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為了實(shí)現對重大安全場(chǎng)所無(wú)線(xiàn)自動(dòng)報警和監控，根據熱釋電紅外傳感的基本原理，設計并實(shí)現了一種接收移動(dòng)人體輻射出得紅外線(xiàn)檢測儀，該檢測儀以ATmega16單片機為控制中心，融合了無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和信號檢測技術(shù)等，通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊與控制器通信，控制器通過(guò)RS-485與控制計算機連接，整個(gè)系統組成無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現多路無(wú)線(xiàn)聲光報警和遠程監控。另外該系統還設計了顯示模塊方便數據的讀取分析。其設計具有實(shí)時(shí)性強，可靠性高，成本低，維護方便等優(yōu)點(diǎn)。 隨著(zhù)電子技術(shù)和微機技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應用，給現代家庭防盜、車(chē)庫。辦公室、銀行、博物館等重大安全場(chǎng)所的報警系統帶來(lái)新的變革，出現了新的面貌。在日常生活中，各種無(wú)線(xiàn)檢測系統孕育而生，大大節約了鋪設專(zhuān)用通信電路的費用，便于各種安全場(chǎng)所的規劃。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信報警是一種極為方便、有效的手段，相關(guān)運用推廣。無(wú)線(xiàn)通信作為通信系統的一部分，由信號源和收信者、發(fā)送設備、傳輸介質(zhì)、接收設備組成。無(wú)線(xiàn)數字通信系統的發(fā)送設備分為信源編碼與信源解碼兩部分。無(wú)線(xiàn)數字通信設備的接收設備進(jìn)行解調、譯碼、解密等，即完成發(fā)送設備反變換的功能，其目的就是從帶有干擾的信號中正確恢復原始信號，同時(shí)可以對多路復用信號的解除，實(shí)現正確分路�；跓o(wú)線(xiàn)通信的安防系統采用各項無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，為控制技術(shù)，以及模塊化，結構化、功能化技術(shù)來(lái)構造基本的系統功能，是該系統便于維護和改進(jìn)調整。紅外探測傳感器根據紅外探測原理可以分為可分為光子探測器和熱探測器兩種。光子探測器是利用外光電效應或內光電效應制成的輻射探測器，也稱(chēng)光電型探測器。其原理是探測器中電子吸收光子的能量，使運動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電信號，常用于探測紅外輻射和可見(jiàn)光。熱釋電紅外探測器是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器，其內部的熱電元由高熱電系數的鐵鈦鉛汞陶瓷以及膽酸鋁、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。熱釋電紅外探測器由傳感探測元、干涉濾光片和場(chǎng)效應管匹配器3部分組成。傳感器作為安防系統的采集者，采用公共接口作為信號的輸出接口很好的適用于多種傳感器的信號輸入。信號輸出后采用一個(gè)集成開(kāi)關(guān)，當信號達到預設值則打開(kāi)集成開(kāi)關(guān)，使編碼發(fā)射模塊工作，從而對采集的信號進(jìn)行編碼調制發(fā)射。 1系統原理 該安防系統裝置是基于熱釋電紅外探測原理，以無(wú)線(xiàn)收發(fā)傳輸信號的聲光報警設備，其包括數據采集、數據編碼、無(wú)線(xiàn)收發(fā)、單片機控制、信號檢測等部分，由ATmega16控制器和熱釋電紅外傳感器、編碼芯片PT2262、解碼芯片PT2272、液晶顯示器12864等組成。本系統研究的主要內容是通過(guò)熱釋電紅外傳感器探測報警信號，有信號則啟動(dòng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊對信號進(jìn)行編碼后傳給ATmega16單片機，通過(guò)無(wú)線(xiàn)接收模塊接收信號后，將接收到的編碼數據輸入到解碼器上，然后編碼器輸出端驅動(dòng)AVR單片機產(chǎn)生外部中斷，ATmega16單片機將解碼器輸出的數據采集到單片機內部，實(shí)現聲光報警以及判斷報警號，把這些數據顯示在LCD上并傳至控制中心計算機。 2系統電路設計 系統硬件電路包括無(wú)線(xiàn)發(fā)射系統、無(wú)線(xiàn)接收系統、電源電路，其中無(wú)線(xiàn)接收系統以ATmega16單片機為控制中心，其外圍器件主要由無(wú)線(xiàn)接收模塊、接收解碼、聲光報警電路、顯示模塊組成。系統框圖如圖1所示。 圖1系統框圖 2.1無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路 該安防系統通過(guò)熱釋電紅外傳感器原理采集報警信號進(jìn)行編碼無(wú)線(xiàn)發(fā)送。傳感器采集的信號相對微弱需要進(jìn)行處理，處理電路選擇集成熱釋電紅外處理芯片BISS0001，它具有較高的處理傳感信號性能，是由運放器，電壓比較器、狀態(tài)控制器、延時(shí)時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器構成的數/模專(zhuān)用集成電路。它具有可重復觸發(fā)工作方式和不可重復觸發(fā)工作方式兩種工作方式。編碼芯片采用臺灣普成公司生產(chǎn)PT22 62，它發(fā)出的編碼信號有數據碼、地址碼、同步碼組成一個(gè)完整字碼，具有功耗低、價(jià)位低、通用性好等特點(diǎn)。熱釋電紅外傳感器采集的信號通過(guò)BISS0001和耦合電容二級放大，熱釋電紅外傳感器采集電路如圖2所示。 圖2熱釋電紅外傳感器采集電路原理圖 經(jīng)過(guò)BISS0001處理后輸出的信號經(jīng)兩個(gè)三極管接通負載，所圖3所示，其中R8-R11均為1 KΩ的上拉電阻，R4、Q1、Q2組成電子式開(kāi)關(guān)調制電路，R7、C18、Q4、L1和聲表諧振器Y1組成315 MHz的功率振蕩級，當OUT為高定平時(shí)，Q1導通，接通編碼器將數據碼以及相應的地址碼和同步碼發(fā)射出去。 圖3無(wú)線(xiàn)發(fā)射原理圖 2.2無(wú)線(xiàn)接收電路 該系統無(wú)線(xiàn)接收芯片選用超再生SH9902，解碼芯片用的是PT2272，它接收到信號后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次核對比較后，VT引腳輸出高電平，經(jīng)過(guò)施密特反相器之后轉換成低電平，觸發(fā)單片機的外部中斷，與此同時(shí)相應的數據腳輸出接收到的數據，PT2272的地址與編碼器PT2 262的地址必須相同。無(wú)線(xiàn)接收電路原理圖如圖4所示。 圖4無(wú)線(xiàn)接收電路原理圖 2.3 LCD顯示電路 本系統選用LCD顯示器12864，它使用ST7920控制器，5 V電壓驅動(dòng)，帶背光，內置8192個(gè)16×16點(diǎn)陣、128個(gè)字符(8×16點(diǎn)陣)及64x256點(diǎn)陣顯示RAM(GDRAM)。與外部CPU接口采用并行或串行兩種控制方式。LCD與MCU的通信接口設計可以使用直接或間接的訪(fǎng)問(wèn)方式。系統直接通過(guò)I/O口與ATmega16進(jìn)行并行連接，12864的8位數據線(xiàn)直接與ATmega16的8位I/O口連接。報警信號在2個(gè)以上(包括2個(gè))時(shí)，液晶顯示器會(huì )輪流顯示各個(gè)報警點(diǎn)的"報警序號".12864液晶顯示器與ATmega16并行接口框圖如圖5所示。 圖5 12864液晶顯示器與ATmega16并行接口框圖 2.4聲光報警電路 當接收到系統檢測到有報警信號時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，產(chǎn)生周期性中斷，控制ATmega16單片機的P4和P5口發(fā)出周期是1 s的脈沖信號，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴，發(fā)光二極管閃爍。實(shí)現聲光報警，當按下復位鍵之后，系統復位，報警解除。聲光報警電路如圖6所示。 圖6聲光報警電路 2.5電源電路 電源電路由變壓器、整流濾波電路和穩壓電路組成。變壓器用于將220 V的交流電壓轉換成7.5 V和9 V低壓交流電壓;整流濾波電路用于將交流電整流濾波成較平滑的直流電壓;然后通過(guò)穩壓電路輸出+5 V(Vcc)和+9 V的直流電，供系統的接收系統和發(fā)射系統使用。電源電路如圖7所示。 圖7電源電路原理圖 3軟件設計 系統軟件設計主要是AVR單片機程序設計，由主程序和各種功能塊子程序組成，包括LCD顯示程序、外部中斷服務(wù)程序、定時(shí)器中斷程序等，具有結構清晰，調整改進(jìn)容易的特點(diǎn)。該系統主要由C程序實(shí)現系統控制功能，實(shí)現系統初始化、控制功能設置和報警模式設置等，完成自動(dòng)檢測控制和報警任務(wù)。當熱釋電紅外傳感器檢測到報警信號，無(wú)線(xiàn)編碼發(fā)射系統開(kāi)始工作，對地址信號和數據信號進(jìn)行編碼發(fā)射。無(wú)線(xiàn)接收系統接收到信號時(shí)，就對信號進(jìn)行解調并將解調的信號輸入到解碼集成電路，若地址信號完全相符，則單片機外部中斷被觸發(fā)，在中斷服務(wù)程序中讀取報警信號并設置中斷標志位，同時(shí)在12864上顯示，蜂鳴器發(fā)出警報聲，發(fā)光管閃爍，單片機把接收的數據通過(guò)RS-485傳輸給中心控制計算機。接收系統的主程序流程圖如圖8所示。 圖8主程序流程圖 3.1 LCD顯示程序設計 系統上電后，首先需要對液晶初始化，12864顯示器分兩行，初始化時(shí)，第一行顯示"采集數據：?jiǎn)未?，第二行顯示"控制命令：等待".當下位機單次數據采集時(shí)，第一行顯示單次采集的數據;當下位機連續采集數據時(shí)，12864顯示的采集的數據;第二行顯示PC機發(fā)出的命令，當PC機沒(méi)有發(fā)送命令時(shí)，顯示"等待";當PC機發(fā)送命令后，顯示"命令".可以直接使用MCU的總線(xiàn)方式讀寫(xiě)液晶或者間接使用I/O軟件模擬LCD時(shí)序對液晶進(jìn)行讀寫(xiě)，本設計采用間接的方式，首先ATmega16對系統進(jìn)行初始化，設置I/O的狀態(tài)，再初始化液晶，對液晶的顯示功能設置，通過(guò)寫(xiě)命令控制寫(xiě)入數據地址。其流程圖如圖9所示。 圖9 12864控制流程圖 無(wú)線(xiàn)接收系統通過(guò)接收到的報警信號，將報警序號實(shí)時(shí)顯示在12864上，如果有多個(gè)報警數據，則需要循環(huán)顯示報警點(diǎn)序號，因此需要動(dòng)態(tài)更新12864上顯示的數據。其流程圖如圖10所示。 圖10動(dòng)態(tài)修改顯示流程圖 3.2外部中斷服務(wù)程序設計 系統外部中斷觸發(fā)方式選用邊沿觸發(fā)方式檢測無(wú)線(xiàn)接收系統是否接收到報警信號，這種觸發(fā)方式如果相繼兩次采樣，一個(gè)周期采樣為高，下個(gè)周期采用為低，則置"1"中斷申請觸發(fā)器，直到CPU響應此中斷才清零。這樣不會(huì )丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少需要保持12個(gè)時(shí)鐘周期，才能被CPU采樣到。當無(wú)線(xiàn)接收系統接收到報警數據時(shí)，單片機的外部中斷0產(chǎn)生外部中斷，接收報警數據，并關(guān)閉外部中斷0同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器1開(kāi)始計數，2 s后重新開(kāi)外部中斷0，以接收下次的報警數據。中斷服務(wù)子程序流程圖如圖11所示。 圖11中斷服務(wù)子程序 3.3定時(shí)中斷服務(wù)程序設計 本系統采用8 MHz的時(shí)鐘晶振，定時(shí)器1作為外部中斷響應報警數據的時(shí)間間隔計數器，避免一次報警信號使單片機產(chǎn)生多次中斷。定時(shí)器1是16為計數器初值為3CAFH，中斷5次后，開(kāi)外部中斷。 定時(shí)器0作為聲光報警電路的脈沖發(fā)生控制器，設置初值為06H，每中斷500次，控制單片機的P4和P5口改變輸出電平狀態(tài)，即聲光報警電路發(fā)出周期為1 s的聲光報警信號。定時(shí)器0和定時(shí)器1的中斷子程序如圖12所示。 圖12定時(shí)器中斷子程序 4結束語(yǔ) 本系統根據紅外熱釋電傳感器原理，完成了多路無(wú)線(xiàn)安防系統的軟硬件開(kāi)發(fā)。系統能夠完成15路報警點(diǎn)的報警信息，并且使用液晶顯示器循環(huán)顯示報警序號，通過(guò)發(fā)光二級管和蜂鳴器進(jìn)行聲光報警，同時(shí)把得到的數據傳輸給上位機。系統具有易于操作維護、很強的實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，系統還可以對電磁干擾方面進(jìn)行改進(jìn)，使用單片機內部晶振可以減小系統本身的電磁干擾。 |
