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為了實現對重大安全場所無線自動報警和監控，根據熱釋電紅外傳感的基本原理，設計并實現了一種接收移動人體輻射出得紅外線檢測儀，該檢測儀以ATmega16單片機為控制中心，融合了無線通信技術和信號檢測技術等，通過無線收發模塊與控制器通信，控制器通過RS-485與控制計算機連接，整個系統組成無線網絡，實現多路無線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。其設計具有實時性強，可靠性高，成本低，維護方便等優點。 隨著電子技術和微機技術的迅速發展和廣泛應用，給現代家庭防盜、車庫。辦公室、銀行、博物館等重大安全場所的報警系統帶來新的變革，出現了新的面貌。在日常生活中，各種無線檢測系統孕育而生，大大節約了鋪設專用通信電路的費用，便于各種安全場所的規劃。通過無線通信報警是一種極為方便、有效的手段，相關運用推廣。無線通信作為通信系統的一部分，由信號源和收信者、發送設備、傳輸介質、接收設備組成。無線數字通信系統的發送設備分為信源編碼與信源解碼兩部分。無線數字通信設備的接收設備進行解調、譯碼、解密等，即完成發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，同時可以對多路復用信號的解除，實現正確分路。基于無線通信的安防系統采用各項無線通信技術，為控制技術，以及模塊化，結構化、功能化技術來構造基本的系統功能，是該系統便于維護和改進調整。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，使運動狀態發生變化而產生電信號，常用于探測紅外輻射和可見光。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集成開關，當信號達到預設值則打開集成開關，使編碼發射模塊工作，從而對采集的信號進行編碼調制發射。 1系統原理 該安防系統裝置是基于熱釋電紅外探測原理，以無線收發傳輸信號的聲光報警設備，其包括數據采集、數據編碼、無線收發、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熱釋電紅外傳感器探測報警信號，有信號則啟動無線發射模塊對信號進行編碼后傳給ATmega16單片機，通過無線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AVR單片機產生外部中斷，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線發射系統、無線接收系統、電源電路，其中無線接收系統以ATmega16單片機為控制中心，其外圍器件主要由無線接收模塊、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無線發射電路 該安防系統通過熱釋電紅外傳感器原理采集報警信號進行編碼無線發送。傳感器采集的信號相對微弱需要進行處理，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、狀態控制器、延時時間定時器以及封鎖時間定時器構成的數/模專用集成電路。它具有可重復觸發工作方式和不可重復觸發工作方式兩種工作方式。編碼芯片采用臺灣普成公司生產PT22 62，它發出的編碼信號有數據碼、地址碼、同步碼組成一個完整字碼，具有功耗低、價位低、通用性好等特點。熱釋電紅外傳感器采集的信號通過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 經過BISS0001處理后輸出的信號經兩個三極管接通負載，所圖3所示，其中R8-R11均為1 KΩ的上拉電阻，R4、Q1、Q2組成電子式開關調制電路，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，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射出去。 圖3無線發射原理圖 2.2無線接收電路 該系統無線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，其地址碼經過兩次核對比較后，VT引腳輸出高電平，經過施密特反相器之后轉換成低電平，觸發單片機的外部中斷，與此同時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。無線接收電路原理圖如圖4所示。 圖4無線接收電路原理圖 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，帶背光，內置8192個16×16點陣、128個字符(8×16點陣)及64x256點陣顯示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問方式。系統直接通過I/O口與ATmega16進行并行連接，12864的8位數據線直接與ATmega16的8位I/O口連接。報警信號在2個以上(包括2個)時，液晶顯示器會輪流顯示各個報警點的"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，定時器啟動，產生周期性中斷，控制ATmega16單片機的P4和P5口發出周期是1 s的脈沖信號，蜂鳴器發出蜂鳴，發光二極管閃爍。實現聲光報警，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、外部中斷服務程序、定時器中斷程序等，具有結構清晰，調整改進容易的特點。該系統主要由C程序實現系統控制功能，實現系統初始化、控制功能設置和報警模式設置等，完成自動檢測控制和報警任務。當熱釋電紅外傳感器檢測到報警信號，無線編碼發射系統開始工作，對地址信號和數據信號進行編碼發射。無線接收系統接收到信號時，就對信號進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，在中斷服務程序中讀取報警信號并設置中斷標志位，同時在12864上顯示，蜂鳴器發出警報聲，發光管閃爍，單片機把接收的數據通過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，第一行顯示"采集數據：單次"，第二行顯示"控制命令：等待".當下位機單次數據采集時，第一行顯示單次采集的數據;當下位機連續采集數據時，12864顯示的采集的數據;第二行顯示PC機發出的命令，當PC機沒有發送命令時，顯示"等待";當PC機發送命令后，顯示"命令".可以直接使用MCU的總線方式讀寫液晶或者間接使用I/O軟件模擬LCD時序對液晶進行讀寫，本設計采用間接的方式，首先ATmega16對系統進行初始化，設置I/O的狀態，再初始化液晶，對液晶的顯示功能設置，通過寫命令控制寫入數據地址。其流程圖如圖9所示。 圖9 12864控制流程圖 無線接收系統通過接收到的報警信號，將報警序號實時顯示在12864上，如果有多個報警數據，則需要循環顯示報警點序號，因此需要動態更新12864上顯示的數據。其流程圖如圖10所示。 圖10動態修改顯示流程圖 3.2外部中斷服務程序設計 系統外部中斷觸發方式選用邊沿觸發方式檢測無線接收系統是否接收到報警信號，這種觸發方式如果相繼兩次采樣，一個周期采樣為高，下個周期采用為低，則置"1"中斷申請觸發器，直到CPU響應此中斷才清零。這樣不會丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少需要保持12個時鐘周期，才能被CPU采樣到。當無線接收系統接收到報警數據時，單片機的外部中斷0產生外部中斷，接收報警數據，并關閉外部中斷0同時啟動定時器1開始計數，2 s后重新開外部中斷0，以接收下次的報警數據。中斷服務子程序流程圖如圖11所示。 圖11中斷服務子程序 3.3定時中斷服務程序設計 本系統采用8 MHz的時鐘晶振，定時器1作為外部中斷響應報警數據的時間間隔計數器，避免一次報警信號使單片機產生多次中斷。定時器1是16為計數器初值為3CAFH，中斷5次后，開外部中斷。 定時器0作為聲光報警電路的脈沖發生控制器，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，即聲光報警電路發出周期為1 s的聲光報警信號。定時器0和定時器1的中斷子程序如圖12所示。 圖12定時器中斷子程序 4結束語 本系統根據紅外熱釋電傳感器原理，完成了多路無線安防系統的軟硬件開發。系統能夠完成15路報警點的報警信息，并且使用液晶顯示器循環顯示報警序號，通過發光二級管和蜂鳴器進行聲光報警，同時把得到的數據傳輸給上位機。系統具有易于操作維護、很強的實時性等優點，系統還可以對電磁干擾方面進行改進，使用單片機內部晶振可以減小系統本身的電磁干擾。 |
