基于單片機(jī)的家居防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)

周 亦 屈長青

（1.湖南師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙410081；2.湖南科技學(xué)院，湖南 永州 425100）

基于單片機(jī)的家居防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)

周 亦1屈長青2

（1.湖南師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖南 長沙410081；2.湖南科技學(xué)院，湖南 永州 425100）

該設(shè)計(jì)利用國產(chǎn)單片機(jī)STC89C52為控制器，被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器作為人體探測器，制作了一款家居防盜報(bào)警器。該報(bào)警器可接八個(gè)有線防區(qū)，具有自動(dòng)撤防和設(shè)防功能。經(jīng)樣品制作和測試，證明設(shè)計(jì)方案正確可行。

防盜報(bào)警器；單片機(jī)；紅外傳感器

1 前言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民的生活水平越來越高，家庭中的貴重物品也越來越多，另一方面，流動(dòng)人口的增加，使得社會(huì)的治安環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜。入室盜竊案件的頻繁發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)案件造成嚴(yán)重威脅。因此人們對家居防盜產(chǎn)品的需求越發(fā)凸顯。單片機(jī)是一種價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定的嵌入式處理器，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟。被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器可以有效的檢測到防區(qū)內(nèi)的人體移動(dòng)，非常適合應(yīng)用在家居防盜產(chǎn)品中。本設(shè)計(jì)，結(jié)合單片機(jī)和紅外傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以監(jiān)測八個(gè)防區(qū)的家居防盜報(bào)警器。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)及性能

本系統(tǒng)可以外接八路紅外傳感器，分別安裝在八個(gè)不同防區(qū)，如，陽臺(tái)、客廳、書房等，任何一個(gè)傳感器探測到人體移動(dòng)，都會(huì)觸發(fā)報(bào)警；所有傳感器集中由系統(tǒng)供電，傳感器與主機(jī)的最遠(yuǎn)設(shè)計(jì)距離為50米；系統(tǒng)聲光報(bào)警器可以發(fā)出閃爍的紅光和 108分貝以上報(bào)警音。人機(jī)交互界面由 6個(gè)按鍵和一個(gè)128×64 LCD完成，操作簡單易用。

此報(bào)警器具有撤防，設(shè)防，設(shè)置和報(bào)警四個(gè)工作模式。具有定時(shí)設(shè)防和撤防功能。撤防模式下，系統(tǒng)不會(huì)檢測防區(qū)，即使有人也不會(huì)報(bào)警，此模式適合家中有人時(shí)使用，設(shè)防模式下，則有人進(jìn)入就會(huì)立刻報(bào)警，適合在夜間或外出旅游等時(shí)候使用。撤防和解除報(bào)警都需要輸入密碼，且密碼可以由用戶自由設(shè)置。此外，系統(tǒng)自帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用戶可以根據(jù)日常成活規(guī)律，使系統(tǒng)定時(shí)自動(dòng)設(shè)防和撤防。如晚上11點(diǎn)30設(shè)防，早上5點(diǎn)撤防。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示：包括紅外傳感器模塊，主機(jī)和聲光報(bào)警器。

被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器（簡稱紅外傳感器）是一種能夠偵測人體發(fā)射的10um左右紅外線能量的傳感器。傳感器模塊把紅外傳感器，放大電路和信號(hào)處理電路集成在一個(gè)32mm×24mm的PCB上，具有使用方便，應(yīng)用簡單可靠的特點(diǎn)。其工作電壓為4.5V~20V，正常工作時(shí)，數(shù)據(jù)線輸出高電平，檢測到人體移動(dòng)后數(shù)據(jù)線輸出低電平。數(shù)據(jù)線輸出為LVTTL電平，即輸出高電平值為3.3V, 低電平為0V。而設(shè)計(jì)中單片機(jī)使用5V供電，只能識(shí)別TTL電平，因此，設(shè)計(jì)中使用光電耦合器件進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，電路如圖2所示。紅外傳感數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過光耦轉(zhuǎn)換后接入到單片機(jī)的P1口，正常情況下，P1口各引腳為低電平，當(dāng)某個(gè)通道檢測到人體移動(dòng)時(shí)，輸出低電平，光耦截止，P1口對應(yīng)引腳收到高電平。單片機(jī)通過輪詢P1口各引腳電平就可以判斷紅外傳感器的狀態(tài)，從而判定防區(qū)內(nèi)是否有人。

圖1 系統(tǒng)連接圖

圖2 電平轉(zhuǎn)換圖

聲光報(bào)警器為5V工作的108分貝的紅光閃爍報(bào)警器，只要提供5V電源時(shí)則發(fā)出108分貝警號(hào)音，同時(shí)發(fā)射閃爍紅光。由于其工作電流為300mA，單片機(jī)IO口無法直接驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中使用繼電器直接給聲光報(bào)警器供電。單片機(jī)的P3.1腳經(jīng)三極管開關(guān)電路控制繼電器的開合。電路如圖 3所示。

圖3 聲光報(bào)警器驅(qū)動(dòng)電路

主機(jī)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，主要由STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)和其他外圍電路組成。STC89C52是一個(gè)完全國產(chǎn)的單片機(jī)，內(nèi)部資源豐富，片上集成 EEPROM。本設(shè)計(jì)中，使用EEPROM來存儲(chǔ)用戶密碼。相對外接EEPORM芯片，節(jié)省了IO口的占用，也簡化了軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，節(jié)省了程序存儲(chǔ)器空間。系統(tǒng)中，單片機(jī)的系統(tǒng)時(shí)鐘為 12MHz，可以通過串口直接進(jìn)行在系統(tǒng)編程。按鍵和LCD構(gòu)成人機(jī)交互電路，用戶通過按鍵對報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行操作，一共有向上，向下，確定，設(shè)置，設(shè)防，撤防6個(gè)鍵。128×64LCD可以顯示4行字符，且?guī)h字字庫，設(shè)計(jì)中用來顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，以及時(shí)間和日期，設(shè)置狀態(tài)下，顯示設(shè)置信息。選用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片外接紐扣電池和32.768kHz晶振，用來為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘記錄，為進(jìn)行自動(dòng)設(shè)防和撤防時(shí)提供準(zhǔn)備時(shí)間依據(jù)，該芯片通過三線串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，只需SCL、SCK和復(fù)位信號(hào)，不過需要按照DS1302的時(shí)序要求，軟件模擬實(shí)現(xiàn)串行通信接口。由于篇幅有限，具體電路省略。

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)主要工作在撤防，設(shè)置，設(shè)防，和報(bào)警四個(gè)模式下，因此軟件設(shè)計(jì)上通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)狀態(tài)之間的跳轉(zhuǎn)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖4所示。系統(tǒng)上電后，進(jìn)入撤防模式，此模式下，系統(tǒng)不檢測紅外傳感器的狀態(tài)，即使有人體在防區(qū)內(nèi)活動(dòng)也不會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。按設(shè)置鍵后，輸入正確的密碼，則進(jìn)入設(shè)置模式，可以對密碼進(jìn)行重新設(shè)置，重新設(shè)置系統(tǒng)日期和時(shí)間，開啟自動(dòng)設(shè)防/撤防并設(shè)置時(shí)間，或者關(guān)閉自動(dòng)設(shè)防/撤防。設(shè)置完成后，按設(shè)置鍵，返回撤防模式。按下設(shè)置鍵或者自動(dòng)設(shè)防時(shí)間到，則系統(tǒng)延時(shí)5分鐘后，進(jìn)入設(shè)防模式，延時(shí)5分鐘的作用是留出時(shí)間給用戶離開防區(qū)，避免誤報(bào)。設(shè)防模式下，系統(tǒng)定時(shí)輪詢八個(gè)紅外傳感器的狀態(tài)，一旦檢測到P1口任何一個(gè)引腳為高時(shí)，表示對應(yīng)防區(qū)有異常人員入侵，系統(tǒng)進(jìn)入報(bào)警模式，啟動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，引起用戶和周圍人員警惕，迫使犯罪分子逃離現(xiàn)場，起到防盜的作用。進(jìn)入報(bào)警模式后，只有按撤防鍵，并輸入正確的密碼才能解除警報(bào)，否則，一直發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，這樣可以有效的避免漏報(bào)。設(shè)防模式下還可以通過撤防鍵或在自動(dòng)撤防時(shí)間到時(shí)，返回撤防模式。

圖4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

友好的人機(jī)交互方式，是一個(gè)系統(tǒng)的重要功能，本設(shè)計(jì)中，用戶的操作主要在于對報(bào)警器的設(shè)置，本設(shè)計(jì)中一共有4個(gè)參數(shù)需要設(shè)置，在LCD顯示的提示下，用戶無需閱讀說明書即可完成操作，方便易用。設(shè)置模式下，軟件及操作流程如圖5所示。撤防模式下按設(shè)置鍵，然后輸入正確的密碼后，進(jìn)入設(shè)置模式，LCD顯示設(shè)置菜單。其中，系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置，用來修改系統(tǒng)的工作時(shí)間，設(shè)置成用戶所在地的時(shí)間后，單片機(jī)把設(shè)置數(shù)據(jù)寫入DS1302，此后系統(tǒng)運(yùn)行中，LCD顯示正確的時(shí)間，可作為電子時(shí)鐘使用；通道設(shè)置，可以設(shè)置八個(gè)通道中的任意通道為關(guān)閉或開啟，只有開啟的通道才會(huì)被系統(tǒng)掃描；自動(dòng)設(shè)防設(shè)置，用來開啟或者關(guān)閉自動(dòng)設(shè)防功能，如果開啟，還需要設(shè)置自動(dòng)設(shè)防和自動(dòng)撤防的時(shí)間，自動(dòng)設(shè)防模式，可以讓防盜報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)按照用戶的生活習(xí)慣工作，實(shí)現(xiàn)智能化防盜；系統(tǒng)密碼用來重設(shè)密碼，本設(shè)計(jì)在初次使用時(shí)，預(yù)設(shè)一個(gè)4位初始密碼，用戶在正常使用中，需要修改成自己的密碼。在所有的菜單下，使用向上向下鍵，增加或減小數(shù)值，使用確認(rèn)鍵，保存設(shè)置，并移動(dòng)光標(biāo)。再次按下設(shè)置鍵，則退出設(shè)置模式，進(jìn)入撤防模式。

圖5 設(shè)置模式下軟件流程圖

5 樣品設(shè)計(jì)測試結(jié)果

本設(shè)計(jì)，經(jīng)過繪制電路圖和PCB板并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成了硬件制作。經(jīng)軟件編寫及聯(lián)合調(diào)試，最終完成了樣品的制作。樣品如圖6所示，對樣品進(jìn)行各項(xiàng)功能測試，證明樣品達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。能夠用于家居防盜，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，且硬件整體成本低，有一定的市場推廣價(jià)值。

圖6 樣品圖

[1]俞志根.熱釋電傳感器在防盜報(bào)警中的應(yīng)用.傳感器世界[J].2007,(3).

[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009.

[3]老虎工作室. Protel 99入門與提高(修訂版)[M].北京：人民郵電出版社,2008.

[4]房漢雄，王艷春.基于51系列單片機(jī)的被動(dòng)式熱釋電型紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào):2008,1(1):41～43.

[5]周波,榮楊,高瀾波,等.新型防盜報(bào)警器之設(shè)計(jì)[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2009,2,(1):80～82.

TN913.7

A

1673-2219（2011）12-0081-03

2011－10－11

周亦（1990－），湖南師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院08級軟件工程；屈長青（1962－），湖南科技學(xué)院計(jì)算機(jī)與通信工程系副教授。

(責(zé)任編校：何俊華)