具有機(jī)械自鎖功能的窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

林貞國(guó)，郭 宏，李海虹

（太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引言

日常生活中，家居的安全性非常重要，如今已有很多種窗戶防盜系統(tǒng)，如防盜網(wǎng)、窗磁傳感器或者振動(dòng)傳感器，其性能各有優(yōu)劣，在防盜功能方面并不完善。為了真正實(shí)現(xiàn)窗戶防盜功能，本文以單片機(jī)為核心控制元件，在傳統(tǒng)紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有機(jī)械自鎖功能的窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙重窗戶防盜，使人們的家居安全性大大提高。

1 窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

該窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)由硬件和軟件部分組成。硬件部分又包括自鎖機(jī)械裝置部分和紅外線聲光報(bào)警電路部分，如圖1所示。

圖1 報(bào)警系統(tǒng)硬件部分整體結(jié)構(gòu)框圖

1.1 自鎖機(jī)械裝置

為了切實(shí)實(shí)現(xiàn)窗戶防盜，在窗戶拉動(dòng)底端凹槽中安裝了一部分機(jī)械裝置，將鉚合窗戶底槽的部分做成鋸齒狀，在窗戶下部凹槽內(nèi)安裝了一個(gè)由步進(jìn)電機(jī)控制的垂直裝置，由它來(lái)控制阻礙窗戶打開的彈簧機(jī)械裝置。其工作原理為：當(dāng)窗戶關(guān)閉時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)垂直裝置壓縮著帶彈簧的阻礙裝置；當(dāng)窗外有人時(shí)，紅外傳輸中斷，此時(shí)，由單片機(jī)觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)垂直裝置，釋放彈簧裝置，使其直接插入槽內(nèi)任一鋸齒內(nèi)，阻止窗戶打開，從而實(shí)現(xiàn)了真正的窗戶防盜。

自鎖機(jī)械裝置是由步進(jìn)電機(jī)來(lái)觸發(fā)的，本設(shè)計(jì)采用42BYGH4604型12V步進(jìn)電機(jī)和達(dá)林頓管ULN2003，該驅(qū)動(dòng)芯片具有耐高壓、大電流的性能。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，其工作原理為：在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)發(fā)生聲光報(bào)警時(shí)，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)角位移的變化來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)自鎖功能。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

圖2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

1.2 電源電路及單片機(jī)控制電路

電源電路中輸出＋5V直流電源，在本系統(tǒng)中利用AT89S52單片機(jī)控制電路，它主要由時(shí)鐘電路與復(fù)位電路組成。其中，時(shí)鐘電路是由晶振與單片機(jī)引腳相連構(gòu)成的，復(fù)位電路是由復(fù)位開關(guān)與單片機(jī)的引腳相連構(gòu)成的。本設(shè)計(jì)通過(guò)單片機(jī)的最小系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和機(jī)械自鎖功能。

1.3 紅外線發(fā)射電路

紅外線發(fā)射電路如圖3所示。為保證紅外線發(fā)射管發(fā)出適當(dāng)強(qiáng)度的紅外線束，通過(guò)每個(gè)發(fā)射管的電流大小必須適當(dāng)。如果通過(guò)電流過(guò)大，發(fā)射管有可能被燒壞；否則，發(fā)射出的紅外光束過(guò)弱，則達(dá)不到防盜報(bào)警器中的功能要求。為了使該設(shè)備具有良好的工作性能，參照發(fā)射管的工作參數(shù)，工作電流應(yīng)為20mA左右，通過(guò)設(shè)置電路中限流電阻R3的大小來(lái)控制通過(guò)發(fā)射管的電流值，經(jīng)計(jì)算，本電路中選取R3為470Ω。該發(fā)射電路的工作原理為：當(dāng)電路供電時(shí)，單片機(jī)的P1.2～P1.7接口均輸出低電平，此時(shí)，發(fā)射管處于導(dǎo)通狀態(tài)，正常工作，發(fā)出一定強(qiáng)度并能覆蓋接收電路的紅外線束。

圖3 紅外線發(fā)射電路

1.4 紅外線接收電路

紅外線接收電路如圖4所示。該部分電路主要用來(lái)接收紅外線發(fā)射管發(fā)射出的紅外線束，其工作原理為：當(dāng)電源提供＋5V電壓時(shí)，紅外線發(fā)射電路正常工作，發(fā)出紅外線束，單片機(jī)的P3.0～P3.5各輸出端口經(jīng)反相器反相后均輸出低電平，此時(shí)接收管處于導(dǎo)通狀態(tài)，能正常接收發(fā)射電路發(fā)出的紅外線束；如果有人闖入窗戶附近區(qū)域，使紅外線傳輸中斷，則反相器各輸出端均變?yōu)楦唠娖剑邮展芴幱诮刂範(fàn)顟B(tài)，接收電路便停止工作。

圖4 紅外線接收電路

1.5 聲光報(bào)警電路

圖5為聲光報(bào)警電路。聲光報(bào)警電路與單片機(jī)的P3.7口相連。其工作原理為：當(dāng)有人闖入窗戶附近區(qū)域時(shí)，使得紅外線傳輸中斷，接收管停止工作，反相器的輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑纱水a(chǎn)生的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲響，實(shí)現(xiàn)聲光雙重報(bào)警。

圖5 聲光報(bào)警電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中所有涉及的信號(hào)均為TTL電平，這為單片機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：當(dāng)檢測(cè)到有人闖入窗戶附近的紅外線探測(cè)器探測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)控制的聲光報(bào)警電路發(fā)生報(bào)警，此時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)觸發(fā)機(jī)械裝置，阻止窗戶打開，實(shí)現(xiàn)雙重防盜功能。其主程序流程框圖如圖6所示。

圖6 主程序流程框圖

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的新型窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)，使得窗戶防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能加強(qiáng)，符合智能家居防盜的發(fā)展目標(biāo)，具有良好的發(fā)展前景。

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