【正文】 感器；數(shù)據(jù)采集 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Abstract This system is designed based on single chip AT89C51 home wireless burglar alarm. It uses the element pyroelectric infrared sensors, and its production is simple, low cost, more convenient to install, and antitheft performance is relatively stable, high sensitivity, safe, reliable, antiinterference ability. The alarm is low cost, easy to install high reliability and stability, and has a good scalability in functionality, ease of market application and promotion. The design points of hardware design and software design in two parts, hardware section includes infrared sensor circuit, MCU control circuit to drive the implementation of the alarm circuit, LED control circuit and other ponents. The whole system is working under the control of the system software. Key words: SCM。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代生活防盜的需要而設(shè)計(jì)的應(yīng)用于家庭、車庫、倉庫和保險(xiǎn)柜等處進(jìn)行防盜監(jiān)控的無線防盜報(bào)警裝置。本設(shè)計(jì)的紅外線探測防盜報(bào)警器是基于紅外光的不可見性而設(shè)計(jì)的，具有報(bào)警精確度高、誤報(bào)率低、設(shè)備安裝隱蔽等特點(diǎn)，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。同時，熱釋電紅外傳感器不僅可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于接近開關(guān)、制動控制、遙測等各個領(lǐng)域。在北美，報(bào)警 求救 箱放置在 各個 街頭巷尾，在 求 救時發(fā)出聲響提示， 用來尋求 附近警察的幫助；這種呼救箱同時直接連接到附近的 警察局 ，使得一些 更遠(yuǎn) 的警察也 可以接 收到 求 救信息。而此后出現(xiàn) 的 自動撥號系統(tǒng)以及電話 迅速的 普及，更 加 使得通過電話報(bào)警的方式得到了 更 加 前所未有的發(fā)展。 目前，對于北美的安全防范產(chǎn)業(yè)來說，最成功的經(jīng)營模式無疑就是聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)模式，聯(lián)網(wǎng)報(bào)警可以將整個北美的安防產(chǎn)業(yè)進(jìn)行從橫向到縱向的整合串并，并且形成了一個集多種高科技技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化管理于一體化的綜合性產(chǎn)業(yè)。泰科安防的年銷售收入 高 達(dá) 70 多 億美元，經(jīng)營覆蓋 了 全球 40 多個國家和地區(qū)，提供全面的安防和安全解決方案 。美國30 座最繁忙的機(jī)場中， 19 家使用 ADT 的服務(wù)全球最大的 100 家零售商中， 80%使用ADT 的服務(wù) 。事實(shí)上我國的技防工作早在 60 年代就已經(jīng)開始出現(xiàn)了，那時候由于形勢所迫，銀行，博物館都開始自發(fā)的采用各種各樣的防范手段，這是我國技術(shù)防范工作的初級階段。當(dāng)罪犯撬玻璃和砸展柜時所產(chǎn)生的聲音傳到值班室時。 1982 年公安部和公安部第一研究所，根據(jù)當(dāng)時的防盜報(bào)警技術(shù)為故宮許多的展廳安裝了各種 主動紅外式、被動紅外式、超聲波式、微波式、聲控式等防盜探測器，形成了多種探測手段于一體的防盜報(bào)警系統(tǒng)，此時我國的防盜報(bào)警技術(shù)已經(jīng)提高到了一個新水平。此時各個銀行、博物館、商場、超市、居民小區(qū)等都陸續(xù)開始建立了各種安全防范系統(tǒng)。在防護(hù)區(qū)和禁區(qū)內(nèi)采用多種不同探測原理的探測器構(gòu)筑多道防 線，與此同時防遮擋功能的探測器已經(jīng)問世，進(jìn)一步促進(jìn)了入侵探測器技術(shù)的發(fā)展。在現(xiàn)代通信技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，安防系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個十分完善的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，防盜報(bào)警系統(tǒng)，聲音系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)和巡更系統(tǒng)等統(tǒng)一由同一臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)控管理，標(biāo)志我國的安防事業(yè)有邁進(jìn)了一個新的階段。防范區(qū)域面積的擴(kuò)大、施工布線的復(fù)雜、探測器分布位置的后期調(diào)整和擴(kuò)容等等，都對整個 防盜報(bào)警系統(tǒng)的控制管理方式乃至 整個 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu) 又 提出了新的要求。在實(shí)際 的 施工部署過程 當(dāng) 中，為了能 夠更加 靈活 的 搭配探測器的布線 和 數(shù)量，探測器 和 報(bào)警控制器之間大多 數(shù)仍然 采用 了 傳統(tǒng)的開關(guān)量信號傳輸，而報(bào)警控制器 和 控制中心 之間 的聯(lián)網(wǎng)則是 整個 系統(tǒng)是否 能夠 穩(wěn)定 靈活 擴(kuò)展的關(guān)鍵所在 。 而 專用總線聯(lián)網(wǎng) 的 方式運(yùn)營成本 較 低、聯(lián)網(wǎng)速度 較 快，但 是 覆蓋面積范圍 很 小、線路鋪設(shè)可靠性比較 差、傳輸 很 容易受干擾。 防盜聯(lián)網(wǎng)報(bào)警是一種“人防、技防、物防”三防相結(jié)合的安全防范體系，是目前安防界公認(rèn)的最為有效的安全防范措施。為用戶提供全天 24 小時值班，同時提供巡防、接警、出警等服務(wù)，最大程度保障用戶的安全。在我國很多城市，聯(lián)網(wǎng)報(bào)警已經(jīng)成為了社會安全防范的重要舉措。 （ 1） 聯(lián)動集成化 多系統(tǒng)多平臺 的 集成已經(jīng) 成為安防系統(tǒng)發(fā)展的一個主要方向，防盜報(bào)警系統(tǒng)也不例外。如果監(jiān)控區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)警情，安保人員一般不可能迅速出現(xiàn)在現(xiàn)場，如果同時出現(xiàn)多處警情，也無法分身去多個地方。 有賴于科技強(qiáng)警和平安城市建設(shè)的顯著成效，許多一線中心城市已經(jīng)做出 了部署20 萬甚至 30 萬攝像頭的構(gòu)想和規(guī)劃，部分社區(qū)和區(qū)域已初步建立起 “覆蓋到面、監(jiān)測到線、控制到點(diǎn) ”的全天候、多功能科技防范網(wǎng)絡(luò)體系。 （ 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)客戶便集中在銀行、文博、學(xué)校等重點(diǎn)防范單位。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)多平臺共享問題，還可以減少數(shù)據(jù)傳輸過程中受到的誤報(bào)干擾。而在報(bào)警信息傳輸過程中的環(huán)境影響 (比如報(bào)警通訊線路與動力線 /照明線等強(qiáng)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。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(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。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、門禁等平臺的集成融合更靈活更先進(jìn)。 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?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(jìn)行綜合處理。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報(bào)警等模塊組成。 (3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。 (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到是否有人出入。至于報(bào)警可采用聲光信號。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(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。 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。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。 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。具有這種性質(zhì)的材料稱為熱釋電體。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)。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(jìn)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。 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。 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。每個凹槽都可以看做一個獨(dú)立的小透鏡，把光線調(diào)整成平行光或聚光。 簡單地說，菲涅爾透鏡一 面是平坦的，另一面是凸起的。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。 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。 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。 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 雙探測元的結(jié)構(gòu) 。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 。 AT89C51 單片機(jī)簡單概述 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)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(jī) 。 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)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(jià)廉的方案。由圖可知，在這一塊 芯片中，集成了一臺微型計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。 VCC：供電電壓。 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。 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。 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。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 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(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部 中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時， EA將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì)方案 該設(shè)計(jì)硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖 31 所示，它由紅外線探測器、信號放大電路、比較電路、延時電路、顯示電路、報(bào)警電路和穩(wěn)壓電源組成。探測器探測到的微弱信號經(jīng)過信號放大電路的 放大，傳輸?shù)奖容^電路，比較電路將探測器探測到的信號與參考值進(jìn)行比較，除去信號中的干擾信號，提高報(bào)警的準(zhǔn)確性，比較電路輸出的信號傳輸?shù)綀?bào)警電路觸發(fā)報(bào)警電路報(bào)警。本報(bào)警器屬于多路探測報(bào)警器，探測器有兩種類型，可以根據(jù)所要監(jiān)測的區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行選擇使用，同時顯示報(bào)警部分 可以顯示發(fā)生報(bào)警的監(jiān)測區(qū)域。其中，各部分電路設(shè)計(jì)如下。每一組運(yùn)算放大器可用圖 32 所示的符號來表示，它有5 個引出腳，其中 “+”、 “”為兩個信號輸入端， “V+”、 “V”為正、負(fù)電源端， “Vo ”為輸出端。 LM324 的引腳排列見圖 33。 實(shí)現(xiàn)功能 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(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，然后經(jīng)放大電路將電信號放大傳給單片機(jī)。 圖 34 信號放大電路 原理分析 熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅 1mV 左右，頻率為 ~10HZ，需經(jīng)高圖 32運(yùn)算放大器 圖 33 LM324 的引腳圖