基于單片機的家居防盜報警器設計

周 亦 屈長青

（1.湖南師范大學 數學與計算機學院，湖南 長沙410081；2.湖南科技學院，湖南 永州 425100）

基于單片機的家居防盜報警器設計

周 亦1屈長青2

（1.湖南師范大學 數學與計算機學院，湖南 長沙410081；2.湖南科技學院，湖南 永州 425100）

該設計利用國產單片機STC89C52為控制器，被動式熱釋電紅外傳感器作為人體探測器，制作了一款家居防盜報警器。該報警器可接八個有線防區，具有自動撤防和設防功能。經樣品制作和測試，證明設計方案正確可行。

防盜報警器；單片機；紅外傳感器

1 前言

隨著社會的發展，人民的生活水平越來越高，家庭中的貴重物品也越來越多，另一方面，流動人口的增加，使得社會的治安環境愈發復雜。入室盜竊案件的頻繁發生，給人民的生命財產案件造成嚴重威脅。因此人們對家居防盜產品的需求越發凸顯。單片機是一種價格便宜，性能穩定的嵌入式處理器，應用廣泛，技術成熟。被動式熱釋電紅外傳感器可以有效的檢測到防區內的人體移動，非常適合應用在家居防盜產品中。本設計，結合單片機和紅外傳感技術，設計了一個可以監測八個防區的家居防盜報警器。

2 系統總體設計及性能

本系統可以外接八路紅外傳感器，分別安裝在八個不同防區，如，陽臺、客廳、書房等，任何一個傳感器探測到人體移動，都會觸發報警；所有傳感器集中由系統供電，傳感器與主機的最遠設計距離為50米；系統聲光報警器可以發出閃爍的紅光和 108分貝以上報警音。人機交互界面由 6個按鍵和一個128×64 LCD完成，操作簡單易用。

此報警器具有撤防，設防，設置和報警四個工作模式。具有定時設防和撤防功能。撤防模式下，系統不會檢測防區，即使有人也不會報警，此模式適合家中有人時使用，設防模式下，則有人進入就會立刻報警，適合在夜間或外出旅游等時候使用。撤防和解除報警都需要輸入密碼，且密碼可以由用戶自由設置。此外，系統自帶實時時鐘，用戶可以根據日常成活規律，使系統定時自動設防和撤防。如晚上11點30設防，早上5點撤防。

3 硬件設計

硬件系統總體設計如圖1所示：包括紅外傳感器模塊，主機和聲光報警器。

被動式熱釋電紅外傳感器（簡稱紅外傳感器）是一種能夠偵測人體發射的10um左右紅外線能量的傳感器。傳感器模塊把紅外傳感器，放大電路和信號處理電路集成在一個32mm×24mm的PCB上，具有使用方便，應用簡單可靠的特點。其工作電壓為4.5V~20V，正常工作時，數據線輸出高電平，檢測到人體移動后數據線輸出低電平。數據線輸出為LVTTL電平，即輸出高電平值為3.3V, 低電平為0V。而設計中單片機使用5V供電，只能識別TTL電平，因此，設計中使用光電耦合器件進行電平轉換，電路如圖2所示。紅外傳感數據信號經過光耦轉換后接入到單片機的P1口，正常情況下，P1口各引腳為低電平，當某個通道檢測到人體移動時，輸出低電平，光耦截止，P1口對應引腳收到高電平。單片機通過輪詢P1口各引腳電平就可以判斷紅外傳感器的狀態，從而判定防區內是否有人。

圖1 系統連接圖

圖2 電平轉換圖

聲光報警器為5V工作的108分貝的紅光閃爍報警器，只要提供5V電源時則發出108分貝警號音，同時發射閃爍紅光。由于其工作電流為300mA，單片機IO口無法直接驅動。本設計中使用繼電器直接給聲光報警器供電。單片機的P3.1腳經三極管開關電路控制繼電器的開合。電路如圖 3所示。

圖3 聲光報警器驅動電路

主機是整個設計的核心，主要由STC89C52單片機最小系統和其他外圍電路組成。STC89C52是一個完全國產的單片機，內部資源豐富，片上集成 EEPROM。本設計中，使用EEPROM來存儲用戶密碼。相對外接EEPORM芯片，節省了IO口的占用，也簡化了軟件設計的復雜度，節省了程序存儲器空間。系統中，單片機的系統時鐘為 12MHz，可以通過串口直接進行在系統編程。按鍵和LCD構成人機交互電路，用戶通過按鍵對報警系統進行操作，一共有向上，向下，確定，設置，設防，撤防6個鍵。128×64LCD可以顯示4行字符，且帶漢字字庫，設計中用來顯示系統工作狀態，以及時間和日期，設置狀態下，顯示設置信息。選用DS1302實時時鐘芯片外接紐扣電池和32.768kHz晶振，用來為系統提供準確的時鐘記錄，為進行自動設防和撤防時提供準備時間依據，該芯片通過三線串行總線進行數據訪問，只需SCL、SCK和復位信號，不過需要按照DS1302的時序要求，軟件模擬實現串行通信接口。由于篇幅有限，具體電路省略。

4 軟件設計

本設計中系統主要工作在撤防，設置，設防，和報警四個模式下，因此軟件設計上通過狀態機實現各個狀態之間的跳轉，狀態轉移如圖4所示。系統上電后，進入撤防模式，此模式下，系統不檢測紅外傳感器的狀態，即使有人體在防區內活動也不會發出聲光報警信號。按設置鍵后，輸入正確的密碼，則進入設置模式，可以對密碼進行重新設置，重新設置系統日期和時間，開啟自動設防/撤防并設置時間，或者關閉自動設防/撤防。設置完成后，按設置鍵，返回撤防模式。按下設置鍵或者自動設防時間到，則系統延時5分鐘后，進入設防模式，延時5分鐘的作用是留出時間給用戶離開防區，避免誤報。設防模式下，系統定時輪詢八個紅外傳感器的狀態，一旦檢測到P1口任何一個引腳為高時，表示對應防區有異常人員入侵，系統進入報警模式，啟動聲光報警器發出聲光報警信號，引起用戶和周圍人員警惕，迫使犯罪分子逃離現場，起到防盜的作用。進入報警模式后，只有按撤防鍵，并輸入正確的密碼才能解除警報，否則，一直發出聲光報警信號，這樣可以有效的避免漏報。設防模式下還可以通過撤防鍵或在自動撤防時間到時，返回撤防模式。

圖4 狀態轉移圖

友好的人機交互方式，是一個系統的重要功能，本設計中，用戶的操作主要在于對報警器的設置，本設計中一共有4個參數需要設置，在LCD顯示的提示下，用戶無需閱讀說明書即可完成操作，方便易用。設置模式下，軟件及操作流程如圖5所示。撤防模式下按設置鍵，然后輸入正確的密碼后，進入設置模式，LCD顯示設置菜單。其中，系統時間設置，用來修改系統的工作時間，設置成用戶所在地的時間后，單片機把設置數據寫入DS1302，此后系統運行中，LCD顯示正確的時間，可作為電子時鐘使用；通道設置，可以設置八個通道中的任意通道為關閉或開啟，只有開啟的通道才會被系統掃描；自動設防設置，用來開啟或者關閉自動設防功能，如果開啟，還需要設置自動設防和自動撤防的時間，自動設防模式，可以讓防盜報警系統自動按照用戶的生活習慣工作，實現智能化防盜；系統密碼用來重設密碼，本設計在初次使用時，預設一個4位初始密碼，用戶在正常使用中，需要修改成自己的密碼。在所有的菜單下，使用向上向下鍵，增加或減小數值，使用確認鍵，保存設置，并移動光標。再次按下設置鍵，則退出設置模式，進入撤防模式。

圖5 設置模式下軟件流程圖

5 樣品設計測試結果

本設計，經過繪制電路圖和PCB板并在實驗室環境下完成了硬件制作。經軟件編寫及聯合調試，最終完成了樣品的制作。樣品如圖6所示，對樣品進行各項功能測試，證明樣品達到預期設計目標。能夠用于家居防盜，具有較強的應用價值，且硬件整體成本低，有一定的市場推廣價值。

圖6 樣品圖

[1]俞志根.熱釋電傳感器在防盜報警中的應用.傳感器世界[J].2007,(3).

[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社,2009.

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[4]房漢雄，王艷春.基于51系列單片機的被動式熱釋電型紅外防盜報警器的設計[J].齊齊哈爾大學學報:2008,1(1):41～43.

[5]周波,榮楊,高瀾波,等.新型防盜報警器之設計[J].四川理工學院學報:自然科學版, 2009,2,(1):80～82.

TN913.7

A

1673-2219（2011）12-0081-03

2011－10－11

周亦（1990－），湖南師范大學數學與計算機學院08級軟件工程；屈長青（1962－），湖南科技學院計算機與通信工程系副教授。

(責任編校：何俊華)