廣東省機(jī)械技師學(xué)院 謝小華

引言

隨著社會(huì)犯罪的多樣性及犯罪現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的差異性，傳統(tǒng)的痕跡顯現(xiàn)、采集方法以不能后滿足辦案民警將犯罪分子遺留在現(xiàn)場(chǎng)的痕跡快速、準(zhǔn)確提取的需求；傳統(tǒng)的痕跡顯現(xiàn)方法是辦案民警將罪犯遺留在現(xiàn)場(chǎng)的痕跡載體截取帶回實(shí)驗(yàn)室，通過箱式痕跡顯現(xiàn)設(shè)備將痕跡還原，這樣的提取過程不但復(fù)雜、難度大，且在痕跡運(yùn)送的過程中極有可能造成破壞和丟失！為解決這一問題，本文研究討論一種便攜式痕跡顯現(xiàn)裝置的設(shè)計(jì)過程和實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)方法；便攜式痕跡顯現(xiàn)裝置利用碘熏和502膠熏顯現(xiàn)效果優(yōu)良的特點(diǎn)，采用邏輯控制能力較強(qiáng)的ATmega16單片機(jī)作為中央處理器，結(jié)合各執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)碘、502膠熏量的控制，從而更準(zhǔn)確有效地顯現(xiàn)出犯罪嫌疑人遺留在現(xiàn)場(chǎng)的痕跡；此外，便攜式痕跡顯現(xiàn)裝置還配備了冷、熱風(fēng)控制及超聲波霧化加濕控制的功能，可針對(duì)不同性質(zhì)的痕跡采用相應(yīng)的提取方法，大大提高了辦案民警對(duì)痕跡采樣的效率。

1.總體設(shè)計(jì)方案

該裝置由硬件和軟件兩部分組成，側(cè)重于硬件結(jié)構(gòu)、電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，硬件部為設(shè)備結(jié)構(gòu)外觀、電源模塊、控制器、傳感器模塊、顯示模塊、執(zhí)行模塊等組成；軟件部分主要采用ICCforAVR 編程軟件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理和與邏輯判斷等。整體結(jié)構(gòu)及硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。

該裝置整個(gè)結(jié)構(gòu)由二十多個(gè)零部件組成，為了達(dá)到體積小、重量輕、集成度高及操作簡(jiǎn)便等要求，在機(jī)構(gòu)的制作加工過程采用了3D打印技術(shù)、數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)來完成各零部件的加工，精確的零件尺寸加上出色的裝配工藝完成該裝置的制作。

圖1 便攜式痕跡顯現(xiàn)裝置整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 主控微處理器Atmega16 單片機(jī)

2.1.1 ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

2.1.2 該處理器內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。

2.1.3 本裝置所選處理器有如下特點(diǎn)∶16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益(TQFP封裝) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，一個(gè)SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。

2.2 電源模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電源模塊電路采用LM2576芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換芯片，該電源轉(zhuǎn)換芯片具有輸入電壓范圍寬、輸出電流大（可達(dá)3A）、輸出電壓穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)為本裝置提供穩(wěn)定可靠的電源。電源模塊電路如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電源電路圖

2.3 傳感器檢測(cè)單元電路

傳感器檢測(cè)電路是將溫度傳感器、濕度傳感器檢測(cè)輸出的微小信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大送到ATmega16 處理器的A/D采集單元，單片機(jī)將采集到的信號(hào)進(jìn)行處理、比較，同時(shí)將處理結(jié)果送至執(zhí)行單元，可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的功能。傳感器檢測(cè)單元電路如圖4所示。

圖4 傳感器檢測(cè)電路圖

2.4 執(zhí)行單元驅(qū)動(dòng)電路

2.4.1 系統(tǒng)CPU工作時(shí)為避免外部信號(hào)干擾，CPU與驅(qū)動(dòng)電路之間加入光耦隔離電路，隔離芯片采用TLP521, 該芯片是可控制的光耦合器件，電路之間的信號(hào)輸出，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增強(qiáng)電路的安全性，減小電壓的干擾，減化電路的設(shè)計(jì)。

2.4.2 本裝置執(zhí)行單元驅(qū)動(dòng)芯片采用IRL2910場(chǎng)效應(yīng)管，該芯片屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸出電流大（可達(dá)55A）、體積小、輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。

圖5 執(zhí)行單元驅(qū)動(dòng)電路圖

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 該裝置處理器編程軟件采用ICCforAVR 編程軟件，為使處理器能按程序運(yùn)行，處理復(fù)雜的邏輯功能，所選用的程序編輯器應(yīng)具備以下特點(diǎn)。

（1）ICCAVR是一個(gè)綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（IDE）；

（2）源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個(gè)環(huán)境中完成，錯(cuò)誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你點(diǎn)擊編譯錯(cuò)誤時(shí)，光標(biāo)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤的那一行；

（3）該工程管理器還能直接產(chǎn)生 INTEL HEX格式文件的燒寫文件（該格式的文件可被大多數(shù)編程器所支持，可以直接下載到芯片中使用）和符合 AVRStudio的調(diào)試文件(COFF格式)。

（4）支持8kb以上的程序編輯能力，支持長(zhǎng)文件名。

3.2 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

3.3 系統(tǒng)控制部分程序如下：

#de fine WINE_speed0 (PINC&0X01) //PC0

#de fine WINE_speed1 (PINC&0X02)

#de fine WINE_speed2 (PINC&0X04)

#de fine WINE_speed3 (PINC&0X08)

#de fine hot_wind_1() PORTD|=(1＜＜1)

#de fine hot_wind_0() PORTD&=～(1＜＜1)

void timer1_init(void) //定時(shí)T1初始化，風(fēng)調(diào)速用

{ TCCR1B = 0x00; TCNT1H = 0x00;TCNT1L = 0x00; OCR1AH = 0x01; OCR1AL= 0xFF; OCR1BH = 0x01;OCR1BL = 0xFF; ICR1H = 0xFF;ICR1L = 0xFF;TCCR1A =0xA3; TCCR1B = 0xA3;//啟動(dòng)定時(shí)器}

void Wine_speed_Ctr(void) //風(fēng)速調(diào)節(jié)程序

{ if((WINE_speed0)==0)

{ OCR1AH = 0x03; OCR1AL = 0xFE; }

else if((WINE_speed1)==0)

{ OCR1AH = 0x02; OCR1AL = 0xBC; }

else if((WINE_speed2)==0)

{ OCR1AH = 0x01; OCR1AL = 0x2C; }

else if ((WINE_speed3)==0)

{ OCR1AH = 0x00;OCR1AL = 0x00; } }

圖6 系統(tǒng)程序流程圖

4.結(jié)束語

本裝置采用ATmega16單片機(jī)作為控制核心，結(jié)合502膠熏單元、碘熏單元、霧化加濕單元、冷/熱風(fēng)控制單元等組成痕跡顯現(xiàn)裝置電路控制系統(tǒng)。注重實(shí)用性和簡(jiǎn)便性，不需要復(fù)雜昂貴設(shè)備即可完成痕跡提取操作，以自動(dòng)化運(yùn)行減少人工干預(yù)為目標(biāo)，確?，F(xiàn)場(chǎng)痕跡的顯現(xiàn)成功率和顯現(xiàn)質(zhì)量。使該成果適用于實(shí)戰(zhàn)一線，提高推廣應(yīng)用價(jià)值。