基于單片機(jī)的無(wú)線防盜報(bào)警器研究與設(shè)計(jì)

王志剛，李偉，賈宇飛

（黃河科技學(xué)院河南鄭州450063）

基于單片機(jī)的無(wú)線防盜報(bào)警器研究與設(shè)計(jì)

王志剛，李偉，賈宇飛

（黃河科技學(xué)院河南鄭州450063）

該報(bào)警器具有誤報(bào)率較低、安裝和配置容易、成本低、能量消耗少、使用非常方便的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)的原理是感應(yīng)震動(dòng)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成超低頻信號(hào)，經(jīng)電路放大、輸出。檢測(cè)器是利用震動(dòng)傳感器SW-18015P，一旦有震動(dòng)便向主機(jī)發(fā)出信號(hào)。而主機(jī)功能是通過(guò)無(wú)線接受信號(hào)，再經(jīng)單片機(jī)處理，然后數(shù)碼管顯示出信號(hào)發(fā)出的具體范圍并同時(shí)控制喇叭發(fā)出警告聲音。可以應(yīng)用于家居防盜、倉(cāng)庫(kù)防盜等多種防盜場(chǎng)合，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和良好的市場(chǎng)前景。

無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)；震動(dòng)傳感器；STC89C51；防盜

隨著現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展，時(shí)代進(jìn)步，生活水平的提高，人們對(duì)自己所處環(huán)境的安全要求也就越來(lái)越高，不得不時(shí)刻留意不速之客的光顧，人們對(duì)家居安全也越來(lái)越重視。許多家庭選擇安裝了報(bào)警器，這有效的保護(hù)了大家的財(cái)產(chǎn)安全，讓居家更放心。在本文中，介紹一種利用震動(dòng)傳感器進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行報(bào)警的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

隨著科技的提高，電子電器飛速發(fā)展，人民生活水平有了很大提高，然而一些不法分子也越來(lái)越多。這點(diǎn)就是因?yàn)椴环ǚ肿涌吹搅舜蟛糠秩朔辣I意識(shí)不夠強(qiáng)所造成的結(jié)果。因此越來(lái)越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題十分擔(dān)憂(yōu)，因此設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉，性能可靠、智能化的報(bào)警系統(tǒng)，必將在私人財(cái)產(chǎn)的防盜領(lǐng)域起到巨大作用。

本設(shè)計(jì)體型小，安裝方便，不易被發(fā)現(xiàn)，安裝在隱蔽地方對(duì)物品房間進(jìn)行保護(hù)，一旦當(dāng)有人不經(jīng)允許進(jìn)入房間或者動(dòng)被保護(hù)的物品時(shí)，報(bào)警器就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，進(jìn)行保護(hù)。經(jīng)研究分析家用無(wú)線防盜器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求在考慮產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體分析設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。最后能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)功能。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1硬件電路設(shè)計(jì)

無(wú)線防盜報(bào)警器主要是由無(wú)線震動(dòng)探測(cè)器（震動(dòng)發(fā)射電路）、無(wú)線接收電路、數(shù)據(jù)解碼電路、中央控制單元、數(shù)字顯示單元、遙控電路、報(bào)警電路和電源電路等部分組成。其框圖如圖1所示。

圖1　多路無(wú)線防盜報(bào)警器的組成框圖Fig.1Multi-channel wireless burglar alarm system composition block diagram

2.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)硬件主要分為三部分，圖2遙控器硬件結(jié)構(gòu)圖；圖3震動(dòng)探測(cè)信號(hào)發(fā)射電路硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4主機(jī)電路硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖2　遙控器硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2Remote control hardware structure diagram

圖3　震動(dòng)探測(cè)信號(hào)發(fā)射電路硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.3Vibration detection signal transmission circuit hardware structure diagram

圖4　主機(jī)電路硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.4Host circuit hardware structure diagram

2.3各結(jié)構(gòu)圖的工作方式

遙控器的基本組成就是編碼模塊與要把編碼發(fā)射出去的發(fā)射模塊。它的功能就是對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防或撤防，此功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)際上就是發(fā)射兩組編碼，一組是布防的編碼，另一組是撤防的編碼。

震動(dòng)探測(cè)信號(hào)發(fā)射電路的基本組成是震動(dòng)探測(cè)器、電壓比較器、編碼模塊、發(fā)射模塊。工作方式是通過(guò)震動(dòng)傳感器器把電壓信號(hào)傳給LM393電壓比較芯片，判斷震動(dòng)強(qiáng)度，如果達(dá)到強(qiáng)度就通過(guò)發(fā)射電路把代表有異常的編碼發(fā)送出去。震動(dòng)的靈敏度可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)。

主機(jī)電路是由接收模塊、解碼模塊、處理模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊組成。工作方式是通過(guò)接收模塊接收到信號(hào)，再由解碼電路解碼并把已解碼信號(hào)通過(guò)處理器處理，處理器再判斷接收的是否為遙控器的信號(hào)還是探測(cè)器的異常信號(hào)，再分別處理，若是異常信號(hào)則開(kāi)啟報(bào)警電路與顯示電路，若是遙控器的信號(hào)就是實(shí)現(xiàn)撤防或布防的功能［1］。

3　無(wú)線防盜報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)

3.1電源設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電壓為4.5 V左右，直接接3個(gè)1.5 V的直流干電池提供電源，然后用導(dǎo)線連接電源接口模塊。

3.2震動(dòng)發(fā)射電路設(shè)計(jì)

震動(dòng)傳感器采用MEC原裝震動(dòng)開(kāi)關(guān)SW-18015P，靈敏度高，對(duì)環(huán)境震動(dòng)敏感，一般用來(lái)檢測(cè)周?chē)h(huán)境的震動(dòng)強(qiáng)度，屬于高阻態(tài)，當(dāng)有震動(dòng)的時(shí)候可以達(dá)到幾歐姆的電阻，可以利用他的阻性得出電壓信號(hào)，然后利用電壓比較器來(lái)輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)射電路發(fā)射信號(hào)［2］。LM393采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8腳塑料封裝（SOP8），如圖5。

圖5　震動(dòng)模塊電路Fig.5Vibration module circuit

3.3發(fā)射電路設(shè)計(jì)

由于無(wú)線信號(hào)容易受外界環(huán)境影響，因此從系統(tǒng)的可靠性考慮，發(fā)射的控制信號(hào)采用編碼的方式進(jìn)行傳送，而且在同一區(qū)域內(nèi)要同時(shí)使用多個(gè)系統(tǒng)而相互間又不影響，所以無(wú)線信號(hào)的編碼由SC2262集成電路完成，SC2262-IR是2262系列用于紅外遙控的專(zhuān)用芯片，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于遙控發(fā)射電路。編碼芯片SC2262-IR發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，SC2262-IR得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)。SC2262-IR的管腳圖如圖6所示。

SC2262的電源端與發(fā)射模塊的電源端受制于震動(dòng)模塊，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)開(kāi)啟SC2262芯片與發(fā)射模塊的電源，一但SC2262芯片工作則會(huì)把已經(jīng)固定的編碼信號(hào)通過(guò)發(fā)射電路發(fā)送出去［3］。其原理圖如圖6所示。

圖6　編碼與發(fā)射電路圖Fig.6Coding and emission circuit diagram

3.4接收電路設(shè)計(jì)

接收電路的無(wú)線接收與解調(diào)部分采用的是現(xiàn)成的高頻接收模塊，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，而且可靠性較好，接收模塊采用的是超再生接收，具體的解調(diào)過(guò)程為：當(dāng)發(fā)射器發(fā)送1時(shí)，相應(yīng)的發(fā)射高頻電路工作，接收部分就會(huì)相應(yīng)地收到一個(gè)315 M的高頻信號(hào)，使模塊輸出為1，當(dāng)發(fā)射部分發(fā)送的是0時(shí)，發(fā)射高頻部分停止工作，接收部分就輸出為0，這樣就實(shí)現(xiàn)了無(wú)線信號(hào)的傳輸。

經(jīng)高頻接收且解調(diào)出來(lái)的信號(hào)是編碼集成電路SC2262編碼后的串行信號(hào)，必須經(jīng)相應(yīng)的解碼電路解碼才能還原出控制信號(hào)數(shù)據(jù)。SC2272就擔(dān)任了這個(gè)解碼任務(wù)。SC2262和SC2272是一對(duì)專(zhuān)用的編、解碼集成電路，當(dāng)接收部分SC2272的8位地址數(shù)據(jù)與發(fā)射部分的8位地址數(shù)據(jù)相同時(shí)，就會(huì)在SC2272的17腳輸出一個(gè)高電平，表示解碼成功，同時(shí)在4位數(shù)據(jù)位上輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，后續(xù)的輸出控制電路就根據(jù)解碼輸出的數(shù)據(jù)位［4］。電路圖如圖7所示。

圖7　數(shù)據(jù)解碼與接收電路Fig.7Data decoding and receiving circuit

3.5控制、顯示電路設(shè)計(jì)

STC89C51為主要的中央處理系統(tǒng)，單片機(jī)是在集成電路芯片上集成了各種元件的微型計(jì)算機(jī)，當(dāng)在STC89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作，按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)過(guò)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的［5］。最小系統(tǒng)如圖8所示。

顯示電路是由一位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示，單片機(jī)控制數(shù)碼管每段的高低電平，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。

該設(shè)計(jì)有報(bào)警電路，布放狀態(tài)下檢測(cè)到震動(dòng)，蜂鳴器就會(huì)發(fā)聲提示，直到主人按下撤防，才會(huì)停止鳴叫，報(bào)警模塊如圖9所示［6］。

圖8　單片機(jī)最小系統(tǒng)電路Fig.8Single chip microcomputer minimum system circuit

圖9　聲音報(bào)警模塊Fig.9Voice alarm module

4　程序流程圖

整套系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)，布防程序啟動(dòng)，報(bào)警電路啟動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)行報(bào)警。本次報(bào)警結(jié)束，則按下撤防鍵。本系統(tǒng)重新開(kāi)始布防。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行如圖10。

圖10　程序流程圖Fig.10Program flow chart

5　結(jié)論

本設(shè)計(jì)是一套防盜報(bào)警系統(tǒng)，其主要的功能是震動(dòng)探測(cè)器檢測(cè)到異常狀況時(shí)采用無(wú)線的型式把信號(hào)傳遞給主機(jī)，主機(jī)通過(guò)處理將警情信號(hào)傳給報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，實(shí)用性很強(qiáng)。可以應(yīng)用到超市、商店、住宅小區(qū)、倉(cāng)庫(kù)以及個(gè)人家居智能報(bào)警。可以采用干電池供電，在某些地區(qū)無(wú)供電設(shè)施時(shí)，有很大優(yōu)越性。其功耗很低，能夠較長(zhǎng)時(shí)間工作。比以往的報(bào)警器簡(jiǎn)單很多。

［1］戴佳，苗龍，陳斌.5l單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例［M］.北京：中國(guó)電力出版，2002.［2］姜道連.用于AT89C51設(shè)計(jì)報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作［J］.國(guó)外電子元器件，2010（12）：31-34. JIANG Dao-lian.Used in the design and manufacture of AT89C51 design alarm［J］.Journal of Foreign Electronic Components，2010（12）：31-34.

［3］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

［4］陳星.無(wú)線通信集成電路與單片無(wú)線收發(fā)集成電路及無(wú)線數(shù)據(jù)通信IC高級(jí)技術(shù)［M］.北京：北京電子科技出版社，2006.

［5］趙利，鄭英蘭.數(shù)字電子技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

［6］M.Morris Mano.Digital Design［M］Third Edition.Beijing；Higher Education Press，2002.

Research and design based on single chip wireless burglar alarm

WANG Zhi-gang，LI Wei，JIA Yu-fei
（Huanghe S&T College，Zhengzhou 450063，China）

The alarm has a low rate of false positives，easy installation and configuration，low cost，less energy consumption，use very convenient.Induction is the principle of vibration signals，convert them to ultra-low frequency signal，after amplification circuit，output.Detector is the use of vibration sensor SW-18015-p，once has the vibration signal to the host. The host function is through radio signals，then through single chip，then the digital tube display out the specific scope of the signal and at the same time issued a warning sound control horn.Can be applied to household anti-theft，warehouse and wait for a variety of security situation，has the very strong practical value and good market prospects.

call the police；pyroelectric infrared sensor；STC89C52；guard against theft

TN014

A

1674-6236（2015）20-0134-03

2014-12-30稿件編號(hào)：201412309

鄭州市科技廳科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（121PCXTD511）

王志剛（1969—），男，河南鄭州人，碩士，工程師。研究方向：嵌入式應(yīng)用；無(wú)線通信。