基于單片機的壓力傳感器防盜報警裝置的研究

白 凈，董春利

（大連職業技術學院，遼寧大連 116000）

0 引言

防盜報警是指在發生突發情況后，采用聲音、光線或電話等多種報警方式進行報警，是一種重要的防盜設施。防盜報警電路通常由3 部分構成，探測電路；信號傳輸電路和報警電路。其中探測電路主要由傳感器構成，目前的探測手段比較多元化，例如微波、超聲波、聲音控制、壓力控制、紅外探測、視頻監控等；信號傳輸電路是將探測電路的探測信號傳送到報警控制端，分為有線傳輸和無線傳輸兩種模式；報警電路指發生報警的形式，有聲音報警、光報警、電話報警、各種聯網報警方式等。目前現存的紅外報警裝置存在易破解、誤報率高的缺陷；視頻監控報警系統品種復雜，在體積上、功能上、網絡架設和維護成本方面都有其弊端，所以成本低、不易破解的防盜報警裝置更能受到普通消費者的歡迎。

考慮上述因素，設計一種基于單片機控制的、由壓力信號進行探測的防盜報警裝置有其應用價值。將壓力探測器置于盜賊入侵處（入門地墊、窗臺、窗下等），通過壓力探測信號觸發報警信號，報警信號可通過復位功能及時解除。

1 報警裝置的總體設計

1.1 系統設計方案

報警裝置工作流程如下：以壓力信號作為入侵探測信號，由通信模塊將探測信號傳輸至單片機，單片機接收至壓力信號后，啟動15 s 計時，同時將計時信號和壓力探測信號在顯示模塊上進行顯示。在計時功能完成后，實現蜂鳴器報警，報警功能可隨時解除。

通過上述的工作流程將本裝置分為壓力傳感器模塊、顯示模塊、單片機模塊、報警模塊及電源模塊構成。各部分的連接關系如圖1 所示。其中單片機為本裝置的核心，可實現如下功能：

（1）接收壓力探測器的信號，并將壓力的具體數值通過外接顯示模塊顯示。

（2）計時功能。本裝置為防止誤報警，是在探測壓力信號15 s 后再實現報警功能，計時時間將同步至壓力傳感器上。

（3）控制報警功能。計時功能完成后，通過蜂鳴器實現警報；也可自動撥打電話實現報警。

圖1 壓力傳感器報警裝置的模塊的相互關系

通過壓力信號的探測完成計時功能；計時功能結束可采取電話報警、聲音報警、電話報警等3 種報警方式；可隨時通過裝置復位功能解除報警。

1.2 硬件設計

裝置除單片機外分為5 個模塊，分別是壓力傳感器模塊、顯示模塊、報警模塊、單片機最小系統模塊及電源模塊。

單片機最小系統電路有由單片機、電源模塊、復位電路和晶振電路即可完成。考慮到裝置結構、功能等因素，選用51 系列8位單片微形計算機；電源模塊可通過電壓轉換器轉換成5 V 直流源即可，也可由USB 接口提供電源，如圖2 所示，圖中除電源S1 開關外，電阻為1 kΩ 的限流電阻，LED 燈為電源指示燈；復位電路由復位開關K1、10 kΩ 的接地電阻及60 pF 的電容構成；晶振電路的晶振頻率40 MHz 以下均可，本研究選擇Y1 為11.095 2 MHz。

圖2 電源模塊、晶振模塊和復位模塊

壓力傳感器模塊可選擇指壓式壓力傳感器、電阻式應變片薄膜壓力傳感器、稱重傳感器等多種方式，通常需外接轉換模塊后轉換成相應的電壓電流條件與單片機相連。圖3 選擇電阻式應變傳感器模塊及H7X11 電源轉換模塊，轉換模塊可與單片機的輸入輸出接口P2 口（2 位）相連。

顯示模塊由液晶顯示器或LED 數碼顯示器均可，液晶顯示器需要單獨配置+5 V 電源，與單片機的輸出接口P0、P2 共12位相連。單片機經過數據處理后，將探測的壓力數值及計時時間顯示在屏幕上方。

通信模塊可完成壓力傳感器與單片機之間的數據通訊，可通過紅外無線和有線兩種方式進行傳播。報警模塊可選擇聲音報警、光線報警、短信報警和自動撥打電話等多種報警方成。文中裝置以聲音報警為例，聲報模塊由蜂鳴器、三極管、1 kΩ 的電阻即可完成，其中三極管的作用將單片機的輸出信號完成放大，達到蜂鳴器報警所需要的電流條件。

1.3 軟件設計

依據本裝置的硬件原理圖及工作流程圖，軟件編程思路如圖4 所示。軟件設計部分主要由單片機通過程序燒寫文件完成，可選擇軟件Keil、IAR、STC-ISP 等。

圖3 壓力傳感器及其轉換模塊

圖4 程序編程思路

（1）圖中初始化程序包括單片機復位、蜂鳴器不報警、顯示屏顯示內容清零、計時功能暫停等。

（2）I/O 設定端包括液晶顯示屏I/O 設置、蜂鳴器I/O 設置、壓力傳感器I/O 設置。對照原理圖，IO 設定如下：

（3）壓力傳感器編程模塊主要功能為將接收來的壓力傳感器信號轉變為電壓電流信號后，依據電流信號的大小換算成所感受到的壓力，并將壓力信號顯示在顯示屏幕上。

（4）計時模塊主要完成延時15 s 的報警功能，在探測到的壓力信號為“1”時，啟動計時功能；在探測到的壓力信號為“0”時，計時功能不執行。

（5）顯示模塊的功能在探測到壓力信號后，顯示壓力的具體數值；并將計時器所顯示的值進行同步顯示；在程序編譯時需將顯示內容、顯示形式、顯示時間、行列占比等內容進行考慮。

（6）蜂鳴器模塊的功能：在計時功能完成后，蜂鳴器發出警報聲音，否則不執行警報功能。

（7）復位模塊的功能：解除警報，將程序跳至初始模塊，主程序重新執行。

此外，程序中為了計時模塊和外接設備的順利執行，需要引入定時器中斷、串行中斷，為了保證信號接入的準確性，需要引入延時模塊程序，還應考慮單片機的執行溫度，當溫度高于某數值時，本裝置處于不工作狀態。

2 結語

本裝置通過壓力傳感器完成信號探測，可實現報警，所配備延時報警裝置可防止誤報警，報警方式可選擇聲音報警、光報警、電話報警等多種方式。裝置的硬件結構簡單，軟件部分通過為單片機燒寫程序即可完成，整體構造低廉、不易破解，具有一定的實用價值。