智能家用門(mén)窗報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（日照市技師學(xué)院，山東 日照 276800）

引言

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的防盜報(bào)警系統(tǒng)大部分是國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警產(chǎn)品廠商發(fā)展時(shí)間比較短，真正取得長(zhǎng)足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國(guó)內(nèi)有些廠商迅速成長(zhǎng)，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴(kuò)大。但是與國(guó)外廠商相比還有很大差距。在本文的設(shè)計(jì)中，包含有硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊。就設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的使用是其中的核心環(huán)節(jié)，因此從某種意義上看，此防盜系統(tǒng)也是單片機(jī)的具體應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)同樣也是由軟件和硬件所構(gòu)成的，其中硬件包含了單片外圍應(yīng)用電路、輸入輸入設(shè)備等等，而軟件則是所有工作程序的集合。

一、系統(tǒng)概述

本設(shè)計(jì)可以分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩大部分，首先介紹了該控制系統(tǒng)的硬件電路部分，包括無(wú)線(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)防盜報(bào)警發(fā)送電路、無(wú)線(xiàn)防盜報(bào)警接收電路及一些主要芯片（如：AT89C2051、PT2262/PT2272、LM386等）。其次是軟件程序設(shè)計(jì)部分，包括主程序分析和模塊程序分析（如：停電程序、撤防程序、布防程序等）。

系統(tǒng)總框圖

1.工作原理

當(dāng)門(mén)磁傳感器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)時(shí)，使D觸發(fā)器CD4013(1)腳輸出控制周期約為1s的高電平脈沖。該脈沖控制著電源及編碼發(fā)射的通和斷，在編碼輸出腳(17)輸出串行的編碼信號(hào)，從而使編碼調(diào)整管8050及超高頻發(fā)射管F90間歇工作，5s后自動(dòng)停止，完成對(duì)報(bào)警信號(hào)的發(fā)送任務(wù)。

工作原理圖如下

2.單片機(jī)選擇芯片選擇

本設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)接收模塊采用芯片AT89C51和PT2272。AT89C51是一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含有8KB的可反復(fù)檫寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和256KB的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造兼容MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和Flash存儲(chǔ)單元，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。PT2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用解碼電路，PT2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,常與編碼芯片PT2262配套使用，多用于無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射電路。

AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入／輸出(1/0)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。本設(shè)計(jì)選擇AT89C51單片機(jī)，是由于采用單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)報(bào)警裝置擁有更優(yōu)良的調(diào)節(jié)控制性能，AT89C51單片機(jī)雖然是功能結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)，但由于價(jià)格便宜，器件的功能基本能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，之前對(duì)51單片機(jī)已經(jīng)有了一定程度的了解，因此就是使用AT89C51單片機(jī)承擔(dān)無(wú)線(xiàn)接收模塊主要的采集信號(hào)、控制功能。其中，VCC電源端接三節(jié)電池的電池盒，提供4.5V電源，電源并要結(jié)合30pf的電容連接到RST端，提供上電復(fù)位信號(hào)；GND端接地；18，19端接12Mhz的晶振；P1.0口到P1.3口用于接收四個(gè)開(kāi)關(guān)的信號(hào)，分別是設(shè)防開(kāi)關(guān)、報(bào)警開(kāi)關(guān)、撤防開(kāi)關(guān)、警示開(kāi)關(guān)。

此無(wú)線(xiàn)裝置傳送信號(hào)需要發(fā)射編碼信號(hào)無(wú)線(xiàn)傳送，因此需要選擇編碼解碼芯片。目前市場(chǎng)上有大量應(yīng)用在無(wú)線(xiàn)傳送領(lǐng)域的編解碼芯片，比如無(wú)線(xiàn)編解碼芯片EV1527、無(wú)線(xiàn)編解碼芯片(CMS2272)、無(wú)線(xiàn)編解碼電路SC2260 SC2260-R4等。但考慮到設(shè)計(jì)預(yù)算有限，設(shè)計(jì)也較為簡(jiǎn)單。因此采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272。只要很少的外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)短消息通信識(shí)別，而且整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也較高，比較簡(jiǎn)單，適合作為簡(jiǎn)單遙控用使用。在設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)報(bào)警裝置，所需警鈴功率較大，因此需使用集成功放電路。一般選用型號(hào)為L(zhǎng)M386的集成功放器件。在實(shí)際中觸發(fā)裝置可采用無(wú)線(xiàn)門(mén)磁傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等類(lèi)型的傳感器。無(wú)線(xiàn)門(mén)磁傳感器由于專(zhuān)門(mén)為門(mén)窗安防設(shè)計(jì)而成，具有安全可靠的特點(diǎn)，因此選用它作為觸發(fā)裝置。設(shè)計(jì)應(yīng)用一般總是安裝在門(mén)內(nèi)側(cè)的上方。它由兩部分組成：較小的部件為永磁體，內(nèi)部有一個(gè)永磁鐵，用來(lái)產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)；較大的部件是無(wú)線(xiàn)門(mén)磁主體，內(nèi)部有一個(gè)常閉型干簧管。當(dāng)永磁體和干簧管靠得很近時(shí)(小于5mm)，無(wú)線(xiàn)門(mén)磁傳感器處于工作等待狀態(tài)；當(dāng)永磁體離干簧管有一定距離后，無(wú)線(xiàn)門(mén)磁傳感器立即發(fā)射包含地址編碼和自身識(shí)別碼（也就是數(shù)據(jù)碼）的315MHz的高頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。主機(jī)通過(guò)識(shí)別這個(gè)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的地址碼，判斷是否為同一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，然后根據(jù)自身識(shí)別碼（即數(shù)據(jù)碼），確定是哪一個(gè)無(wú)線(xiàn)門(mén)磁報(bào)警。

二、軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，主要由查詢(xún)和中斷兩部分組成。報(bào)警信號(hào)檢測(cè)為循環(huán)檢測(cè)，遠(yuǎn)程控制為中斷部分。子程序包括有停電程序、撤防程序、布防程序、報(bào)警程序。當(dāng)編寫(xiě)完成程序，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，在編譯無(wú)誤之后，使用編程器拷入80C51單片機(jī)，將單片機(jī)插入焊接完成的硬件電路后，接通電源，進(jìn)行調(diào)試。

當(dāng)按下無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊下數(shù)第一個(gè)鍵時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收模塊的蜂鳴器會(huì)響一下，這表示設(shè)防成功，而當(dāng)接收模塊斷電開(kāi)關(guān)被觸發(fā)以后，蜂鳴器會(huì)不斷發(fā)出報(bào)警；當(dāng)按下無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊下數(shù)第三個(gè)鍵時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收模塊的蜂鳴器會(huì)響兩下，這表示撤防成功，而當(dāng)接收模塊斷電開(kāi)關(guān)被觸發(fā)以后，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出報(bào)警；當(dāng)按下無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊下數(shù)第二個(gè)鍵時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收模塊的蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警（在預(yù)設(shè)時(shí)間之內(nèi)響）；當(dāng)按下無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊下數(shù)第四個(gè)鍵，并且不松開(kāi)，無(wú)線(xiàn)接收模塊的蜂鳴器會(huì)不斷發(fā)出報(bào)警。當(dāng)按下無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊下數(shù)第二個(gè)鍵時(shí)，無(wú)線(xiàn)接收模塊的蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警。

三、結(jié)論

本設(shè)計(jì)是用51單片機(jī)控制的無(wú)線(xiàn)防盜報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)，適合用于家庭防盜。發(fā)送電路和接收電路的頻率均為315MHz，編碼芯片、解碼芯片分別采用PT2262、PT2272，保證避免其他無(wú)線(xiàn)信號(hào)的干擾以及接收?qǐng)?bào)警信號(hào)的準(zhǔn)確性，性能十分可靠。門(mén)窗防盜系統(tǒng)的主要模塊主要是運(yùn)用多種感應(yīng)器和傳感器的相互作用，和51單片機(jī)的基礎(chǔ)控制，報(bào)警系統(tǒng)我們是通過(guò)發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器的作用表現(xiàn)，當(dāng)然在一定基礎(chǔ)上我們可以對(duì)此進(jìn)行發(fā)揮，加上通訊專(zhuān)業(yè)和自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的相關(guān)知識(shí)，開(kāi)發(fā)短信發(fā)送和自動(dòng)錄音錄像功能，可以使門(mén)窗防盜系統(tǒng)更加完善和實(shí)用。