触摸式报警器设计研究

李世瑾

【摘要】 随着时代的发展，传统的非智能报警器已经不能满足人们的需要。本文设计研究了一种智能化的报警系统，触摸式报警系统集防盗及报警功能于一体，可全天候自动检测盗警，当有人闯入时，微波探测器检测到盗情，当确定警情时自动通过语音报警。与传统防盗报警器相比，它具有多种信号触发报警、多角度对报警源进行布防，更加符合人们要求及生活习惯，可以达到智能化和减少错误报警率的效果。

【关键词】 触摸式 防盗探测器 信号转化

一、引言

经济的快速发展导致了人员的大量流动，自然地，我们周围的环境也变得不那么安全，所以报警器也就应运而生。本文根据用户的实际情况进而分析这个要求，在物理或电子技术的基础上来实施，通过产生报警信号来通知正在值班的人员有特殊情况发生[1]，然后进行报警器的总体设计，并划分子系统，最后进行测试，设计出一个人性化的触摸式报警器。

本防盗报警系统是基于传统的电子安全报警系统来进行优化的，该系统的设计是将语音报警技术、智能控制和电子探测相结合，从而形成一个防盗的报警系统[2]。与传统防盗报警器相比，它具有多种信号触发报警，多角度对报警源进行布防，更加符合人们要求及生活习惯，达到优化的效果。

触摸式报警系统具有以下特点和功能：

1.系统采用模块化设计。报警器能够快速、准确地采集到受控现场的安全状态，经确认后通报给中央控制器[3]。并能够可靠准确地对险情进行报警，通过语音报警系统通知附

近的安保人员。报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警信号。

2.用户端自动报警器可同时检测传输线路或探测器自身发生的故障（如探头断线或掉电等）， 并可向中央控制器报告故障情况，这一功能的设计可以更好的防止监控设备遭受不正常情况的破坏时，提醒用户实时核对情况[4]。

3.报警器的用户端提供备用电源，在没有电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电状态下能继续工作。

二、整体电路设计

2.1 总体方案设计

本文所设计的报警系统是一种在任何场合都可使用的由555定时器、蜂鸣报警器和电子开关为基本元件组成的触摸式报警器[5]。如图1为系统设计框图。

该系统的各个组成模块电路包括检测电路模块、定时电路模块、频率控制电路模块、语音报警电路模块。检测电路模块是用来检测出我们人类不容易发现的一些可能对人造成危害的行为，并在电路中转变信号，使报警器能够发出警报。频率控制电路模块的设计要求则是产生不同频率，也可以使得不同频率对应不同的报警声音，让安保人员清楚地知道发生了什么。

不同情况产生的报警信号通过频率控制模块输入到接下来的电路中，产生报警信号。语音报警电路模块就是将前述电路收到的报警信号转变为各种报警信号告知安保人员或者语音报警。

2.1.1 检测电路

检测电路是本系统最为关键的地方。一般情况下，单稳态触发器是停留在稳态的状况下，若在此时有一段外界脉冲接入到触发器内，则触发器的状态也就会随之改变，变为暂稳态。

多谐振荡器是一种在接通电源后就能产生一定频率和幅值矩形波的自激振荡器，常作为脉冲信号源[6]。在防盗报警器系统中，由于需要产生不同脉宽、不同频率的脉冲信号。当接通电源后，电路的常态不会发生变化，接下来先对电容进行充电，让其电压大于2/3Vcc。本系统设计由定时模块控制输出脉冲的时间长短，一段时间后，就会由暂稳态变为稳态状态。所以，定时模块的不同，也就导致了这一时间段的时间长短不同。

2.1.2 定时模块

定时模块是控制一段脉冲持续的时间长短，而这段时间也决定了产生信号的搞或低电平所能维持的时间，这段时间是由电路各元件参数来决定的。又因为555芯片也可以做成具有定时作用的触发器，所以就用了555芯片替代定时模块。

2.1.3 频率控制模块

系统设计要求产生一段固定的频率，使其能够发出报警声音，这段固定频率为1.2K HZ。根据系统设计要求，要产生一段为1.2KHZ的频率段，而在电容方面，我们可以选0.1uf的一个电容。

2.2 NE555芯片的选择

NE555芯片用途十分普遍，这类系列的芯片之需要很少的电阻和电容就能产生各种不同频率的脉冲信号，但其他系列的芯片不仅需要的元件多，而且稳定性也不如这一系列的高，所以我们主要采用NE555来设计。

三、Protel 99 SE仿真

3.1 Protel99 SE简介

随着电子工业的飞速发展，电路构成的复杂化与精密化，器件体积的减少与功能变得越来越复杂，电路板的结构也就变得愈来愈复杂与精密，这使得传统的生产工艺随着计算机的发展和普及，逐渐将计算机辅助设计技术引入其中[7]，而相应软件的发展是伴随着操作系统的发展而前进的。Protel是当今电子行业广泛使用的EDA软件之一，由于其功能实用、界面友好、操作简便，一经推出，立即为广大用户所接受，成为世界PC平台上流行的电子设计自动化软件之一。

Protel 99 SE包含四个功能模块：1.原理图设计系统；2.印制电路板设计系统；3.电路仿真系统；4.逻辑器件设计系统。

3.2 仿真分析及结果验证

3.2.1 仿真的步骤

（1）设置原理图图纸大小。在设计开始时，要先根据电路的复杂程度确定图纸的大小以满足将来设计的要求。

（2）图纸设置。对原理图的环境进行设计，合理的设置对于工作效率的提高有很大帮助。

（3）放置元件。要先估计一下元件分布的位置，这回直接影响绘制效率以及原理图的外观。

（4）进行电气连接，即布线。

（5）放置注释。可以使原理图更加清晰。

（6）生成报表文件。

（7）保存和打印。

3.2.2 仿真分析

1）系统工作过程验证如下。

（1）当电路没有外界脉冲或电流刺激时，电路就会输出低电平。

（2）当有人或外界电流刺激时，信号就会经过D1的整流，进而得到一道负脉冲的脉冲信号。这个时候的电路就会发生变化，NE555芯片的2 脚就会变为低电平，而3 脚会输出高电平。

（3）当人体离开触摸极后，C1通过R1充电，芯片6或7脚电平逐渐升高，电压会一直升高，当V+大于等于2/3VCC的时候，电路就会复位，3 脚也会从高电平转变为低电平。由此，触摸式报警器静态（低输出）→触发（高输出）→延时（高输出）→复位（低输出）工作流程完成[8]。

在平常状态下，电路上面的金属片没有人触碰，所以，3 脚还是输出的是低电平，所以电路不会有任何反应。但是一旦有人触碰到了电路上的金属片，NE555就会接收到人体上的微弱电流，进而原本稳定的电路就会被打破，由单稳态转变为暂稳态。

NE555的3 脚就会接收变化信号，由原来的低电平变为高电平。该变化信号会经过电阻R2，通向Q1，使其导通，放大器放大信号使得蜂鸣器发出报警声，因为其电路状态发生改变时，电源开始经R3对C1进行充电，充电时长约为1.1R3C1这么一段时间，经过这段时间，电路就会由暂稳态恢复到稳态状态，电路也就保持稳定[9]。而此时，3 脚的电平也会从高变低，恢复稳定状态，即电路停止报警。

2）系统功能仿真验证

本系统设计包含了4个部分：检测电路、定时模块、频率控制模块和语音报警。我们设计的电路是用NE555设计而成的，实物中的2号脚接了一块金属片。在我们试验中，当用手触碰到金属片的时候，NE555所在的电路就会产值一个高电平信号，这时第二片NE555的四管脚电平为高，为振荡电路[9]，此时，这部分开始工作，会产值我们所需要的一个脉冲信号，即1.2KHZ的信号。最外端连接的蜂鸣器也就会发出警报声音报警。

四、结束语

本文所设计的防盗报警系统是基于传统的电子安全报警系统来进行优化的，系统的设计智能化体现在将语音报警技术、智能控制和电子探测相结合，从而形成一个的全方位多角度信息采集的报警系统。该套报警器有一个中心原件，就是传感器，因为传感器的类型不同，也就导致其应用在不同的报警器上，更能为多数人使用，同时还需要用户在接下来的应用中进行更多的验证和完善。

参 考 文 献

[1]苏芷莉.陈赫贝.基于三层结构的安防监控系统.武汉理工大学学报，2007，22-28

[2] 智能建筑技术与应用.第一版.北京：中国建筑工业出版社，2005：194-246

[3]张金泉一种新型民用防火防盗报警器的研制.燕山大学学报，2003：49-58

[4] 王建珍 .电子技术与软件工程[J].基于单片机的防盗报警器设计，2013，10（1）：23-25.

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

[6] 赵巍，冯娜.单片机基础及应用[M].北京：清华大学出版社.2009

[7] 陈坚，赵玲 .电力电子技术及应用[M].北京中国电力出版社.2006

[8]吕俊芳，潘军，陈巍.光电感烟火灾探测器的电路设计[M].航空计测技术，1999：30-33

[9]苏芷莉.陈赫贝.基于三层结构的安防监控系统.武汉理工大学学报，2007，22-28

[10] 贺益康，潘再平 .电力电子技术[M].北京科学出版社.2004