基于单片机的门磁报警电路系统设计

高 敏

江苏商贸职业学院 江苏南通 226011

基于单片机的门磁报警电路系统设计

高 敏

江苏商贸职业学院 江苏南通 226011

安防系统对于保障人们的财产安全具有十分重要的作用，门磁报警系统是安防系统中的一项重要技术，对于人们财产的安全防护起到了重要的作用。电子技术的迅速发展极大的推动了门磁报警系统的进步，对基于单片机的门磁报警系统的电路系统采用两种方案进行了设计，并对两种方案进行了对比分析，仿真结果表明，两种方案都能够满足在实际中的应用。

单片机；门磁报警系统；继电器；与非门

一、引言

居家安防设备对于保护居民的财产安全与维护社会稳定具有十分重要的作用。随着人们物质生活水平的提高，人们越来越重视住所以及单位和公司重要的资料室的保护，门磁报警器是一种新型的嵌入式报警系统。传统的门磁电路里面没有智能控制核心，电子技术的迅速发展为开发嵌入式的智能门磁报警系统提供了可能，将单片机嵌入到门磁报警系统中，对于传统的门磁报警系统是一个较大的提升和改进，能够显著的提升系统的响应速度。通过单片机对自身两个I/O引脚状态的扫描，在出现入侵的时候会触发门电路报警系统，能够实现对电路的智能控制。并且该门磁报警系统的门电路的设计非常简单，利用三极管作为门磁电路内部的放大电路部分，在设计的过程中利用仿真软件进行了仿真实验，对于以继电器为核心的门磁警报电路和以门电路为核心的警报电路进行了对比仿真，对于二者的优缺点进行了分析，以继电器为核心的警报系统由于存在电磁转换，相对于以数字门电路为核心的警报系统来讲存在着较为明显的延时，这是这种延时时间在毫秒级别不会对警报系统的实际使用产生较大的影响。而基于单片机和门磁报警电路以数字门电路代替了其中的继电设备，能够在一定程度上提高系统的响应速度，并且能够以此为基础进行深入智能化的设计和开发，且门电路与单片机造价低廉是未来门磁报警电路的一个发展方向。

二、门磁结构及触发原理

（一）门磁结构及功能

门磁是由磁铁和常开型的干簧管组成。在使用的时候一般会将磁铁安装在门扇上，将干簧管安装在对面的门框上。在门处于闭合状态的时候，干簧管内部的接触点会与磁铁吸合， 在这个时候开关就处于导通的状态。如果门处于开启状态的时候， 两者之间没有任何实际的接触，这个时候开关就处于断开的状态。

（二）报警系统的触发

门磁报警系统的工作原理如下：采用单片机的串口实现通信，将单片机P1口的两根串口线分别于继电开关所引出的两条线相连，即将MC先和YSQ线与STM32单片机的两个串口A1和A2相连， 通过对STM32内部寄存器的设置将A1口设置为推挽输出的方式、将A2口设置为上拉输入的模式，然后通过对寄存器进行操作或者是调用相应的库函数将A2进行复位。一般情况下门磁的两个部门是连接在一起的，MC为地线。当A1为低电平的时候，也就是门磁两部分分开的时候会触发警报，之后A1会回到高电平，根据该情境，通过对STM32内部寄存器的操作控制A2输出高电平，然后YSQ就会变为高电平，就会触发报警系统报警。

三、门磁报警电路系统设计

报警系统是门磁报警系统的核心组成部分。该部分所选择的设计方案会直接影响门磁报警系统的性能。本设计采用Stimuli仿真软件对基于继电器与基于数字门电路的门磁报警电路进行了系统设计。

（一）基于继电器的报警系统的搭建

如图2所示，对于基于继电器的门磁报警电路，触发报警的信号通过电平转换接到STM32单片机的IO口上，STM32单片机IO口的低电平为0V高电平为3.3V。可以采用XFG1方波发生器来模拟单片机IO口的触发信号，该方波发生器可以产生较为标准的CMOS电平信号，将其占空比设置为50%，频率设置为10hz；三极选择采用3904封装的NPN型晶体管，其中基极与发射极之间的门槛电压为0.5V；其中U1为红色发光二极管，其导通压降为1.8v，导通电流为5-8mA，假设二极管的导通压降为1.85V，导通电流为5mA。那么可以依据此计算出限流电阻R2的阻值为1.63千欧。

为了有效的控制电路的电路让其大于导通电流可以适当的减小电阻R2的阻值 。其中D1为二极管；此外还有EDR继电器，如果K两端存在压差的时候门磁就会产生吸引力而使得门闭合；其中蜂鸣器的额定的工作电压为5V，电压频率为500HZ；系统所采用的电源电压VDD为10V；XSC1和XSC2为示波器的接入端，体现的是线路3和线路5上的实时电平。

在本核心报警电路中的信号方法装置采用了三个的NPN型的三极管，当加在基极与发射极之间的电压大于门槛电压也就是发射结正偏集电结反偏的时候，发射极与集电极之间会导通形成通路，在这个时候线路2上会出现低电平，二极管D1可以防止出现逆向的导通，然后继电器会充电，之后会导致K2闭合，那么线路5上则会出现高电平，这个时候蜂鸣器就会导通报警；如果输入的信号为低电平，那么整个电路就会处于静止状态，蜂鸣器不会发出警报。

（二）基于与非门的报警系统的搭建

基于数字门电路的警报系统和基于继电器的警报系统二者之间的结构基本一致，二者所存在的最为主要的区别就是将基于继电器的警报系统中的继电器环节换成了与非门，该与非门电平属于TTL电平，其高电平为5V低电平为0V与CMOS电平存在一定的差别。采用10V电源电压来进行供电，只要有一端输入为低电平那么经过与非门就会输出高电平，就会使得整个报警系统能够正常的工作。其工作原理图如图3所示。

四、实验分析

本文对于上述两种不同的报警系统进行了仿真分析，对于两种电路各支路不同的状态进行了分析，对于电路在短时间内的运行的状态进行了仿真，对于两种报警电路瞬时的波形状态进行了分析。通过分析来对两种电路在上升沿状态下各自的电路状态，主要观察三极管处的电压与蜂鸣器处的电压是否一致，如果存在延时那么对于系统响应的影响状况。

（一）基于继电器的报警系统的分析

在基于与非门的报警系统蜂鸣器响之后，发光二极管就会发出红光，在继电器闭合之后XSC1和XSC2就会显示出电压的波形。从模拟的结果来看，两条线路上的高电平和低电平能够基本保持一致，当输入信号为高电平的时候能够完成正常的报警功能。在此次试验的过程中选择了在200ms的时候输入信号为上升沿电平，对于1ms时间间隔来对信号进行观测， 可以观测到所选取的信号节点的电平基本上都是一致的，只有部门的电平信号存在延迟，这说明系统在输入高电平之后，除了在继电器节点处信号有稍微的延迟之外，其他节点的电压信号几乎是同时响应。整个报警系统的时间延时也非常低低在毫秒级别。

（二）基于与非门的报警系统的分析

基于与非门的报警系统和基于继电器的报警系统原理类似，在蜂鸣器发声之后发光二极管会发亮，这个时候XSC1和XSC2就会发出就会显示出电压信号的波形。电源电压经过电平转换电路会转换到TTL电平。从仿真的结果来看，不同线路的高低电平始终保持一致， 当输入信号为高电平的时候蜂鸣器会立马发生报警，中间几乎没有任何延时。

当输入时间节点选择为200ms的时候输入上升沿电平，对于信号进行了相隔时间为1ms的观测，在观测的过程中发现各个节点的电压信号的高低电平始终保持一致，说明在系统输入高电平之后蜂鸣器能够及时的响应，其响应的速度要高于基于继电器的门磁报警系统。

五、结语

对门磁报警系统分别采用继电器与与非门两种方案进行了设计，二者存在的唯一差别就是继电器与与非门两个环节，并对两种电路通过设置位置节点来对线路上电平的一致性与延时性进行了仿真，结果发现基于继电器的门磁报警系统与基于与非门的门磁报警系统各个线路的节点电平基本都能够保持一致，除了继电器环节电平信号存在稍微的延时。另外基于与非门的门磁报警系统的响应速度要高于基于继电器的门磁报警系统的响应速度。

[1]狄巨星,赵建光,司亚超,贾滨,范晶晶.嵌入式无线安防监控系统电源研究[J].电源技术,2012(07).

[2]杜林,李欣,雷静,吴彬. 电力电缆分布式测温系统取能电源研究[J].仪器仪表学报,2012(02).