壓力傳感器延時(shí)報(bào)警系統(tǒng)的研究*

白 凈

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣電子工程學(xué)院，遼寧 大連 116000）

0 引言

防盜報(bào)警系統(tǒng)是采用物理方法或電子技術(shù)，通過各類傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在有侵入行為時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)的裝置，可廣泛用于家庭住宅、工廠、商場(chǎng)及金融系統(tǒng)等［1－2］。目前的防盜報(bào)警裝置主要有紅外線報(bào)警裝置、電子開關(guān)式報(bào)警器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

紅外線報(bào)警裝置隱蔽性較好，價(jià)格較低廉，但是存在著故障率高、誤報(bào)率高、成本高、易破解的缺陷［3］。電子開關(guān)報(bào)警器存在有效范圍小、質(zhì)量差等缺點(diǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)［4］的品種復(fù)雜，功能也從單一到復(fù)雜不等，簡(jiǎn)單裝置利用一個(gè)攝像頭通過視頻監(jiān)控就可完成，不能達(dá)到報(bào)警及報(bào)警處理的目的；復(fù)雜的系統(tǒng)可通過傳感器監(jiān)測(cè)事故、報(bào)警、拍照或者錄像，但是使用時(shí)受網(wǎng)絡(luò)限制，且如果用作家用，存在網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)成本高、視頻信息易泄露的問題。目前還有一種不易被察覺的壓力式觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)［5］，可放置在墊子或者地板上，但是當(dāng)主機(jī)停止工作時(shí)，存在誤報(bào)的缺陷。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，設(shè)計(jì)一種低成本、不易破解的防盜裝置是非常必要的。

1 壓力傳感器報(bào)警裝置的研究

本文旨在開發(fā)一種壓力傳感器智能延時(shí)報(bào)警系統(tǒng)，其中將壓力傳感器置于盜賊易入侵處，當(dāng)探測(cè)到壓力信號(hào)后，如果是主人可以通過控制開關(guān)在計(jì)時(shí)內(nèi)預(yù)先解除報(bào)警，防止誤報(bào)；如果是竊賊則啟動(dòng)延時(shí)報(bào)警裝置，在計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)便發(fā)出刺耳的聲覺報(bào)警，以便有效地保護(hù)家宅安全。

本裝置的研究思路如下：首先，根據(jù)壓力傳感器報(bào)警裝置的原理，確定優(yōu)化出本報(bào)警裝置的基本工作流程；其次，根據(jù)本裝置的實(shí)際工作流程設(shè)計(jì)電路原理圖；最后，完成電路中各個(gè)模塊的電壓、電流參數(shù)計(jì)算及可行性分析。

本裝置由獨(dú)立電源模塊、壓力傳感器模塊、計(jì)時(shí)開關(guān)、計(jì)時(shí)模塊、電阻、揚(yáng)聲器、報(bào)警開關(guān)及晶閘管構(gòu)成。壓力傳感器模塊可完成壓力信號(hào)的探測(cè)，并向計(jì)時(shí)模塊發(fā)出控制信號(hào)。計(jì)時(shí)開關(guān)與計(jì)時(shí)模塊相連，可解除計(jì)時(shí)模塊的計(jì)時(shí)功能。計(jì)時(shí)模塊與晶閘管的觸發(fā)端相連，當(dāng)計(jì)時(shí)功能完成后，可向晶閘管的控制端發(fā)出控制信號(hào)。晶閘管與揚(yáng)聲器相連，當(dāng)晶閘管受到觸發(fā)后，可完成聲覺報(bào)警功能。報(bào)警開關(guān)與揚(yáng)聲器相連，可解除揚(yáng)聲器的報(bào)警功能。本裝置的工作流程如下：壓力傳感器隱形放置于盜賊易入侵的位置，比如門口、窗戶、陽臺(tái)等處，當(dāng)有盜賊入侵時(shí)，會(huì)觸發(fā)壓力傳感器，壓力傳感器觸動(dòng)計(jì)時(shí)模塊開始計(jì)時(shí)；計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束，觸發(fā)報(bào)警；如果是誤報(bào)警，可以在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)解除警報(bào)；在計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束觸發(fā)報(bào)警后，也可人為解除報(bào)警裝置。

根據(jù)上述裝置的工作流程設(shè)計(jì)本裝置的電路圖，如圖1所示。本裝置是基于壓力探測(cè)下的防盜報(bào)警系統(tǒng)，各裝置通過整體配合實(shí)現(xiàn)盜賊入侵時(shí)的及時(shí)報(bào)警的目的。本裝置的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①該裝置便于操作及使用；②報(bào)警裝置完善，所述的壓力傳感器不易被盜賊識(shí)別，且可將壓力傳感器擺放于盜賊常易入侵的位置；③為防止他人解除報(bào)警，房屋主人可將計(jì)時(shí)開關(guān)及報(bào)警解除開關(guān)擺放于私密處，防止盜賊解除警報(bào)；④本裝置還具有電路簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)。

圖1 壓力傳感器報(bào)警裝置電路圖

獨(dú)立電源3為壓力傳感器報(bào)警保護(hù)系統(tǒng)供電，各組成部分的特征及相互關(guān)系如下：壓力傳感器模塊1與計(jì)時(shí)模塊4相串聯(lián)，當(dāng)壓力傳感器模塊1感應(yīng)到壓力信號(hào)時(shí)向計(jì)時(shí)模塊4發(fā)出控制信號(hào)；計(jì)時(shí)開關(guān)2與計(jì)時(shí)模塊4相串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)模塊計(jì)時(shí)功能的解除；計(jì)時(shí)模塊4與晶閘管7的控制端相串聯(lián)，當(dāng)計(jì)時(shí)功能完成后，向晶閘管7的控制端發(fā)出控制信號(hào)；晶閘管7與揚(yáng)聲器8相串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)晶閘管觸發(fā)后的報(bào)警功能；揚(yáng)聲器8與揚(yáng)聲器開關(guān)6相串聯(lián)，能實(shí)現(xiàn)揚(yáng)聲器報(bào)警后的解除功能；電阻5與晶閘管7的控制端及陰極相并聯(lián)，防止晶閘管的控制端及陰極之間被短路。

2 參數(shù)與元器件選擇

根據(jù)圖1所示的電路圖，將壓力傳感器報(bào)警裝置分成獨(dú)立電源模塊、壓力傳感器模塊、計(jì)時(shí)模塊和揚(yáng)聲器模塊，具體的元器件參數(shù)如表1所示。

表1 壓力傳感器報(bào)警裝置元器件參數(shù)選擇

各模塊的功能如下：

（1）獨(dú)立電源模塊可完成整個(gè)裝置的供電，其電壓要求為直流4.5V～5.5V，可通過變壓器外通直流電加以整流濾波裝置完成，也可從USB接口完成電壓的轉(zhuǎn)換。

（2）壓力傳感器模塊可完成壓力信號(hào)的探測(cè)，并將探測(cè)信號(hào)作為整個(gè)裝置的觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。壓力探測(cè)器模塊的核心是壓力傳感器，可根據(jù)具體場(chǎng)合選擇表壓傳感器、差壓傳感器和絕壓傳感器。此外，該模塊還需要電壓轉(zhuǎn)換模塊，能按照一定的規(guī)律將探測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適的輸出電壓條件與計(jì)時(shí)模塊連接。

（3）計(jì)時(shí)模塊。計(jì)時(shí)模塊的主要功能是當(dāng)探測(cè)到壓力信號(hào)后開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)端，實(shí)現(xiàn)報(bào)警；在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)可解除預(yù)報(bào)警。該功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠單片機(jī)最小系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件部分需焊接晶振電路和復(fù)位電路；軟件部分需完成計(jì)時(shí)、復(fù)位、壓力信號(hào)探測(cè)以及報(bào)警信號(hào)的編譯。用C語言、匯編語言將固定的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)內(nèi)部，由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)時(shí)器完成計(jì)時(shí)功能。當(dāng)計(jì)時(shí)功能完成后，向晶閘管的控制端發(fā)出控制信號(hào)，單片機(jī)也可通過復(fù)位鍵在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)解除報(bào)警信號(hào)。

（4）揚(yáng)聲器模塊。該模塊中揚(yáng)聲器與晶閘管串聯(lián)，晶閘管在接收到單片機(jī)發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)后，即可觸發(fā)揚(yáng)聲器報(bào)警。揚(yáng)聲器模塊的功能即報(bào)警功能，但揚(yáng)聲器的工作電流較大，需要三極管將晶閘管的觸發(fā)信號(hào)放大。

3 結(jié)語

本裝置具有一定的實(shí)用價(jià)值，且具有低成本、不易破解的優(yōu)點(diǎn)，由于采用壓力傳感器作為監(jiān)測(cè)裝置，可將壓力傳感器隱形放置于地板、地毯下面，不易察覺。此外，本裝置可作為課堂的輔助教學(xué)素材，其構(gòu)成的電路可用于《傳感器技術(shù)》、《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》課程中I／O接口的設(shè)置模塊的教學(xué)案例，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。