【正文】 1）、新型材料和處理技術(shù)的發(fā)展 用新型材料和處理技術(shù)，使得傳感器的紅外探測率提高，響應波長增大，響應時間縮短，像素靈敏度和像素密度更高，抗干擾性能提高，生 產(chǎn)成本降低。 2）、傳感器的大型化和多功能化 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和傳感器的應用領域的不斷擴大，紅外傳感器正從小型、單一功能，向大型化、多功能化方向發(fā)展。此外，新型多光譜傳感器的研制，也大大改善了紅 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 2 頁 共 32 頁 外成像陣列的功能性。 4）、傳感器的進一步微型化、集成化 采用片上集成技術(shù)（包括盲元替代、非均勻性校正、部分圖像處理功能等）和其它新的器件結(jié)構(gòu)及新的制造工藝技術(shù)，在 MEMS（微機電系統(tǒng)），甚至基于納米科技的 NEMS（納機電系統(tǒng)）推動下，紅外傳 感器尺寸大為縮小，功耗大大降低，集成度顯著提高。 紅外傳感器主要應用領域如下介紹： 1）、市場研究機構(gòu)發(fā)表的最新紅外線感測器（ IRdetectors）技術(shù)與市場趨勢報告指出，智慧建筑自動化及行動裝置溫度感測等新興應用，將成為紅外線感測器市場成長新動力。 3）、中型紅外線陣列感測器已成功打入住宅及汽車的空調(diào)，暖氣及通風系統(tǒng)；預估將來若產(chǎn)品價格更親民，在零售及居家電氣應用也大有可為。 設計目的及任務 1）、設計目的： （ 1）充分利用單片機的功能及編程完成控制任務； （ 2）學習各模塊 的重點，并很好的完成模塊間的連接，完成設計； （ 3）總結(jié)設計，完成論文 1 篇； 2）、設計任務： 設計一防盜報警系統(tǒng)，此系統(tǒng)應用紅外傳感器檢測非法入侵信號，并應用單片機控制啟動本地聲、光報警，同時實現(xiàn)遠程無線報警，要求系統(tǒng)性能可靠，成本低，適用于家居安防工程。其中報警模塊分為 GSM 報警電路、聲光報警電路。它的優(yōu)點是造價低，性能優(yōu)良，功耗小 ,但其易受各種熱源、光源干擾，而且傳輸距離只有一米左右，距離較短，不符合題目要求。 方案二：選用人體紅外熱釋電傳感器模塊 [4]。 故本模塊選用方案二。開發(fā)板集成了語音播報的硬件，通過軟件編程即可以用于語音采集和播報。 方案二：采用現(xiàn)在比較通用的 STC89C52 系列單片機。 綜合考慮我們選用方案二。首先由人體紅外感應傳感器檢測非法入侵信號，然后將檢測到的信號通過內(nèi)部信號電路經(jīng)過兩極放大和處理后 ,將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳送給控制核心 STC89C52 單片機處理，再由其將數(shù)字 信號傳送給GSM 模塊驅(qū)動其發(fā)送短信報警 ,以及促使蜂鳴器報警和二極管發(fā)光報警。 紅外檢測電路G SM 報警電路聲光報警電路STC89C52 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 4 頁 共 32 頁 3 硬件電路設計 傳感器工作原理 熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動安裝等特點。實際使用時，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測距離及范圍。并且由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小（小于 1mv），不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號，因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電路，使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。 菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡（如圖 所示），又叫做螺紋透鏡，是由法國物理學家奧古斯汀?菲涅爾（ Augustin?Fresnel)發(fā)明的，他在 1822 年最初使用這種透鏡設計是用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng) —— 燈塔透鏡。透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多 在 1mm 左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠。菲涅爾透鏡的在很多時候相當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。 其原理如下： 假設一 個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。如圖 所示： 圖 塌陷到平面示意圖 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。 菲涅爾透鏡的原理基于菲涅爾波帶片，菲涅爾波帶片具有類似透鏡的作用，它可以使入射光匯聚起來，產(chǎn)生極大的光強。但波帶片與透鏡有個重要的區(qū)別，即一個波帶片有很多焦點，上 式給出的是它的主焦點，除此之外，還有一系列的次焦點，在其對稱位置（即 ）還存在著一系列虛焦點 [6]。 為檢測準確起見，將紅外檢測模塊配有 360 度菲涅爾透鏡，模塊背面焊有高電平 、低電平以及輸出端三個端口。模塊有三個輸出腳，標有 OUT 的是輸出腳。其中，紅外傳感器參數(shù)如表 所示： 表 紅外傳感器技術(shù)參數(shù) 產(chǎn)品型號 HCSR501 工作電壓范圍 直流電壓 靜態(tài)電流 50uA 電平輸出 高 觸發(fā)方式 L 不可重復觸發(fā) H 重復觸發(fā) 延時時間 5200S(可調(diào) )可制作范圍零點幾秒 幾十分鐘 封鎖時間 (默認 )可制作范圍零點 幾秒 幾十秒 電路板外形尺寸 32mm*24mm 感應角度 100 度錐角 工作范圍 15— +70 度 感應透鏡尺寸 直徑： 23mm(默認） 信號處理電路 本設計采用 BIS0001 來完成對熱釋電傳感器輸出信號的處理。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、 庫房及家庭的國道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng) [7]。 （ 2）具有獨立的高輸入阻抗運算放大器； （ 3）內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾； （ 4）內(nèi)設延時時間定時器和封鎖時間定時器； （ 5）采用 16 腳 DIP 封裝。它通過放大器將傳感器信號進行放大，通過比較器等使信號能夠穩(wěn)定的輸出到單片機中。結(jié)合圖 講，運算放大器 OP1 將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后由 C3 耦合給運算放大器 OP2 進行第二級放大，再經(jīng)由電壓比較器 COP1 和 COP2 構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號 Vs去啟動延遲時間定時器，輸出信號 Vo 經(jīng)晶體管 T1 放大驅(qū)動繼電器去接通負載。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮， R3 的電阻值會降低，使 9 腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號 Vs。輸出延遲時間 Tx 由外部的 R9 和 C7 的大小調(diào)整，值為 Tx≈ 24576xR9C7；觸發(fā)封鎖時間 Ti由外部的 R10 和 C6 的大小調(diào) 整，值為 Ti≈ 24xR10C6。其中表 為 BISS0001 管腳說明： 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 32 頁 表 BISS0001 管腳說明 ： 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。由 VS 的上跳變沿觸發(fā)， 使 V0 輸出從低到高時視為有效觸發(fā)。 3 RR1 輸出延遲時間 Tx調(diào)節(jié)端。 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti調(diào)節(jié)端。 7 VSS 工作電源負極。 9 VC I 觸發(fā)禁止端；當 VcVR 時允許觸發(fā)。 11 VDD 工作電源正極。 13 2IN I 第二級運算放大器的反向輸出端。 15 1IN I 第一級運算放大器的反相輸出端。 單片機控制模塊 在此模塊中，利用型號為 STC89C52 的單片機作為核心控制部件來實現(xiàn)對人為非法入侵信號的接收及控制 GSM 模塊進行發(fā)送短信 報警 和聲光報警 。 單片機 STC89C52 簡介 STC89C52 單片機是與工業(yè)標準 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，具有速度高，功耗低，抗干擾能力強等優(yōu)點 [8]。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 32 頁 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)行源程序； 空閑模式：典型功耗 2mA； 正常工作模式：典型功耗 4mA~7mA。所謂上電復位，是指計算機加電瞬間，要在 RST 引腳上出現(xiàn)大于 10ms 的正脈沖，使單片機進入復位狀態(tài)。復位時靠外部電路實現(xiàn)的。 C1 上電壓建立的過程就產(chǎn)生一定寬度的負脈沖，經(jīng)過反相后， RST 上出現(xiàn)正脈沖，使單片機實現(xiàn)了上電復位。 其功能是系統(tǒng)上電時為單片機提供復位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，系統(tǒng)再撤消復位信號。 2)時鐘電路：單片機的定時控制功能是由片內(nèi)的時鐘電路和定時電路來完成的，而片內(nèi)的時鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式 [9]。內(nèi)部時鐘方式片內(nèi)高增益反相放大器通過 XTAL1和 XTAL2外接作為反饋元件的晶體與電容組成的并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個自激振蕩器向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘。 通常取 30pF 左右的瓷片電容。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快 [10]。 此次設計僅進行模擬聲光報警系統(tǒng)，在實際應用中還需繼續(xù)增強報警力度，并且注意當報警器與單片機相隔很遠時，電路中會產(chǎn)生很大噪聲等其他不穩(wěn)定因素，極有可能產(chǎn)生蜂鳴器的工作不正常，因此應根據(jù)實際情況，適當對電路進行修改，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性達到最佳。 SIM900A 采用單電源供電， VBAT 的電壓輸入范圍從 到 ，那么推薦的電壓為 。因此，電源的供流能力不能小于 2A。 手機短消息的收發(fā)都是通過 GSM Model 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 32 頁 的通用 AT 命令來實現(xiàn)的。 GSM 的短信息業(yè)務 SMS 利用信令信道傳輸，這是 GSM 通信網(wǎng)所特有的。所以當目的 GSM 終端沒開機時信息不會丟失?，F(xiàn)在市場上大多數(shù)手機均支持 規(guī)定的 AT 指令集。利用 GSM 手機的串行接口，單片機向手機收發(fā)一系列的 AT 命令，就能達到控制 GSM 模塊收發(fā) SMS 的目的。用單片機控制 GSM 模塊收發(fā)短信息所涉及到 AT 指見令見表 。 單片機與 SIM900A 的軟件接口其實就是單片機通過 AT 指令控制手機的控制技術(shù)，首先設置SIM900A 模塊的工作模式： AT+CMGF=n， n=0 為 PDU 模式； n=1 為文本模式；通常設置為 PDU 模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)（用戶自定義數(shù)據(jù)）。 AT+CMGL=n 為列出 SIM900A 模塊內(nèi)的短消息， n=0 是未讀的短消息， n=1 位已讀的短消息， n=2 位未發(fā)送的短消息， n=3 為已發(fā)送的短消息 n=4 為所有短消息。 基于 SIM900A 的 短信的發(fā)送方法分成兩步： 1）發(fā)送接收的手機號碼 ,等待應答 ： AT+CMGS=15229040573回車 (目的地址 ) 對方回應： AT+CMGS=15229040573 2）輸入短信息的內(nèi)容 (只能是英文 )： Test 回車 AT指令 功能描述 AT+OFF 關機并重新啟動 AT+CSDH=0 在 TEXT 模式下在返回值中不顯示詳細的頭信息 ATE0 關閉回顯 AT+CMGF=1 選擇短信格式為 TEXT 模式 AT+CMGS 發(fā)送短信息 AT+CMGR 讀取短信息 AT+CMGD=1 刪除全部短信息 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 32 頁 本系統(tǒng)的軟件程序主要功能是檢測中斷端口有 無信號，紅外控制信號由中斷 0 端口輸入。此時單片機會由串行通信端口（ UART）向 SIM900A 發(fā)出指令，通過 SIM900AGSM 模塊將報警信息傳送指定手機上；同時單片機還會控制聲光電路進行報警，通知附近工作人員盡快趕到現(xiàn)場進行處理。 開始系統(tǒng)初始化檢測