基于单片机的家居防盗报警器设计

2011-11-21屈长青

湖南科技学院学报 2011年12期

关键词：声光报警报警器防盗

周亦屈长青

（1.湖南师范大学数学与计算机学院，湖南长沙410081；2.湖南科技学院，湖南永州 425100）

基于单片机的家居防盗报警器设计

周亦1屈长青2

（1.湖南师范大学数学与计算机学院，湖南长沙410081；2.湖南科技学院，湖南永州 425100）

该设计利用国产单片机STC89C52为控制器，被动式热释电红外传感器作为人体探测器，制作了一款家居防盗报警器。该报警器可接八个有线防区，具有自动撤防和设防功能。经样品制作和测试，证明设计方案正确可行。

防盗报警器；单片机；红外传感器

1 前言

随着社会的发展，人民的生活水平越来越高，家庭中的贵重物品也越来越多，另一方面，流动人口的增加，使得社会的治安环境愈发复杂。入室盗窃案件的频繁发生，给人民的生命财产案件造成严重威胁。因此人们对家居防盗产品的需求越发凸显。单片机是一种价格便宜，性能稳定的嵌入式处理器，应用广泛，技术成熟。被动式热释电红外传感器可以有效的检测到防区内的人体移动，非常适合应用在家居防盗产品中。本设计，结合单片机和红外传感技术，设计了一个可以监测八个防区的家居防盗报警器。

2 系统总体设计及性能

本系统可以外接八路红外传感器，分别安装在八个不同防区，如，阳台、客厅、书房等，任何一个传感器探测到人体移动，都会触发报警；所有传感器集中由系统供电，传感器与主机的最远设计距离为50米；系统声光报警器可以发出闪烁的红光和 108分贝以上报警音。人机交互界面由 6个按键和一个128×64 LCD完成，操作简单易用。

此报警器具有撤防，设防，设置和报警四个工作模式。具有定时设防和撤防功能。撤防模式下，系统不会检测防区，即使有人也不会报警，此模式适合家中有人时使用，设防模式下，则有人进入就会立刻报警，适合在夜间或外出旅游等时候使用。撤防和解除报警都需要输入密码，且密码可以由用户自由设置。此外，系统自带实时时钟，用户可以根据日常成活规律，使系统定时自动设防和撤防。如晚上11点30设防，早上5点撤防。

3 硬件设计

硬件系统总体设计如图1所示：包括红外传感器模块，主机和声光报警器。

被动式热释电红外传感器（简称红外传感器）是一种能够侦测人体发射的10um左右红外线能量的传感器。传感器模块把红外传感器，放大电路和信号处理电路集成在一个32mm×24mm的PCB上，具有使用方便，应用简单可靠的特点。其工作电压为4.5V~20V，正常工作时，数据线输出高电平，检测到人体移动后数据线输出低电平。数据线输出为LVTTL电平，即输出高电平值为3.3V, 低电平为0V。而设计中单片机使用5V供电，只能识别TTL电平，因此，设计中使用光电耦合器件进行电平转换，电路如图2所示。红外传感数据信号经过光耦转换后接入到单片机的P1口，正常情况下，P1口各引脚为低电平，当某个通道检测到人体移动时，输出低电平，光耦截止，P1口对应引脚收到高电平。单片机通过轮询P1口各引脚电平就可以判断红外传感器的状态，从而判定防区内是否有人。

图1 系统连接图

图2 电平转换图

声光报警器为5V工作的108分贝的红光闪烁报警器，只要提供5V电源时则发出108分贝警号音，同时发射闪烁红光。由于其工作电流为300mA，单片机IO口无法直接驱动。本设计中使用继电器直接给声光报警器供电。单片机的P3.1脚经三极管开关电路控制继电器的开合。电路如图 3所示。

图3 声光报警器驱动电路

主机是整个设计的核心，主要由STC89C52单片机最小系统和其他外围电路组成。STC89C52是一个完全国产的单片机，内部资源丰富，片上集成 EEPROM。本设计中，使用EEPROM来存储用户密码。相对外接EEPORM芯片，节省了IO口的占用，也简化了软件设计的复杂度，节省了程序存储器空间。系统中，单片机的系统时钟为 12MHz，可以通过串口直接进行在系统编程。按键和LCD构成人机交互电路，用户通过按键对报警系统进行操作，一共有向上，向下，确定，设置，设防，撤防6个键。128×64LCD可以显示4行字符，且带汉字字库，设计中用来显示系统工作状态，以及时间和日期，设置状态下，显示设置信息。选用DS1302实时时钟芯片外接纽扣电池和32.768kHz晶振，用来为系统提供准确的时钟记录，为进行自动设防和撤防时提供准备时间依据，该芯片通过三线串行总线进行数据访问，只需SCL、SCK和复位信号，不过需要按照DS1302的时序要求，软件模拟实现串行通信接口。由于篇幅有限，具体电路省略。

4 软件设计

本设计中系统主要工作在撤防，设置，设防，和报警四个模式下，因此软件设计上通过状态机实现各个状态之间的跳转，状态转移如图4所示。系统上电后，进入撤防模式，此模式下，系统不检测红外传感器的状态，即使有人体在防区内活动也不会发出声光报警信号。按设置键后，输入正确的密码，则进入设置模式，可以对密码进行重新设置，重新设置系统日期和时间，开启自动设防/撤防并设置时间，或者关闭自动设防/撤防。设置完成后，按设置键，返回撤防模式。按下设置键或者自动设防时间到，则系统延时5分钟后，进入设防模式，延时5分钟的作用是留出时间给用户离开防区，避免误报。设防模式下，系统定时轮询八个红外传感器的状态，一旦检测到P1口任何一个引脚为高时，表示对应防区有异常人员入侵，系统进入报警模式，启动声光报警器发出声光报警信号，引起用户和周围人员警惕，迫使犯罪分子逃离现场，起到防盗的作用。进入报警模式后，只有按撤防键，并输入正确的密码才能解除警报，否则，一直发出声光报警信号，这样可以有效的避免漏报。设防模式下还可以通过撤防键或在自动撤防时间到时，返回撤防模式。

图4 状态转移图

友好的人机交互方式，是一个系统的重要功能，本设计中，用户的操作主要在于对报警器的设置，本设计中一共有4个参数需要设置，在LCD显示的提示下，用户无需阅读说明书即可完成操作，方便易用。设置模式下，软件及操作流程如图5所示。撤防模式下按设置键，然后输入正确的密码后，进入设置模式，LCD显示设置菜单。其中，系统时间设置，用来修改系统的工作时间，设置成用户所在地的时间后，单片机把设置数据写入DS1302，此后系统运行中，LCD显示正确的时间，可作为电子时钟使用；通道设置，可以设置八个通道中的任意通道为关闭或开启，只有开启的通道才会被系统扫描；自动设防设置，用来开启或者关闭自动设防功能，如果开启，还需要设置自动设防和自动撤防的时间，自动设防模式，可以让防盗报警系统自动按照用户的生活习惯工作，实现智能化防盗；系统密码用来重设密码，本设计在初次使用时，预设一个4位初始密码，用户在正常使用中，需要修改成自己的密码。在所有的菜单下，使用向上向下键，增加或减小数值，使用确认键，保存设置，并移动光标。再次按下设置键，则退出设置模式，进入撤防模式。