便攜式痕跡顯現(xiàn)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(xiàn)場環(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)場的痕跡快速、準確提取的需求；傳統(tǒng)的痕跡顯現(xiàn)方法是辦案民警將罪犯遺留在現(xiàn)場的痕跡載體截取帶回實驗室，通過箱式痕跡顯現(xiàn)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(xiàn)裝置的設計過程和實現(xiàn)實現(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，采用邏輯控制能力較強的ATmega16單片機作為中央處理器，結(jié)合各執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)碘、502膠熏量的控制，從而更準確有效地顯現(xiàn)出犯罪嫌疑人遺留在現(xiàn)場的痕跡；此外，便攜式痕跡顯現(xiàn)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(zhì)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(cè)重于硬件結(jié)構(gòu)、電路設計和調(diào)試，硬件部為設備結(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 編程軟件進行編程實現(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。

該裝置整個結(jié)構(gòu)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(gòu)的制作加工過程采用了3D打印技術、數(shù)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(xiàn)裝置整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 硬件系統(tǒng)總體設計框圖

2.系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達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(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。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∶16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)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(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器/ 計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/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(nèi)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(tǒng)電源模塊電路采用LM2576芯片作為整個系統(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3A）、輸出電壓穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等特點，實現(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(jīng)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(jié)果送至執(zhí)行單元，可實現(xiàn)閉環(huán)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(zhí)行單元驅(qū)動電路

2.4.1 系統(tǒng)CPU工作時為避免外部信號干擾，CPU與驅(qū)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(zhí)行單元驅(qū)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(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。

圖5 執(zhí)行單元驅(qū)動電路圖

3.系統(tǒng)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(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)筑也在這個環(huán)境中完成，錯誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當你點擊編譯錯誤時，光標自動跳轉(zhuǎn)到錯誤的那一行；

（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，支持長文件名。

3.2 軟件程序設計流程圖如圖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T1初始化，風調(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;//啟動定時器}

void Wine_speed_Ctr(void) //風速調(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/熱風控制單元等組成痕跡顯現(xiàn)裝置電路控制系統(tǒng)。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?，F(xiàn)場痕跡的顯現(xiàn)成功率和顯現(xiàn)質(zhì)量。使該成果適用于實戰(zhàn)一線，提高推廣應用價值。