摘要：為了實現(xiàn)對重大安全場所無線自動報警和監(jiān)控，根據(jù)熱釋電紅外傳感的基本原理，設(shè)計并實現(xiàn)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(shù)和信號檢測技術(shù)等，通過無線收發(fā)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(tǒng)組成無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多路無線聲光報警和遠程監(jiān)控。另外該系統(tǒng)還設(shè)計了顯示模塊方便數(shù)據(jù)的讀取分析。其設(shè)計具有實時性強，可靠性高，成本低，維護方便等優(yōu)點。

　　隨著電子技術(shù)和微機技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，給現(xiàn)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(tǒng)帶來新的變革，出現(xiàn)了新的面貌。在日常生活中，各種無線檢測系統(tǒng)孕育而生，大大節(jié)約了鋪設(shè)專用通信電路的費用，便于各種安全場所的規(guī)劃。通過無線通信報警是一種極為方便、有效的手段，相關(guān)運用推廣。無線通信作為通信系統(tǒng)的一部分，由信號源和收信者、發(fā)送設(shè)備、傳輸介質(zhì)、接收設(shè)備組成。無線數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)送設(shè)備分為信源編碼與信源解碼兩部分。無線數(shù)字通信設(shè)備的接收設(shè)備進行解調(diào)、譯碼、解密等，即完成發(fā)送設(shè)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(fù)原始信號，同時可以對多路復(fù)用信號的解除，實現(xiàn)正確分路?；跓o線通信的安防系統(tǒng)采用各項無線通信技術(shù)，為控制技術(shù)，以及模塊化，結(jié)構(gòu)化、功能化技術(shù)來構(gòu)造基本的系統(tǒng)功能，是該系統(tǒng)便于維護和改進調(diào)整。紅外探測傳感器根據(jù)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(yīng)或內(nèi)光電效應(yīng)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(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光。熱釋電紅外探測器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)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(yīng)管匹配器3部分組成。傳感器作為安防系統(tǒng)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(guān)，當(dāng)信號達到預(yù)設(shè)值則打開集成開關(guān)，使編碼發(fā)射模塊工作，從而對采集的信號進行編碼調(diào)制發(fā)射。

　　1 系統(tǒng)原理

　　該安防系統(tǒng)裝置是基于熱釋電紅外探測原理，以無線收發(fā)傳輸信號的聲光報警設(shè)備，其包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編碼、無線收發(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(tǒng)研究的主要內(nèi)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(fā)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(shù)據(jù)輸入到解碼器上，然后編碼器輸出端驅(qū)動AVR單片機產(chǎn)生外部中斷，ATmega16單片機將解碼器輸出的數(shù)據(jù)采集到單片機內(nèi)部，實現(xiàn)聲光報警以及判斷報警號，把這些數(shù)據(jù)顯示在LCD上并傳至控制中心計算機。

　　2 系統(tǒng)電路設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件電路包括無線發(fā)射系統(tǒng)、無線接收系統(tǒng)、電源電路，其中無線接收系統(tǒng)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(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　2.1 無線發(fā)射電路

　　該安防系統(tǒng)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(fā)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(tài)控制器、延時時間定時器以及封鎖時間定時器構(gòu)成的數(shù)/模專用集成電路。它具有可重復(fù)觸發(fā)工作方式和不可重復(fù)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(shù)據(jù)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(jīng)過BISS0001處理后輸出的信號經(jīng)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(guān)調(diào)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(dāng)OUT為高定平時，Q1導(dǎo)通，接通編碼器將數(shù)據(jù)碼以及相應(yīng)的地址碼和同步碼發(fā)射出去。

圖3 無線發(fā)射原理圖

　　2.2 無線接收電路

　　該系統(tǒng)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(jīng)過兩次核對比較后，VT引腳輸出高電平，經(jīng)過施密特反相器之后轉(zhuǎn)換成低電平，觸發(fā)單片機的外部中斷，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳輸出接收到的數(shù)據(jù)，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(tǒng)選用LCD顯示器12864,它使用ST7920控制器，5 V電壓驅(qū)動，帶背光，內(nèi)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(shè)計可以使用直接或間接的訪問方式。系統(tǒng)直接通過I/O口與ATmega16進行并行連接，12864的8位數(shù)據(jù)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(dāng)接收到系統(tǒng)檢測到有報警信號時，定時器啟動，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。實現(xiàn)聲光報警，當(dāng)按下復(fù)位鍵之后，系統(tǒng)復(fù)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(wěn)壓電路組成。變壓器用于將220 V的交流電壓轉(zhuǎn)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(wěn)壓電路輸出+5 V（Vcc）和+9 V的直流電，供系統(tǒng)的接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)使用。電源電路如圖7所示。

圖7 電源電路原理圖

　　3 軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是AVR單片機程序設(shè)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、定時器中斷程序等，具有結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)整改進容易的特點。該系統(tǒng)主要由C程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、控制功能設(shè)置和報警模式設(shè)置等，完成自動檢測控制和報警任務(wù)。當(dāng)熱釋電紅外傳感器檢測到報警信號，無線編碼發(fā)射系統(tǒng)開始工作，對地址信號和數(shù)據(jù)信號進行編碼發(fā)射。無線接收系統(tǒng)接收到信號時，就對信號進行解調(diào)并將解調(diào)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(shè)置中斷標(biāo)志位，同時在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(shù)據(jù)通過RS-485傳輸給中心控制計算機。接收系統(tǒng)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(shè)計

　　系統(tǒng)上電后，首先需要對液晶初始化，12864顯示器分兩行，初始化時，行顯示"采集數(shù)據(jù)：單次",第二行顯示"控制命令：等待".當(dāng)下位機單次數(shù)據(jù)采集時，行顯示單次采集的數(shù)據(jù)；當(dāng)下位機連續(xù)采集數(shù)據(jù)時，12864顯示的采集的數(shù)據(jù)；第二行顯示PC機發(fā)出的命令，當(dāng)PC機沒有發(fā)送命令時，顯示"等待";當(dāng)PC機發(fā)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?qū)σ壕нM行讀寫，本設(shè)計采用間接的方式，首先ATmega16對系統(tǒng)進行初始化，設(shè)置I/O的狀態(tài)，再初始化液晶，對液晶的顯示功能設(shè)置，通過寫命令控制寫入數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)，則需要循環(huán)顯示報警點序號，因此需要動態(tài)更新12864上顯示的數(shù)據(jù)。其流程圖如圖10所示。

圖10 動態(tài)修改顯示流程圖

　　3.2 外部中斷服務(wù)程序設(shè)計

　　系統(tǒng)外部中斷觸發(fā)方式選用邊沿觸發(fā)方式檢測無線接收系統(tǒng)是否接收到報警信號，這種觸發(fā)方式如果相繼兩次采樣，一個周期采樣為高，下個周期采用為低，則置"1"中斷申請觸發(fā)器，直到CPU響應(yīng)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(dāng)無線接收系統(tǒng)接收到報警數(shù)據(jù)時，單片機的外部中斷0產(chǎn)生外部中斷，接收報警數(shù)據(jù)，并關(guān)閉外部中斷0同時啟動定時器1開始計數(shù)，2 s后重新開外部中斷0,以接收下次的報警數(shù)據(jù)。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 定時中斷服務(wù)程序設(shè)計

　　本系統(tǒng)采用8 MHz的時鐘晶振，定時器1作為外部中斷響應(yīng)報警數(shù)據(jù)的時間間隔計數(shù)器，避免報警信號使單片機產(chǎn)生多次中斷。定時器1是16為計數(shù)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(fā)生控制器，設(shè)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(jié)束語

　　本系統(tǒng)根據(jù)紅外熱釋電傳感器原理，完成了多路無線安防系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)。系統(tǒng)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(huán)顯示報警序號，通過發(fā)光二級管和蜂鳴器進行聲光報警，同時把得到的數(shù)據(jù)傳輸給上位機。系統(tǒng)具有易于操作維護、很強的實時性等優(yōu)點，系統(tǒng)還可以對電磁干擾方面進行改進，使用單片機內(nèi)部晶振可以減小系統(tǒng)本身的電磁干擾。

參考文獻:

[1]. ATmega16 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/ATmega16_144718.html.
[2]. RS-485 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/RS-485_584821.html.
[3]. PT2262 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PT2262_1071334.html.
[4]. PT2272 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/PT2272_1076352.html.
[5]. BISS0001 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/BISS0001_172329.html.