基于單片機的壓力傳感器防盜報警裝置的研究

白 凈，董春利

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連 116000）

0 引言

防盜報警是指在發(fā)生突發(fā)情況后，采用聲音、光線或電話等多種報警方式進行報警，是一種重要的防盜設(shè)施。防盜報警電路通常由3 部分構(gòu)成，探測電路；信號傳輸電路和報警電路。其中探測電路主要由傳感器構(gòu)成，目前的探測手段比較多元化，例如微波、超聲波、聲音控制、壓力控制、紅外探測、視頻監(jiān)控等；信號傳輸電路是將探測電路的探測信號傳送到報警控制端，分為有線傳輸和無線傳輸兩種模式；報警電路指發(fā)生報警的形式，有聲音報警、光報警、電話報警、各種聯(lián)網(wǎng)報警方式等。目前現(xiàn)存的紅外報警裝置存在易破解、誤報率高的缺陷；視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)品種復(fù)雜，在體積上、功能上、網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護成本方面都有其弊端，所以成本低、不易破解的防盜報警裝置更能受到普通消費者的歡迎。

考慮上述因素，設(shè)計一種基于單片機控制的、由壓力信號進行探測的防盜報警裝置有其應(yīng)用價值。將壓力探測器置于盜賊入侵處（入門地墊、窗臺、窗下等），通過壓力探測信號觸發(fā)報警信號，報警信號可通過復(fù)位功能及時解除。

1 報警裝置的總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

報警裝置工作流程如下：以壓力信號作為入侵探測信號，由通信模塊將探測信號傳輸至單片機，單片機接收至壓力信號后，啟動15 s 計時，同時將計時信號和壓力探測信號在顯示模塊上進行顯示。在計時功能完成后，實現(xiàn)蜂鳴器報警，報警功能可隨時解除。

通過上述的工作流程將本裝置分為壓力傳感器模塊、顯示模塊、單片機模塊、報警模塊及電源模塊構(gòu)成。各部分的連接關(guān)系如圖1 所示。其中單片機為本裝置的核心，可實現(xiàn)如下功能：

（1）接收壓力探測器的信號，并將壓力的具體數(shù)值通過外接顯示模塊顯示。

（2）計時功能。本裝置為防止誤報警，是在探測壓力信號15 s 后再實現(xiàn)報警功能，計時時間將同步至壓力傳感器上。

（3）控制報警功能。計時功能完成后，通過蜂鳴器實現(xiàn)警報；也可自動撥打電話實現(xiàn)報警。

圖1 壓力傳感器報警裝置的模塊的相互關(guān)系

通過壓力信號的探測完成計時功能；計時功能結(jié)束可采取電話報警、聲音報警、電話報警等3 種報警方式；可隨時通過裝置復(fù)位功能解除報警。

1.2 硬件設(shè)計

裝置除單片機外分為5 個模塊，分別是壓力傳感器模塊、顯示模塊、報警模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊及電源模塊。

單片機最小系統(tǒng)電路有由單片機、電源模塊、復(fù)位電路和晶振電路即可完成?？紤]到裝置結(jié)構(gòu)、功能等因素，選用51 系列8位單片微形計算機；電源模塊可通過電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成5 V 直流源即可，也可由USB 接口提供電源，如圖2 所示，圖中除電源S1 開關(guān)外，電阻為1 kΩ 的限流電阻，LED 燈為電源指示燈；復(fù)位電路由復(fù)位開關(guān)K1、10 kΩ 的接地電阻及60 pF 的電容構(gòu)成；晶振電路的晶振頻率40 MHz 以下均可，本研究選擇Y1 為11.095 2 MHz。

圖2 電源模塊、晶振模塊和復(fù)位模塊

壓力傳感器模塊可選擇指壓式壓力傳感器、電阻式應(yīng)變片薄膜壓力傳感器、稱重傳感器等多種方式，通常需外接轉(zhuǎn)換模塊后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓電流條件與單片機相連。圖3 選擇電阻式應(yīng)變傳感器模塊及H7X11 電源轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換模塊可與單片機的輸入輸出接口P2 口（2 位）相連。

顯示模塊由液晶顯示器或LED 數(shù)碼顯示器均可，液晶顯示器需要單獨配置+5 V 電源，與單片機的輸出接口P0、P2 共12位相連。單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將探測的壓力數(shù)值及計時時間顯示在屏幕上方。

通信模塊可完成壓力傳感器與單片機之間的數(shù)據(jù)通訊，可通過紅外無線和有線兩種方式進行傳播。報警模塊可選擇聲音報警、光線報警、短信報警和自動撥打電話等多種報警方成。文中裝置以聲音報警為例，聲報模塊由蜂鳴器、三極管、1 kΩ 的電阻即可完成，其中三極管的作用將單片機的輸出信號完成放大，達(dá)到蜂鳴器報警所需要的電流條件。

1.3 軟件設(shè)計

依據(jù)本裝置的硬件原理圖及工作流程圖，軟件編程思路如圖4 所示。軟件設(shè)計部分主要由單片機通過程序燒寫文件完成，可選擇軟件Keil、IAR、STC-ISP 等。

圖3 壓力傳感器及其轉(zhuǎn)換模塊

圖4 程序編程思路

（1）圖中初始化程序包括單片機復(fù)位、蜂鳴器不報警、顯示屏顯示內(nèi)容清零、計時功能暫停等。

（2）I/O 設(shè)定端包括液晶顯示屏I/O 設(shè)置、蜂鳴器I/O 設(shè)置、壓力傳感器I/O 設(shè)置。對照原理圖，IO 設(shè)定如下：

（3）壓力傳感器編程模塊主要功能為將接收來的壓力傳感器信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷弘娏餍盘柡?，依?jù)電流信號的大小換算成所感受到的壓力，并將壓力信號顯示在顯示屏幕上。

（4）計時模塊主要完成延時15 s 的報警功能，在探測到的壓力信號為“1”時，啟動計時功能；在探測到的壓力信號為“0”時，計時功能不執(zhí)行。

（5）顯示模塊的功能在探測到壓力信號后，顯示壓力的具體數(shù)值；并將計時器所顯示的值進行同步顯示；在程序編譯時需將顯示內(nèi)容、顯示形式、顯示時間、行列占比等內(nèi)容進行考慮。

（6）蜂鳴器模塊的功能：在計時功能完成后，蜂鳴器發(fā)出警報聲音，否則不執(zhí)行警報功能。

（7）復(fù)位模塊的功能：解除警報，將程序跳至初始模塊，主程序重新執(zhí)行。

此外，程序中為了計時模塊和外接設(shè)備的順利執(zhí)行，需要引入定時器中斷、串行中斷，為了保證信號接入的準(zhǔn)確性，需要引入延時模塊程序，還應(yīng)考慮單片機的執(zhí)行溫度，當(dāng)溫度高于某數(shù)值時，本裝置處于不工作狀態(tài)。

2 結(jié)語

本裝置通過壓力傳感器完成信號探測，可實現(xiàn)報警，所配備延時報警裝置可防止誤報警，報警方式可選擇聲音報警、光報警、電話報警等多種方式。裝置的硬件結(jié)構(gòu)簡單，軟件部分通過為單片機燒寫程序即可完成，整體構(gòu)造低廉、不易破解，具有一定的實用價值。