便携式痕迹显现装置设计与研究

广东省机械技师学院 谢小华

引言

随着社会犯罪的多样性及犯罪现场环境的差异性，传统的痕迹显现、采集方法以不能后满足办案民警将犯罪分子遗留在现场的痕迹快速、准确提取的需求；传统的痕迹显现方法是办案民警将罪犯遗留在现场的痕迹载体截取带回实验室，通过箱式痕迹显现设备将痕迹还原，这样的提取过程不但复杂、难度大，且在痕迹运送的过程中极有可能造成破坏和丢失！为解决这一问题，本文研究讨论一种便携式痕迹显现装置的设计过程和实现实现方法；便携式痕迹显现装置利用碘熏和502胶熏显现效果优良的特点，采用逻辑控制能力较强的ATmega16单片机作为中央处理器，结合各执行机构实现碘、502胶熏量的控制，从而更准确有效地显现出犯罪嫌疑人遗留在现场的痕迹；此外，便携式痕迹显现装置还配备了冷、热风控制及超声波雾化加湿控制的功能，可针对不同性质的痕迹采用相应的提取方法，大大提高了办案民警对痕迹采样的效率。

1.总体设计方案

该装置由硬件和软件两部分组成，侧重于硬件结构、电路设计和调试，硬件部为设备结构外观、电源模块、控制器、传感器模块、显示模块、执行模块等组成；软件部分主要采用ICCforAVR 编程软件进行编程实现数据采集处理和与逻辑判断等。整体结构及硬件电路结构如图1和图2所示。

该装置整个结构由二十多个零部件组成，为了达到体积小、重量轻、集成度高及操作简便等要求，在机构的制作加工过程采用了3D打印技术、数控机床加工技术来完成各零部件的加工，精确的零件尺寸加上出色的装配工艺完成该装置的制作。

图1 便携式痕迹显现装置整体结构图

图2 硬件系统总体设计框图

2.系统硬件电路设计

2.1 主控微处理器Atmega16 单片机

2.1.1 ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

2.1.2 该处理器内核具有丰富的指令集和32 个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与运算逻单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的数据吞吐率。

2.1.3 本装置所选处理器有如下特点∶16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

2.2 电源模块设计

本系统电源模块电路采用LM2576芯片作为整个系统的电源转换芯片，该电源转换芯片具有输入电压范围宽、输出电流大（可达3A）、输出电压稳定、转换效率高等特点，实现为本装置提供稳定可靠的电源。电源模块电路如图3所示。

图3 系统电源电路图

2.3 传感器检测单元电路

传感器检测电路是将温度传感器、湿度传感器检测输出的微小信号经过运算放大送到ATmega16 处理器的A/D采集单元，单片机将采集到的信号进行处理、比较，同时将处理结果送至执行单元，可实现闭环控制的功能。传感器检测单元电路如图4所示。

图4 传感器检测电路图

2.4 执行单元驱动电路

2.4.1 系统CPU工作时为避免外部信号干扰，CPU与驱动电路之间加入光耦隔离电路，隔离芯片采用TLP521, 该芯片是可控制的光耦合器件，电路之间的信号输出，使之前端与负载完全隔离，目的在于增强电路的安全性，减小电压的干扰，减化电路的设计。

2.4.2 本装置执行单元驱动芯片采用IRL2910场效应管，该芯片属于电压控制型半导体器件，具有输出电流大（可达55A）、体积小、输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。

图5 执行单元驱动电路图

3.系统软件设计

3.1 该装置处理器编程软件采用ICCforAVR 编程软件，为使处理器能按程序运行，处理复杂的逻辑功能，所选用的程序编辑器应具备以下特点。

（1）ICCAVR是一个综合了编辑器和工程管理器的集成工作环境（IDE）；

（2）源文件全部被组织到工程之中，文件的编辑和工程的构筑也在这个环境中完成，错误显示在状态窗口中，并且当你点击编译错误时，光标自动跳转到错误的那一行；

（3）该工程管理器还能直接产生 INTEL HEX格式文件的烧写文件（该格式的文件可被大多数编程器所支持，可以直接下载到芯片中使用）和符合 AVRStudio的调试文件(COFF格式)。

（4）支持8kb以上的程序编辑能力，支持长文件名。

3.2 软件程序设计流程图如图6所示。

3.3 系统控制部分程序如下：

#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) //定时T1初始化，风调速用

{ TCCR1B = 0x00; TCNT1H = 0x00;TCNT1L = 0x00; OCR1AH = 0x01; OCR1AL= 0xFF; OCR1BH = 0x01;OCR1BL = 0xFF; ICR1H = 0xFF;ICR1L = 0xFF;TCCR1A =0xA3; TCCR1B = 0xA3;//启动定时器}

void Wine_speed_Ctr(void) //风速调节程序

{ 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; } }

图6 系统程序流程图

4.结束语

本装置采用ATmega16单片机作为控制核心，结合502胶熏单元、碘熏单元、雾化加湿单元、冷/热风控制单元等组成痕迹显现装置电路控制系统。注重实用性和简便性，不需要复杂昂贵设备即可完成痕迹提取操作，以自动化运行减少人工干预为目标，确保现场痕迹的显现成功率和显现质量。使该成果适用于实战一线，提高推广应用价值。