基于光電傳感器的報警系統設計

2013-07-30 04:06:50趙凌

電子測試 2013年9期

趙凌

（鐵道警察學院治安系，鄭州 450053）

0 引言

隨著科技的發展，一些不法份子的盜竊技術越來越“先進”。目前，社會市場上的報警系統多數是接觸式的，通常采用振動式、開關式報警器等，這類報警器性能穩定、實用性強，但是也存在應用范圍窄的缺點，難以滿足特殊需求。光電傳感器防盜報警裝置，能夠通過光電傳感器監測光亮變化瞬間完成光信號向電信號的轉換，從而觸發報警裝置報警。在安防方面，它是確保財產安全的重要技術手段，光電式防盜報警器在汽車、貴重物品安保、家庭安保系統中有著廣泛應用空間。

1 系統框架

1.1 聲光報警，蜂鳴器＋LED RED 工作原理與應用

蜂鳴器是一種一體化的電子訊響器，采用直流電源供電，其分為電磁式和壓電式蜂鳴器，裝置采用的電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼組成。接通電源后，振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發聲。在整個電路中，由單片機PWM 端輸出一定頻率的方波驅動。因其體積小，重量輕、價格低、結構牢靠，也廣泛運用于各種發聲的電器設備、電子制作和單片機等電路中[1]。

LED 發光二極管，是一種能發光的半導體元件，可以將電能轉化成光能，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯片的保護作用，其抗震性能好，廣泛運用于各種電路中起指示作用。

1.2 光電傳感器E3－DS30C4的結構、原理與應用

光電開關是光電傳感器的重要應用之一，是光電接近開關的簡稱，由發射器、接收器、檢測電路三部分組成。它是利用被檢測的物體對其發射的光束的遮擋或反射。被檢測物體不限于金屬，一切能反射光線的物體均可以被檢測，光電傳感器講輸入電流在發射端上轉換成光信號射出，而接收端根據接受光線的變化或有無目標進行探測[2]。光電傳感器由檢測方式分為反射式、對射式和鏡面反射式三種類型，而該裝置采用的是漫反射型，主要是能夠處理光的強度變化，在傳播媒介中間使束發生變化，利用光束來反射物體，使光束發射經過長距離后瞬間返回。發射器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于發光二極管或激光二極管，接收器有光電二級管組成，在接收器前面裝有光學元件如透鏡和光圈。其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和利用該信號。該光電傳感器檢測的有效距離為10～30cm，被廣泛運用于計數、安全保護、自動報警和限位控制等方面。

1.3 晶振電路及單片機AT89C51[3]原理與功能

單片機系統里都含有晶振電路，在單片機系統中晶振電路作用重要，全體稱作晶體振蕩器，它結合單片機內部電路產生單片機所需要的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，單片機運行速度越快，單片機所執行的一切指令都是建立在單片機晶振提供的始終頻率。單片機晶振的作用即為系統提供時鐘信號。

AT89C51是一種帶4K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次[4]。

電路設計的過程中用到的單片機引腳及功能如表1所示。

（四）電源

電路所需外接電源為+5V，在實際電路設計和測試過程中采用3～4節5號電池供電即可。

圖1 系統框架

2 系統設計方案

由圖2可知，光電傳感器的發射端不間斷的發射光束，遇到目標后反射，由于目標的遮擋引起光通量的變化，接收端將接收到變化的光通量信號轉變為電信號，并傳至信號處理電路，濾出有效和可用信號后觸發聲光報警電路報警。

3 電路仿真設計及原理

3.1 系統仿真電路

該報警電路主要有光電傳感器（未連接）、報警電路、單片機最小系統組成，并通過了Protues 軟件仿真。電路中電容C1、C2、C3、C4均采用貼片電容，電容值分別為10μF、10μF、30μF、30μF；晶振采用11.0592MHz或12MHz 均可；D1為紅色發光二極管，BUZ1為普通8Ω、0.5w 蜂鳴器，兩者構成報警系統的信號源；D2為黃色發光二極管，用來指示電源上掉電；單片機選用AT89C51單片機，P1.3端用來連接光電傳感器，遇到障礙物時P1.3端為低電平；開關選用自鎖式小按鍵開關。

3.2 系統工作原理

光電傳感器向線性防區發出波長為600nm的紅外光信號，當人或物通過該監控區域10～30cm時，光電傳感器接收被反射的光信號，此信號經信號處理電路，單片機發出的低電平信號觸發蜂鳴器發出“滴”警報聲，由于觸發頻率較高，人們聽到的聲音是連續的，同時紅色發光二極管D1發光，從而達到報警目的[5-7]。

4 操作步驟與結果

4.1 操作步驟

4.1.1 按下開關，接通電源，電源指示燈黃色發光二極管亮，系統進入布放狀態，形成10～30cm的線性防范區域；

4.1.2 當目標入侵者進入防范區域，由蜂鳴器和發光二極管構成的聲光報警電路將及時持續發出警報聲光信號。

4.1.3 當目標入侵者離開防范區域，聲光報警電路停止工作；

4.1.4 再次按下電源開關，系統處于撤防狀態。

4.2 實踐結論

光電傳感器在發出紅外光信號之后，隨著遇到障礙物的靠近，光電傳感器將持續輸出低電平信號，單片機接收到該低電平信號后將觸發蜂鳴器發生，同時紅色發光二極管點亮。

程序設計、調試完畢、完成電子元器件的焊接之后，用手來模擬不斷靠近光電傳感器的障礙物，經測量光電傳感器的有效探測范圍為3～30cm 內的線性防范區域，監測效果非常靈敏，幾乎可以做到實時報警。圖4為報警裝置在上電前后的工作狀態對比圖，上電后，黃色發光二極管點亮，當障礙物到達光電傳感器的有效防范區域時，紅色發光二極管點亮，同時蜂鳴器發出持續的“嘀”警報聲，實驗效果如圖4所示。