第四章 学生公寓安防系统软件设计
图3-3显示电路 Fig3-3 Show circuit
3.1.4键盘接口电路设计
键盘显示电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括：密码输入、修改密码输入、电话号码设置、紧急呼叫等功能。
按键在单片机应用系统中是一个关键部件，它用来向单片机输送数据和命令等功能，是属于人机通道电路。这里采用节约单片机I/O端口的键盘电路[7]。，只用到3根I/0口线，普通接法只能接3个键，我们在常规接法的基础上增加了3个二极管，并采用了新的接法，键盘连接如图3-4，其软件处理使用了端口访问和扫描检测两种方法，从而使按键数可达到16个，同时由于采用了组合逻辑来直接对端口进行读取，因此极大的简化了程序的处理过程，也节省了宝贵的存储器和CPU资源。
该电路在程序处理时，由PIC16F877A首先向I/O1-I/O3写高电平，然后读入。如果非全1，说明K0-K6中有键按下，此时可根据读入的端口状态来判断键的状态；如果结果为全1，则I/O1-I/O3轮流输出低电平，再读入，这样就可以根据另外两根I/O线的状态来判别是K7-K15中的哪一个键被按下。重复调用键盘处理子程序可将读取的键值与上次的值进行比较，直至两次读数相同为止，这样即可消除按键抖动所造成的误读。
IO1、IO2、IO3分别接APIC16F877A的P0.1、P0.2、P0.3口。K0-K9分别代表十个数字键，K10为清屏键，K11为密码确认键，K12密码修改键，K13为录音键、K14为放音键，K15为紧急呼救键。
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图3-4键盘电路 Fig3-4Keyboard circuit
3.3防盗探测模块设计
学生公寓的防盗，较其他场合较为特殊。因为学生公寓在学校上课时间常常无人，而在放假期间，也有将近3个月的时期处于长期无人的情况，所以寝室的防盗尤为重要。防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器[12]，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图3-10所示。
图3-10双鉴探测器原理示意图 Fig3-10sketch map of double-inspect detector
热释电红外探测器 微波 探测器 与非门 CD4011 报警 主机AT89S51 双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点，但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率。
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第四章 学生公寓安防系统软件设计
3.3.1热释电效应
自然界的任何物体，只要气温度高于绝对零度，总是不断地向外发出红外辐射，并以光的速度传播能量。物体向外辐射红外辐射的能量与物体的温度和红外辐射的波长有关。假定物体发射红外辐射的峰值波长为λm，它的温度为T，则辐射能量等于红外辐射的峰值波长λm，与物体温度T的乘积。这一乘积为一常数，即?m?T?2998?3000(?m?K)物体的温度越高，它所发射的红外辐射的峰值波长越小，发出红外辐射的能量也越大[13]。
某些被称为“铁电体”的电介质材料，如钛酸铅、硫酸三甘钛、碳酸锂等，受到红外辐射后其温度会升高，这种现象称为红外辐射的热效应。能够在红外辐射下产生热效应的材料称为高热电系数材料。上述材料便是这种能在红外辐射下产生热效应的高热电系数材料。
通常，电介质的内部是没有载流子的，因此它没有导电能力。但是任何电介质毫无例外地都是由带电粒子组成的，即由电子和原子核组成的。在外加电压的作用下，这些带电粒子也要发生移动，带正电荷的粒子趋向负极，带负电的粒子趋向正极。其结果是使电介质的一个表面带正电，另一个表面带负电，我们称这种现象为电极化。在电压加上去的瞬间到电极化状态建立起来的这段时间内，电介质内部的电荷顺着外加电场的方向运动，形成一种电流，这个电流称为位移电流。但是当极化状态建立之后，位移电流即消失。对于大多数的电介质，当电压除去后，极化状态随之消失，其带电粒子的运动又恢复原态。
对于上述现象，某些铁电体电介质材料却是例外，像上述的几种铁电体材料，当被极化后撤去外加电压时，这种极化现象仍然被保留下来，这种现象被称为自发极化。自发极化的强度和温度相关，当温度升高时，极化强度降低。
自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。当受到红外辐射后，其内部温度便会升高，介质内部的极化状态便随之降低，它的表面电荷浓度也降低了。这也就相当于“释放”了一部分电荷，这种现象称为电介质的热释电效应[13]。将释放出的电荷通过放大器放大后就形成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。
3.3.2热释电红外探测器的基本原理、基本结构与主要参数
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到。而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阀值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。
探测器原理框图如图3.11所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过
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后级比较器与状态控制器产生相应输出信号。
图3.11探测器原理框图
Fig.3-6 Principle of pyroelectric infrared detector
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器用途来分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为1-20μm；用于火焰探测的传感器，它的工作波长为4.35士0.15μm;用于人体探测的传感器，它的工作波长为7-15μm[14]。
图3.12是一个双探测元的热释电红外传感器的结构示意图。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除因环境温度和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。当人体处于静止状态时，两元件极化程度相同，相互抵消;当人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到探测移动人体的目的。
图3.12热释电红外传感器的结构示意图
Fig.3-7 structural representation of pyroelectricity infrared sensor 在本课题中，我们采用RE200B双元件型热释电红外传感器。热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗很高，高达1000MΩ，而且其输
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