存儲器，無須外部擴(kuò)展，使硬件電路簡單。 AT89C52 單片機(jī)介紹 AT89C52 是美國 Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8KB的可反復(fù)檫寫的程序存儲器和 256B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），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) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng) 域。 AT89C52 單片機(jī)屬于 AT89C51 單片機(jī)的增強(qiáng)型，與 Intel公司的 80C52 在引腳排列、硬件組成、工作特點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容 [3]。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 其主要工作特性是： （ 1） 片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含 8KB 的 Flash 程序存儲器，可擦寫壽命為 1000 次； （ 2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含 256 字節(jié)的 RAM； （ 3） 具有 32 根可編程 I/O 口線； （ 4） 具有 3 個可編程定時器； （ 5） 中斷系統(tǒng)是具有 8 個中斷源、 6 個中斷矢量、 2 個優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)； （ 6） 串行口是具有一個全 雙工的可編程串行通信口； （ 7） 具有一個數(shù)據(jù)指針 DPTR； （ 8） 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； （ 9） 具有可編程的 3 級程序鎖定位； 7 （ 10） AT89C52 工作電源電壓為 5（ 1177。 ） V，且典型值為 5V； （ 11） AT89C52 最高工作頻率為 24MHz。 復(fù)位、晶振電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。設(shè)計(jì) AT89C52 單片機(jī)復(fù)位、晶振電路如圖 3 所示。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 /T1P 1 1 /T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 C 5 2V C CV S S4020C 1 42 0 p FC 1 52 0 p F1 2 M H Zz a n t i n gR32 2 0R44KR52 2 0C 3 11 0 u F綠L E DV C C 圖 3 AT89C52 單片機(jī)控制電路 AT89C52 與時鐘電路（包括晶體振蕩器、電容 C1 C15），上電復(fù)位電路（包括R C3 S R R4）構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其中，晶體振蕩器選用 12MHz 的高穩(wěn)定無源晶體振蕩器，它與 AT89C52 中的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給 CPU 提供高穩(wěn)定的時鐘信號。電容 C1 C15 可起頻率微調(diào)作用，電容值在 5pF～ 30pF 之間選擇，本電路選 20pF。電容 C31 和電阻 R3 構(gòu)成上電復(fù)位電路。電源開啟時，電源對電容 C31 充電，在 CPU 的復(fù)位端產(chǎn)生一高脈沖。只要高電平的維持時間大于兩個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期）， CPU 就可復(fù)位，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報警持續(xù)時間未到 10 秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。 探測器 模塊 防盜探測器是由紅外與微波探測器組成的雙鑒探測器 ,較之以往的微波或紅外單信 8 號探測器 ,其誤報率明顯下降 ,原理示意圖如圖 4 所示。 雙鑒探測器工作時將探測到的紅外和微波兩種信號經(jīng)過與門處理后送單片機(jī) ,即只有同時檢測到兩個探測器輸出端口為高電平信號時 ,自動報警器才會響應(yīng)盜情報警信號 ,否則不報警。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,在紅外探測器中 ,通過菲涅爾透鏡 [4]的分割方式的改變可以降低由于小寵物引起的誤報 ,從而彌補(bǔ)了微波探測器監(jiān)視面積較大的弱點(diǎn) :但紅外探測器對環(huán)境溫度的變化比較敏感 ,而微波探測器所檢測的只是活動的目標(biāo) ,所以對于如果只 是溫度變化引起的干擾并不會被自動報警器響應(yīng)。通過這樣雙重的檢測就進(jìn)一步減小了外界干擾 ,降低了報警信號誤報的發(fā)生率 ,下面詳細(xì)介紹本系統(tǒng)中紅外與微波探測器電路的設(shè)計(jì)原理、特點(diǎn)以及實(shí)際的工作過程。 熱 釋 電 紅 外 探測 器微 波 探 測 器74LS00與非門AT89C52 圖 4 防盜探測器原理圖 熱釋電紅外線探測器 在自然界，任何高于絕對溫度（ 273℃）的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。 （ 1）熱釋電效應(yīng) 熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強(qiáng)介電質(zhì)材料 (如欽酸鋇、欽錯酸鉛 (PZT )等 )的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的 上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出：在熱釋電紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器。能將紅外信號變化轉(zhuǎn) 9 變?yōu)殡娦盘枺⒛軐ψ匀唤缰械陌坠庑盘柧哂幸种谱饔?。另一個是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)透鏡，它用來配合熱釋電紅外線傳感器，