【正文】 而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的目的。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等模塊子函數(shù)。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報(bào)警等功能。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、在線調(diào)試等幾個(gè)階段，就本設(shè)計(jì)來說也包括這些過程。 14 圖 22 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖 從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳探頭電路 、報(bào)警 電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、 LED 顯示控制電路 及相關(guān)的控制管理軟件組成 ；它們之間的構(gòu)成框圖如 圖 23總體設(shè)計(jì)框圖所示： 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試 開始 確定設(shè)計(jì)方案 排 除故障 系統(tǒng)運(yùn)行 完成研制 CPU AT89C 51 復(fù)位電路 信號(hào)檢測(cè)電路 報(bào)警執(zhí)行電路 LED 發(fā)光顯示 放大 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 15 圖 23 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) ST89C52。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轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出 TTL 電平至 ST89C52 單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。 根據(jù)實(shí)際要求，本文所研制的報(bào)警器的功能要求如下： （ 1）可實(shí)現(xiàn)非法入侵報(bào)警； （ 2）采用復(fù)合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和振動(dòng)位移傳感器并接使用，增加報(bào)警可靠性； （ 3）蜂鳴器報(bào)警，顯示出出事地點(diǎn)； （ 4）采用雙電源技術(shù)，主電源停電或被切斷，被動(dòng)電源自動(dòng)工作。 探測(cè)器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房 ，臥室等，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，一旦有人入侵，與之相應(yīng)的報(bào)警探測(cè)器立即向用戶端自動(dòng)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場(chǎng)聲 (蜂鳴器 )報(bào)警，同時(shí)顯示出出事位置。下面我們將簡(jiǎn)要介紹傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)。 感應(yīng)器的作用： （ 1） 信息的收集。 （ 2） 信息數(shù)據(jù)的交換。 （ 3） 控制信息的 采集。 現(xiàn)在有關(guān)家庭防盜的傳感器非常多，有無線人體熱釋電傳感器、無線門磁傳感器、振動(dòng)位移傳感器、紅外線反射開關(guān)無線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達(dá)波人體檢測(cè)無線探頭等等。當(dāng)盜賊企圖從門窗進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，無線人體熱釋電傳感器能檢測(cè)到人體移動(dòng)的紅外信號(hào)。 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的工作原理： 在自然界，任何高于絕對(duì)溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，17 其紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。人體發(fā)射的 10um左右的紅外線通過菲泥爾濾波光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。這 種元件在接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化最終將以電壓或電流的形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10um左右的紅外輻射非常敏感。 被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的能量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理并報(bào)警。 抗電磁干擾：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408（安全防范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）的要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 （ 2） 紅外線 熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。 （ 4） 紅外線熱釋電傳感器不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。 振動(dòng)位移傳感器 ： 高靈敏振動(dòng)位移傳感器 ， 是一種集振動(dòng)和位移測(cè) 量 于一身的全方 位 固態(tài)控制器件 ,是目前作為狀態(tài)檢測(cè)和報(bào)警的最佳選擇 ， 傳感部分采用目前先進(jìn)固態(tài)加速度檢測(cè)器件 ， 既對(duì)振動(dòng)有很高的檢測(cè)靈敏度 ， 又對(duì)周圍環(huán)境的聲音信號(hào)抑制 ， 具有很強(qiáng)的 抗 干擾能力 ， 可廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車 、 保險(xiǎn)柜 、 門窗等場(chǎng)合的防盜裝置中 ，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片 ， 應(yīng)用非常方便 ， 可直接帶動(dòng)小功率負(fù)載 。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)檢測(cè)等。但人體移動(dòng)時(shí) ,兩元件極化程度不同 ,凈輸出電壓不為 0 ,從而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的目的。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。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探19 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)。當(dāng)有人從透鏡前走過時(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。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為 710um，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門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器 。 在該探測(cè)技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量 變化來完成探測(cè)目的。 PIR 結(jié)構(gòu)特性及安裝 使用時(shí) D端接電源正極， G端接電源負(fù)極， S端為信號(hào)輸出。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。制造熱釋電紅外探測(cè)元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測(cè)波長(zhǎng)20 范圍為 。這種濾波片除了允許某些波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外 。由于熱釋電紅外 傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱（通常僅有 １ mV左右），而且是一個(gè)變化的信號(hào)，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定，通常為 ），所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。 本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種 雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu) 。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷 信號(hào)經(jīng)過 場(chǎng)效應(yīng)管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 三極管 Q2 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平 。 圖 28 雙元紅外傳感器示意圖 菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR 上；第二個(gè)作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)。 熱釋電 紅外傳感器其熱釋電器件及前置放大電路封裝在圓型金屬帽內(nèi)，金屬帽頂22 部方型開孔鑲嵌有抗冷白光的硅紅外濾光片，底部有金屬引腳，分別為電源引腳，地線引腳，熱電信號(hào)輸出腳。熱釋電紅外傳感器包括單元、雙元、四元三種類型。 被動(dòng)紅外傳感器優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)主要為： （ 1） 本身不發(fā)射任何類型輻射，安全可靠； （ 2） 價(jià)格低廉。一方面是采用新技術(shù)來加強(qiáng)抗干擾能力；另一方面是在安裝方面加以注意。 單片機(jī)技術(shù) 單片機(jī)的特點(diǎn)： 所謂單片機(jī)就是一塊芯片上集成了 CPU、 ROM、 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器和多種I/O接口電路等而具有一定規(guī)模的微型計(jì)算機(jī)。 ROM為程序存儲(chǔ)器，只存放程序、常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機(jī)用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲(chǔ)空間，把已調(diào)試好的程序固 化在 ROM中，而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在 RAM中，這樣，23 小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能以高速 RAM形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加快單片機(jī)的執(zhí)行速度。 （ 2） 采用面向控制的指令系統(tǒng)。單片機(jī)的運(yùn)行速度也較高。由于單片機(jī)機(jī)芯上引腳有限，為了解決實(shí)際引腳和需要的信號(hào)線數(shù)的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能， 可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。單片機(jī)具有內(nèi)部掩膜 ROM、內(nèi)部 EPROM和外接 ROM等形式，并可方便的擴(kuò)展外部的 RAM、 ROM及 I/O接口，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來極大的方便。單片機(jī)雖然主要是作控制器用，但功能上還是通用的，可以像一般微處理器那樣廣泛地應(yīng)用在各個(gè)方面。 單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。 ST89C52 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) ST89C52是一個(gè)低功耗， 高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS 51 指令系統(tǒng)及 80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 ST89C52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 此外， ST89C52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三 種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，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，各部分通過內(nèi)部總線相連。 26 圖 29 ST89C52 功能方塊圖 （ 1） 中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，是單片機(jī)的大腦和心臟，具有運(yùn)算和控制功能。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部 RAM） 芯片中共有 256B 的 RAM 單元，但其中后 128 個(gè)單元（ 80H0FFH）被專用寄存器占用，能作為寄存器提供用戶使用的只是前 128 個(gè)單元（ 007FH），用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。 （ 3） 程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部 ROM） 芯片內(nèi)部有 4 KB 的掩膜 ROM，可用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格等，因此稱為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)部 ROM。 （ 5） 并行 I/O 口 ST89C52 共有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3口），可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入 /輸出。該串行口功能較強(qiáng)，既可以作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可以作為同步移位寄存器使用。它共有 5 個(gè)中斷源： 2 個(gè)外部中斷源 /INTO 和 /INT1 ； 3 個(gè)內(nèi)部中斷源，即 2 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷， 1個(gè)串行 口中斷。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz?？偩€在圖中以帶箭頭的空心線表示。 由上所述， ST89C52 雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件，因 此可以說它是一臺(tái)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)。 （ 2） 靜態(tài)操作，外接 OHZ24MHZ晶振。 （ 4） 128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)。 （ 6） 兩個(gè) 6位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 （ 8） 一個(gè)可編程串口。 下面我們介紹一下 ST89C52的引腳， ST89C52引腳排列如圖 211所示，各引腳的功能如下： VCC： 供電電壓。 PO口 ： PO口為一個(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL門電流。 PO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。 30 圖 211 ST89C52 引腳排列圖 P1口 ： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 1/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(shí)， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， 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(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。 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)。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 ST89C52的一些特殊功能口，如下為管腳的備選功能 : （ 1） RXD(串行輸入口 ) （ 2） TXD(串行輸出口 ) （ 3） /INTO(外部中斷 0) （ 4） /INT1(外部中斷 1) （ 5） TO(記時(shí)器 0外部輸入 ) （ 6） T1(記時(shí)器 1外部輸入 ) （ 7） /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) （ 8） /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) （ 9） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 XTAL2： 來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 32 圖 212 內(nèi)部振蕩電路與外部振蕩電路 （ 2） 芯片擦除 整個(gè) EPROM 陣列和三 個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。 此外， ST89C52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 LM317 概述 LM317 內(nèi)部包括有兩 個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 芯片特點(diǎn) ： 內(nèi)部頻率補(bǔ)償