便攜式痕跡顯現裝置設計與研究

廣東省機械技師學院 謝小華

引言

隨著社會犯罪的多樣性及犯罪現場環境的差異性，傳統的痕跡顯現、采集方法以不能后滿足辦案民警將犯罪分子遺留在現場的痕跡快速、準確提取的需求；傳統的痕跡顯現方法是辦案民警將罪犯遺留在現場的痕跡載體截取帶回實驗室，通過箱式痕跡顯現設備將痕跡還原，這樣的提取過程不但復雜、難度大，且在痕跡運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裝置的設計過程和實現實現方法；便攜式痕跡顯現裝置利用碘熏和502膠熏顯現效果優良的特點，采用邏輯控制能力較強的ATmega16單片機作為中央處理器，結合各執行機構實現碘、502膠熏量的控制，從而更準確有效地顯現出犯罪嫌疑人遺留在現場的痕跡；此外，便攜式痕跡顯現裝置還配備了冷、熱風控制及超聲波霧化加濕控制的功能，可針對不同性質的痕跡采用相應的提取方法，大大提高了辦案民警對痕跡采樣的效率。

1.總體設計方案

該裝置由硬件和軟件兩部分組成，側重于硬件結構、電路設計和調試，硬件部為設備結構外觀、電源模塊、控制器、傳感器模塊、顯示模塊、執行模塊等組成；軟件部分主要采用ICCforAVR 編程軟件進行編程實現數據采集處理和與邏輯判斷等。整體結構及硬件電路結構如圖1和圖2所示。

該裝置整個結構由二十多個零部件組成，為了達到體積小、重量輕、集成度高及操作簡便等要求，在機構的制作加工過程采用了3D打印技術、數控機床加工技術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 便攜式痕跡顯現裝置整體結構圖

圖2 硬件系統總體設計框圖

2.系統硬件電路設計

2.1 主控微處理器Atmega16 單片機

2.1.1 ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

2.1.2 該處理器內核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構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 倍的數據吞吐率。

2.1.3 本裝置所選處理器有如下特點∶16K字節的系統內可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節EEPROM，1K 字節SRAM，32 個通用I/O 口線，32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數器(T/C),片內/外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝) 的ADC ，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。

2.2 電源模塊設計

本系統電源模塊電路采用LM2576芯片作為整個系統的電源轉換芯片，該電源轉換芯片具有輸入電壓范圍寬、輸出電流大（可達3A）、輸出電壓穩定、轉換效率高等特點，實現為本裝置提供穩定可靠的電源。電源模塊電路如圖3所示。

圖3 系統電源電路圖

2.3 傳感器檢測單元電路

傳感器檢測電路是將溫度傳感器、濕度傳感器檢測輸出的微小信號經過運算放大送到ATmega16 處理器的A/D采集單元，單片機將采集到的信號進行處理、比較，同時將處理結果送至執行單元，可實現閉環控制的功能。傳感器檢測單元電路如圖4所示。

圖4 傳感器檢測電路圖

2.4 執行單元驅動電路

2.4.1 系統CPU工作時為避免外部信號干擾，CPU與驅動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，電路之間的信號輸出，使之前端與負載完全隔離，目的在于增強電路的安全性，減小電壓的干擾，減化電路的設計。

2.4.2 本裝置執行單元驅動芯片采用IRL2910場效應管，該芯片屬于電壓控制型半導體器件，具有輸出電流大（可達55A）、體積小、輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點。

圖5 執行單元驅動電路圖

3.系統軟件設計

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行，處理復雜的邏輯功能，所選用的程序編輯器應具備以下特點。

（1）ICCAVR是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環境（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筑也在這個環境中完成，錯誤顯示在狀態窗口中，并且當你點擊編譯錯誤時，光標自動跳轉到錯誤的那一行；

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

（4）支持8kb以上的程序編輯能力，支持長文件名。

3.2 軟件程序設計流程圖如圖6所示。

3.3 系統控制部分程序如下：

#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T1初始化，風調速用

{ TCCR1B = 0x00; TCNT1H = 0x00;TCNT1L = 0x00; OCR1AH = 0x01; OCR1AL= 0xFF; OCR1BH = 0x01;OCR1BL = 0xFF; ICR1H = 0xFF;ICR1L = 0xFF;TCCR1A =0xA3; TCCR1B = 0xA3;//啟動定時器}

void Wine_speed_Ctr(void) //風速調節程序

{ 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 系統程序流程圖

4.結束語

本裝置采用ATmega16單片機作為控制核心，結合502膠熏單元、碘熏單元、霧化加濕單元、冷/熱風控制單元等組成痕跡顯現裝置電路控制系統。注重實用性和簡便性，不需要復雜昂貴設備即可完成痕跡提取操作，以自動化運行減少人工干預為目標，確保現場痕跡的顯現成功率和顯現質量。使該成果適用于實戰一線，提高推廣應用價值。