基于單片機的門磁報警電路系統設計

高 敏

江蘇商貿職業學院 江蘇南通 226011

基于單片機的門磁報警電路系統設計

高 敏

江蘇商貿職業學院 江蘇南通 226011

安防系統對于保障人們的財產安全具有十分重要的作用，門磁報警系統是安防系統中的一項重要技術，對于人們財產的安全防護起到了重要的作用。電子技術的迅速發展極大的推動了門磁報警系統的進步，對基于單片機的門磁報警系統的電路系統采用兩種方案進行了設計，并對兩種方案進行了對比分析，仿真結果表明，兩種方案都能夠滿足在實際中的應用。

單片機；門磁報警系統；繼電器；與非門

一、引言

居家安防設備對于保護居民的財產安全與維護社會穩定具有十分重要的作用。隨著人們物質生活水平的提高，人們越來越重視住所以及單位和公司重要的資料室的保護，門磁報警器是一種新型的嵌入式報警系統。傳統的門磁電路里面沒有智能控制核心，電子技術的迅速發展為開發嵌入式的智能門磁報警系統提供了可能，將單片機嵌入到門磁報警系統中，對于傳統的門磁報警系統是一個較大的提升和改進，能夠顯著的提升系統的響應速度。通過單片機對自身兩個I/O引腳狀態的掃描，在出現入侵的時候會觸發門電路報警系統，能夠實現對電路的智能控制。并且該門磁報警系統的門電路的設計非常簡單，利用三極管作為門磁電路內部的放大電路部分，在設計的過程中利用仿真軟件進行了仿真實驗，對于以繼電器為核心的門磁警報電路和以門電路為核心的警報電路進行了對比仿真，對于二者的優缺點進行了分析，以繼電器為核心的警報系統由于存在電磁轉換，相對于以數字門電路為核心的警報系統來講存在著較為明顯的延時，這是這種延時時間在毫秒級別不會對警報系統的實際使用產生較大的影響。而基于單片機和門磁報警電路以數字門電路代替了其中的繼電設備，能夠在一定程度上提高系統的響應速度，并且能夠以此為基礎進行深入智能化的設計和開發，且門電路與單片機造價低廉是未來門磁報警電路的一個發展方向。

二、門磁結構及觸發原理

（一）門磁結構及功能

門磁是由磁鐵和常開型的干簧管組成。在使用的時候一般會將磁鐵安裝在門扇上，將干簧管安裝在對面的門框上。在門處于閉合狀態的時候，干簧管內部的接觸點會與磁鐵吸合， 在這個時候開關就處于導通的狀態。如果門處于開啟狀態的時候， 兩者之間沒有任何實際的接觸，這個時候開關就處于斷開的狀態。

（二）報警系統的觸發

門磁報警系統的工作原理如下：采用單片機的串口實現通信，將單片機P1口的兩根串口線分別于繼電開關所引出的兩條線相連，即將MC先和YSQ線與STM32單片機的兩個串口A1和A2相連， 通過對STM32內部寄存器的設置將A1口設置為推挽輸出的方式、將A2口設置為上拉輸入的模式，然后通過對寄存器進行操作或者是調用相應的庫函數將A2進行復位。一般情況下門磁的兩個部門是連接在一起的，MC為地線。當A1為低電平的時候，也就是門磁兩部分分開的時候會觸發警報，之后A1會回到高電平，根據該情境，通過對STM32內部寄存器的操作控制A2輸出高電平，然后YSQ就會變為高電平，就會觸發報警系統報警。

三、門磁報警電路系統設計

報警系統是門磁報警系統的核心組成部分。該部分所選擇的設計方案會直接影響門磁報警系統的性能。本設計采用Stimuli仿真軟件對基于繼電器與基于數字門電路的門磁報警電路進行了系統設計。

（一）基于繼電器的報警系統的搭建

如圖2所示，對于基于繼電器的門磁報警電路，觸發報警的信號通過電平轉換接到STM32單片機的IO口上，STM32單片機IO口的低電平為0V高電平為3.3V。可以采用XFG1方波發生器來模擬單片機IO口的觸發信號，該方波發生器可以產生較為標準的CMOS電平信號，將其占空比設置為50%，頻率設置為10hz；三極選擇采用3904封裝的NPN型晶體管，其中基極與發射極之間的門檻電壓為0.5V；其中U1為紅色發光二極管，其導通壓降為1.8v，導通電流為5-8mA，假設二極管的導通壓降為1.85V，導通電流為5mA。那么可以依據此計算出限流電阻R2的阻值為1.63千歐。

為了有效的控制電路的電路讓其大于導通電流可以適當的減小電阻R2的阻值 。其中D1為二極管；此外還有EDR繼電器，如果K兩端存在壓差的時候門磁就會產生吸引力而使得門閉合；其中蜂鳴器的額定的工作電壓為5V，電壓頻率為500HZ；系統所采用的電源電壓VDD為10V；XSC1和XSC2為示波器的接入端，體現的是線路3和線路5上的實時電平。

在本核心報警電路中的信號方法裝置采用了三個的NPN型的三極管，當加在基極與發射極之間的電壓大于門檻電壓也就是發射結正偏集電結反偏的時候，發射極與集電極之間會導通形成通路，在這個時候線路2上會出現低電平，二極管D1可以防止出現逆向的導通，然后繼電器會充電，之后會導致K2閉合，那么線路5上則會出現高電平，這個時候蜂鳴器就會導通報警；如果輸入的信號為低電平，那么整個電路就會處于靜止狀態，蜂鳴器不會發出警報。

（二）基于與非門的報警系統的搭建

基于數字門電路的警報系統和基于繼電器的警報系統二者之間的結構基本一致，二者所存在的最為主要的區別就是將基于繼電器的警報系統中的繼電器環節換成了與非門，該與非門電平屬于TTL電平，其高電平為5V低電平為0V與CMOS電平存在一定的差別。采用10V電源電壓來進行供電，只要有一端輸入為低電平那么經過與非門就會輸出高電平，就會使得整個報警系統能夠正常的工作。其工作原理圖如圖3所示。

四、實驗分析

本文對于上述兩種不同的報警系統進行了仿真分析，對于兩種電路各支路不同的狀態進行了分析，對于電路在短時間內的運行的狀態進行了仿真，對于兩種報警電路瞬時的波形狀態進行了分析。通過分析來對兩種電路在上升沿狀態下各自的電路狀態，主要觀察三極管處的電壓與蜂鳴器處的電壓是否一致，如果存在延時那么對于系統響應的影響狀況。

（一）基于繼電器的報警系統的分析

在基于與非門的報警系統蜂鳴器響之后，發光二極管就會發出紅光，在繼電器閉合之后XSC1和XSC2就會顯示出電壓的波形。從模擬的結果來看，兩條線路上的高電平和低電平能夠基本保持一致，當輸入信號為高電平的時候能夠完成正常的報警功能。在此次試驗的過程中選擇了在200ms的時候輸入信號為上升沿電平，對于1ms時間間隔來對信號進行觀測， 可以觀測到所選取的信號節點的電平基本上都是一致的，只有部門的電平信號存在延遲，這說明系統在輸入高電平之后，除了在繼電器節點處信號有稍微的延遲之外，其他節點的電壓信號幾乎是同時響應。整個報警系統的時間延時也非常低低在毫秒級別。

（二）基于與非門的報警系統的分析

基于與非門的報警系統和基于繼電器的報警系統原理類似，在蜂鳴器發聲之后發光二極管會發亮，這個時候XSC1和XSC2就會發出就會顯示出電壓信號的波形。電源電壓經過電平轉換電路會轉換到TTL電平。從仿真的結果來看，不同線路的高低電平始終保持一致， 當輸入信號為高電平的時候蜂鳴器會立馬發生報警，中間幾乎沒有任何延時。

當輸入時間節點選擇為200ms的時候輸入上升沿電平，對于信號進行了相隔時間為1ms的觀測，在觀測的過程中發現各個節點的電壓信號的高低電平始終保持一致，說明在系統輸入高電平之后蜂鳴器能夠及時的響應，其響應的速度要高于基于繼電器的門磁報警系統。

五、結語

對門磁報警系統分別采用繼電器與與非門兩種方案進行了設計，二者存在的唯一差別就是繼電器與與非門兩個環節，并對兩種電路通過設置位置節點來對線路上電平的一致性與延時性進行了仿真，結果發現基于繼電器的門磁報警系統與基于與非門的門磁報警系統各個線路的節點電平基本都能夠保持一致，除了繼電器環節電平信號存在稍微的延時。另外基于與非門的門磁報警系統的響應速度要高于基于繼電器的門磁報警系統的響應速度。

[1]狄巨星,趙建光,司亞超,賈濱,范晶晶.嵌入式無線安防監控系統電源研究[J].電源技術,2012(07).

[2]杜林,李欣,雷靜,吳彬. 電力電纜分布式測溫系統取能電源研究[J].儀器儀表學報,2012(02).