無線監控電路的設計

余 庚

（1.福建工程學院國脈信息學院，福建福州350014；2.福州理工學院，福建福州350506）

無線監控電路的設計

余 庚1,2

（1.福建工程學院國脈信息學院，福建福州350014；2.福州理工學院，福建福州350506）

本次設計的電路系統由主控模塊、紅外探測模塊、驅動聲光報警模塊、熱釋電紅外傳感器等部分組成。主控模塊處理器采用PIC系列單片機PIC16F877A，當傳感器在探測區域內收集到移動人員時即輸出高電平并將該電平作為主控模塊的觸發信號，經內部程序編譯后轉換成控制信號輸出進而驅動報警電路，并能根據需要適時中止報警復位。此外，探測到的高電平信號經由主控模塊處理后也可通過GSM電路以短消息形式發送報警信息，進一步豐富了紅外監控告警系統的功能。

PIC16F877A；傳感器；電平；電路；監控

以數字網絡為平臺的智能化社會人們對生活環境的要求也越來越高，開始出現了諸如智能儀表、智能家電、智能小區等具有不同智能程度的設備和工作生活環境。伴隨著數字化進程，智能控制技術的浪潮席已經成為研究的熱點，對于智能小區建設而言，需要滿足下列智能化要求：安保系統自動化；災情煙霧溫度、燃氣煤氣泄漏自動檢測；全天候無線防盜系統計算機化統一管理和控制。基于上述智能化建設所要求的內容，本次圍繞安全防范[1]系統自動化管理提出一種具有住宅防盜報警功能的紅外監控電路的設計。該電路可根據小區類型、產權性質及防護風險等要求通過傳感器、單片機、無線紅外、數據通信等綜合技術為生活環境辦公環境提供智能化監控管理方案。

1 系統方案

無線監控電路系統由無線紅外傳感、時鐘、復位、MCU、GSM等模塊構成，這些模塊構成的監控系統方案如圖1所示。PIC16F877A[2]作為整個無線監控電路的主控單元。當紅外檢測器監測到有入侵者釋放紅外波譜時即刻將其轉換為相應的放大信號經比較后送至門限開關并輸出TTL電平到主控單元。主控單元對該電平判決識別后發出告警信號。驅動電路將告警信號放大并推動GSM模塊向事先設定好的用戶發送報警信息。當高警維持10 s后自動消除或手動解除告警信號，最后復位電路進入復位狀態。

圖1 紅外監控電路系統結構圖

2 系統硬件

2.1 穩壓設計

電源模塊將220 V的市電進行降壓、整流、穩壓濾波后獲得監控系統所需的+5 V穩壓直流電。穩壓電路如圖2所示。基準電壓、采樣比較放大、保護等部分組合構成本次設計的電源穩壓電路[3]。啟動電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流。當輸入電壓V1高于DZ1的穩壓時T1、T2將有電流通過，T3基極電位上升導通伴隨著恒流源T4、T5的啟動。T4的集電極電流通過DZ2以建立起正常工作電壓，直到DZ2和DZ1具有相同的穩壓此時整個電路啟動。T2發射結電壓為零終止了啟動電路與放大電路導通，故T2左邊的噪聲和紋波不影響基準電壓源。D1、D2、T3與R1、R2、DZ2發射結互相補償使VREF不隨溫度變化。DZ2采用恒流源供電，基準電壓不受輸入電壓波動的影響。對于比較放大電路而言，如果IO和IB10減小則IC8增大，直到大于0.6 V時，T9導通分流IC8的變化范圍縮小。常溫狀態下，R3壓降為0.4 V，T14和T13截止不影響整個電路。當芯片溫度升至極限時R3壓降隨DZ2工作電壓升高，T14發射結電壓VBE14下降，T13和T14開始導通。調整管T10基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降進而到達過熱保護的目的。

圖2 穩壓電路圖

2.2 熱釋電紅外設計

熱釋電紅外電路中，VCC電源端通過C1、R2進行穩壓，輸出端也增加了穩壓單元。當測試到有人員走動時即轉換成電信號并送至FET放大，經R1和C2穩壓后輸出高電平再經過NPN轉化為低電平輸出。整個過程的電路設計如圖3所示。

圖3 熱釋電紅外電路圖

2.3 復位電路設計

當時鐘電路啟動時主控模塊在RESET端持續發出2個機器周期高電平即完成復位。若為12 MHz晶振頻率則復位將持續2 us以上。本設計采用的按鍵復位設計如圖4所示。

圖4 復位電路圖

2.4 報警電路設計

監控報警電路由發光模塊和聲音模塊構成。發光模塊由4個發光二極管接上電阻后連上RXD引腳外接VCC。當RXD引腳被置低電平，發光二極管亮起以示報警，其電路如圖5所示。聲音模塊由Speaker和三極管構成，電阻連接到主控單元TXD引腳上。聲音模塊電路設計如圖6所示。

圖5 發光二極管報警電路圖

圖6 聲音報警電路圖

2.5 GSM線路傳輸模塊設計

圖7 GSM傳輸電路圖

3 系統軟件

當主控單元PIC16F877A監測到有熱釋電傳感器發出脈沖時即視為有入侵者進入監視范圍。此脈沖經PIC16F877A處理后驅動告警模塊，告警持續10s后自動終止進入循環監測[4]，監測下一次傳感器發出的觸發脈沖。若利用中斷程序則可在告警期間通過手控按鍵提前清楚告警。整個監控告警的流程如圖8所示。同時給出基于GSM短息監控流程，如圖9所示。

圖8 告警模塊工作流程圖

圖9 GSM告警監視流程圖

4 電路仿真

本次仿真用按鍵來代表感應模塊，按鍵按下即為感應到有人進入，此時蜂鳴器和LED開始發出告警聲響并亮燈顯示。仿真[5]結果如圖10所示。

圖10 紅外監控報警電路仿真圖

5 結語

本次所設計的紅外監控告警電路以PIC16F877A為核心單元外接熱釋電紅外傳感器可實現無線監測人員發出紅外波譜并將其轉換成觸發電平輸出。該電路能有效克服人體輻射波譜以外的可見光紅外線干擾。經仿真測試驗證了該報警電路的可行性。這種被動式紅外探測電路的設計思路可應用于智能小區安防建設以及停車場監控、行車記錄儀等領域。

[1]唐桃波.基于PIC的智能無線安防報警器[J].電子設計應用,2013,5(6):49-51.

[2]胡漢才.單片機原理及接口技術[M].北京:清華大學出版社,2015:83-87.

[3]張金.電子系統設計基礎[M].北京:電子工業出版社，2015:63-69.

[4]宋文緒.傳感器與檢測技術[M].北京:高等教育出版社,2014:76-81.

[5]朱清慧.Proteus教程—電子線路設計與仿真[M].北京:清華大學出版社出版，2013:58-72.

Design of Wireless Monitoring Circuit

YU Geng1,2
(1.Guomai Information College,FuJian University of Technology,FuZhou Fujian,350014；2.Fuzhou Institute of Technology,FuZhou Fujian,350506)

The design of the circuit system consists of main control module,the infrared detection module,driving alarm module, pyroelectric infrared sensors and other components.The main control module uses the PIC series single-chip processor PIC16F877A, which is low level variable output when the sensor to collect mobile personnel in the detection range when is high,and the high level as an external trigger signal by MCU,MCU software processing output control signal to drive the alarm circuit to alarm and timely stop alarm reset according to the need.In addition,the high level signal detected by the single-chip processing can also be through the GSM circuit to send Short Message form alarm information,and further enrich the infrared monitoring the alarm function of the system.

PIC16F877A;sensor;level;circuit;monitoring

TP273

A

〔責任編輯 高彩云〕

1674-0874(2017)04-0028-04

2017-04-17

福建省教育廳科技項目[JAT160623]

余庚(1983-)，男，福建福州人，碩士，講師，研究方向:通信技術。