觸摸式報(bào)警器設(shè)計(jì)研究

李世瑾

【摘要】 隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的非智能報(bào)警器已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需要。本文設(shè)計(jì)研究了一種智能化的報(bào)警系統(tǒng)，觸摸式報(bào)警系統(tǒng)集防盜及報(bào)警功能于一體，可全天候自動(dòng)檢測(cè)盜警，當(dāng)有人闖入時(shí)，微波探測(cè)器檢測(cè)到盜情，當(dāng)確定警情時(shí)自動(dòng)通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警。與傳統(tǒng)防盜報(bào)警器相比，它具有多種信號(hào)觸發(fā)報(bào)警、多角度對(duì)報(bào)警源進(jìn)行布防，更加符合人們要求及生活習(xí)慣，可以達(dá)到智能化和減少錯(cuò)誤報(bào)警率的效果。

【關(guān)鍵詞】 觸摸式 防盜探測(cè)器 信號(hào)轉(zhuǎn)化

一、引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了人員的大量流動(dòng)，自然地，我們周?chē)沫h(huán)境也變得不那么安全，所以報(bào)警器也就應(yīng)運(yùn)而生。本文根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際情況進(jìn)而分析這個(gè)要求，在物理或電子技術(shù)的基礎(chǔ)上來(lái)實(shí)施，通過(guò)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)來(lái)通知正在值班的人員有特殊情況發(fā)生[1]，然后進(jìn)行報(bào)警器的總體設(shè)計(jì)，并劃分子系統(tǒng)，最后進(jìn)行測(cè)試，設(shè)計(jì)出一個(gè)人性化的觸摸式報(bào)警器。

本防盜報(bào)警系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的電子安全報(bào)警系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化的，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將語(yǔ)音報(bào)警技術(shù)、智能控制和電子探測(cè)相結(jié)合，從而形成一個(gè)防盜的報(bào)警系統(tǒng)[2]。與傳統(tǒng)防盜報(bào)警器相比，它具有多種信號(hào)觸發(fā)報(bào)警，多角度對(duì)報(bào)警源進(jìn)行布防，更加符合人們要求及生活習(xí)慣，達(dá)到優(yōu)化的效果。

觸摸式報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)和功能：

1.系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。報(bào)警器能夠快速、準(zhǔn)確地采集到受控現(xiàn)場(chǎng)的安全狀態(tài)，經(jīng)確認(rèn)后通報(bào)給中央控制器[3]。并能夠可靠準(zhǔn)確地對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行報(bào)警，通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)通知附

近的安保人員。報(bào)警完畢自動(dòng)回到警戒狀態(tài)，等待下一次報(bào)警信號(hào)。

2.用戶(hù)端自動(dòng)報(bào)警器可同時(shí)檢測(cè)傳輸線路或探測(cè)器自身發(fā)生的故障（如探頭斷線或掉電等）， 并可向中央控制器報(bào)告故障情況，這一功能的設(shè)計(jì)可以更好的防止監(jiān)控設(shè)備遭受不正常情況的破壞時(shí)，提醒用戶(hù)實(shí)時(shí)核對(duì)情況[4]。

3.報(bào)警器的用戶(hù)端提供備用電源，在沒(méi)有電的情況下，交直流供電自動(dòng)切換，確保系統(tǒng)在停電狀態(tài)下能繼續(xù)工作。

二、整體電路設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)是一種在任何場(chǎng)合都可使用的由555定時(shí)器、蜂鳴報(bào)警器和電子開(kāi)關(guān)為基本元件組成的觸摸式報(bào)警器[5]。如圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。

該系統(tǒng)的各個(gè)組成模塊電路包括檢測(cè)電路模塊、定時(shí)電路模塊、頻率控制電路模塊、語(yǔ)音報(bào)警電路模塊。檢測(cè)電路模塊是用來(lái)檢測(cè)出我們?nèi)祟?lèi)不容易發(fā)現(xiàn)的一些可能對(duì)人造成危害的行為，并在電路中轉(zhuǎn)變信號(hào)，使報(bào)警器能夠發(fā)出警報(bào)。頻率控制電路模塊的設(shè)計(jì)要求則是產(chǎn)生不同頻率，也可以使得不同頻率對(duì)應(yīng)不同的報(bào)警聲音，讓安保人員清楚地知道發(fā)生了什么。

不同情況產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)通過(guò)頻率控制模塊輸入到接下來(lái)的電路中，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。語(yǔ)音報(bào)警電路模塊就是將前述電路收到的報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N報(bào)警信號(hào)告知安保人員或者語(yǔ)音報(bào)警。

2.1.1 檢測(cè)電路

檢測(cè)電路是本系統(tǒng)最為關(guān)鍵的地方。一般情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是停留在穩(wěn)態(tài)的狀況下，若在此時(shí)有一段外界脈沖接入到觸發(fā)器內(nèi)，則觸發(fā)器的狀態(tài)也就會(huì)隨之改變，變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)。

多諧振蕩器是一種在接通電源后就能產(chǎn)生一定頻率和幅值矩形波的自激振蕩器，常作為脈沖信號(hào)源[6]。在防盜報(bào)警器系統(tǒng)中，由于需要產(chǎn)生不同脈寬、不同頻率的脈沖信號(hào)。當(dāng)接通電源后，電路的常態(tài)不會(huì)發(fā)生變化，接下來(lái)先對(duì)電容進(jìn)行充電，讓其電壓大于2/3Vcc。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)由定時(shí)模塊控制輸出脈沖的時(shí)間長(zhǎng)短，一段時(shí)間后，就會(huì)由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)狀態(tài)。所以，定時(shí)模塊的不同，也就導(dǎo)致了這一時(shí)間段的時(shí)間長(zhǎng)短不同。

2.1.2 定時(shí)模塊

定時(shí)模塊是控制一段脈沖持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短，而這段時(shí)間也決定了產(chǎn)生信號(hào)的搞或低電平所能維持的時(shí)間，這段時(shí)間是由電路各元件參數(shù)來(lái)決定的。又因?yàn)?55芯片也可以做成具有定時(shí)作用的觸發(fā)器，所以就用了555芯片替代定時(shí)模塊。

2.1.3 頻率控制模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求產(chǎn)生一段固定的頻率，使其能夠發(fā)出報(bào)警聲音，這段固定頻率為1.2K HZ。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，要產(chǎn)生一段為1.2KHZ的頻率段，而在電容方面，我們可以選0.1uf的一個(gè)電容。

2.2 NE555芯片的選擇

NE555芯片用途十分普遍，這類(lèi)系列的芯片之需要很少的電阻和電容就能產(chǎn)生各種不同頻率的脈沖信號(hào)，但其他系列的芯片不僅需要的元件多，而且穩(wěn)定性也不如這一系列的高，所以我們主要采用NE555來(lái)設(shè)計(jì)。

三、Protel 99 SE仿真

3.1 Protel99 SE簡(jiǎn)介

隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，電路構(gòu)成的復(fù)雜化與精密化，器件體積的減少與功能變得越來(lái)越復(fù)雜，電路板的結(jié)構(gòu)也就變得愈來(lái)愈復(fù)雜與精密，這使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，逐漸將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)引入其中[7]，而相應(yīng)軟件的發(fā)展是伴隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展而前進(jìn)的。Protel是當(dāng)今電子行業(yè)廣泛使用的EDA軟件之一，由于其功能實(shí)用、界面友好、操作簡(jiǎn)便，一經(jīng)推出，立即為廣大用戶(hù)所接受，成為世界PC平臺(tái)上流行的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件之一。

Protel 99 SE包含四個(gè)功能模塊：1.原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)；2.印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)；3.電路仿真系統(tǒng)；4.邏輯器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

3.2 仿真分析及結(jié)果驗(yàn)證

3.2.1 仿真的步驟

（1）設(shè)置原理圖圖紙大小。在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，要先根據(jù)電路的復(fù)雜程度確定圖紙的大小以滿(mǎn)足將來(lái)設(shè)計(jì)的要求。

（2）圖紙?jiān)O(shè)置。對(duì)原理圖的環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，合理的設(shè)置對(duì)于工作效率的提高有很大幫助。

（3）放置元件。要先估計(jì)一下元件分布的位置，這回直接影響繪制效率以及原理圖的外觀。

（4）進(jìn)行電氣連接，即布線。

（5）放置注釋?？梢允乖韴D更加清晰。

（6）生成報(bào)表文件。

（7）保存和打印。

3.2.2 仿真分析

1）系統(tǒng)工作過(guò)程驗(yàn)證如下。

（1）當(dāng)電路沒(méi)有外界脈沖或電流刺激時(shí)，電路就會(huì)輸出低電平。

（2）當(dāng)有人或外界電流刺激時(shí)，信號(hào)就會(huì)經(jīng)過(guò)D1的整流，進(jìn)而得到一道負(fù)脈沖的脈沖信號(hào)。這個(gè)時(shí)候的電路就會(huì)發(fā)生變化，NE555芯片的2 腳就會(huì)變?yōu)榈碗娖?，? 腳會(huì)輸出高電平。

（3）當(dāng)人體離開(kāi)觸摸極后，C1通過(guò)R1充電，芯片6或7腳電平逐漸升高，電壓會(huì)一直升高，當(dāng)V+大于等于2/3VCC的時(shí)候，電路就會(huì)復(fù)位，3 腳也會(huì)從高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖健Ｓ纱?，觸摸式報(bào)警器靜態(tài)（低輸出）→觸發(fā)（高輸出）→延時(shí)（高輸出）→復(fù)位（低輸出）工作流程完成[8]。

在平常狀態(tài)下，電路上面的金屬片沒(méi)有人觸碰，所以，3 腳還是輸出的是低電平，所以電路不會(huì)有任何反應(yīng)。但是一旦有人觸碰到了電路上的金屬片，NE555就會(huì)接收到人體上的微弱電流，進(jìn)而原本穩(wěn)定的電路就會(huì)被打破，由單穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)。

NE555的3 腳就會(huì)接收變化信號(hào)，由原來(lái)的低電平變?yōu)楦唠娖?。該變化信?hào)會(huì)經(jīng)過(guò)電阻R2，通向Q1，使其導(dǎo)通，放大器放大信號(hào)使得蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，因?yàn)槠潆娐窢顟B(tài)發(fā)生改變時(shí)，電源開(kāi)始經(jīng)R3對(duì)C1進(jìn)行充電，充電時(shí)長(zhǎng)約為1.1R3C1這么一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間，電路就會(huì)由暫穩(wěn)態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，電路也就保持穩(wěn)定[9]。而此時(shí)，3 腳的電平也會(huì)從高變低，恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，即電路停止報(bào)警。

2）系統(tǒng)功能仿真驗(yàn)證

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了4個(gè)部分：檢測(cè)電路、定時(shí)模塊、頻率控制模塊和語(yǔ)音報(bào)警。我們?cè)O(shè)計(jì)的電路是用NE555設(shè)計(jì)而成的，實(shí)物中的2號(hào)腳接了一塊金屬片。在我們?cè)囼?yàn)中，當(dāng)用手觸碰到金屬片的時(shí)候，NE555所在的電路就會(huì)產(chǎn)值一個(gè)高電平信號(hào)，這時(shí)第二片NE555的四管腳電平為高，為振蕩電路[9]，此時(shí)，這部分開(kāi)始工作，會(huì)產(chǎn)值我們所需要的一個(gè)脈沖信號(hào)，即1.2KHZ的信號(hào)。最外端連接的蜂鳴器也就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲音報(bào)警。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的防盜報(bào)警系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的電子安全報(bào)警系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化的，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)智能化體現(xiàn)在將語(yǔ)音報(bào)警技術(shù)、智能控制和電子探測(cè)相結(jié)合，從而形成一個(gè)的全方位多角度信息采集的報(bào)警系統(tǒng)。該套報(bào)警器有一個(gè)中心原件，就是傳感器，因?yàn)閭鞲衅鞯念?lèi)型不同，也就導(dǎo)致其應(yīng)用在不同的報(bào)警器上，更能為多數(shù)人使用，同時(shí)還需要用戶(hù)在接下來(lái)的應(yīng)用中進(jìn)行更多的驗(yàn)證和完善。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]蘇芷莉.陳赫貝.基于三層結(jié)構(gòu)的安防監(jiān)控系統(tǒng).武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，22-28

[2] 智能建筑技術(shù)與應(yīng)用.第一版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005：194-246

[3]張金泉一種新型民用防火防盜報(bào)警器的研制.燕山大學(xué)學(xué)報(bào)，2003：49-58

[4] 王建珍 .電子技術(shù)與軟件工程[J].基于單片機(jī)的防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)，2013，10（1）：23-25.

[5]Kirill Yelizarov v . home security System . Microchip Technology InC .1998：44-48

[6] 趙巍，馮娜.單片機(jī)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社.2009

[7] 陳堅(jiān)，趙玲 .電力電子技術(shù)及應(yīng)用[M].北京中國(guó)電力出版社.2006

[8]呂俊芳，潘軍，陳巍.光電感煙火災(zāi)探測(cè)器的電路設(shè)計(jì)[M].航空計(jì)測(cè)技術(shù)，1999：30-33

[9]蘇芷莉.陳赫貝.基于三層結(jié)構(gòu)的安防監(jiān)控系統(tǒng).武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，22-28

[10] 賀益康，潘再平 .電力電子技術(shù)[M].北京科學(xué)出版社.2004