作者/滕德虎、王雷浩，蕪湖機(jī)械工程學(xué)校

雙重遠(yuǎn)程報警器制作

作者/滕德虎、王雷浩，蕪湖機(jī)械工程學(xué)校

采用熱釋電紅外傳感器和震動傳感器采集數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)控制發(fā)出聲光報警，同時驅(qū)動GSM移動通信模塊向用戶手機(jī)發(fā)送遠(yuǎn)程報警信息。用戶還可撥號，報警器自動接聽，遠(yuǎn)程監(jiān)聽現(xiàn)場聲響，也可以向現(xiàn)場喊話，實現(xiàn)遠(yuǎn)程驅(qū)離。

紅外報警；震動報警；遠(yuǎn)程報警；電子制作

引言

當(dāng)有人進(jìn)入10米范圍的報警區(qū)域，或報警器有輕微震動時，即發(fā)出聲光報警，同時發(fā)送報警信息到用戶手機(jī)。用戶可以撥號，報警器自動接聽，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽現(xiàn)場聲響，也可以向現(xiàn)場喊話驅(qū)離。用戶根據(jù)需要，可選擇震動報警、紅外移動報警和雙重報警。

該產(chǎn)品可用于家用防盜報警、汽車防盜報警，或用于重要場地?zé)o人值守。

1. 原理與設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計包括硬件和軟件兩個部分。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控制、聲光報警、GSM移動通信等模塊組成。熱釋電紅外傳感器、震動傳感器、單片機(jī)控制電路、GSM移動通信及微型功率放大器構(gòu)成電子電路，實現(xiàn)信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、短信報警等功能。其工作流程如圖1所示，硬件電路圖如圖2所示。

圖1 報警器工作流程圖

1.1 報警器硬件設(shè)計

1.1.1 電源電路

報警器可用3節(jié)5號電池供電，也可用手機(jī)充電器、充電寶等其他5V電源供電。電源正極接VCC端，負(fù)極接地。

1.1.2 報警信號收集

當(dāng)有人進(jìn)入報警區(qū)域，人體感應(yīng)模塊輸出高電平，開關(guān)三極管Q1導(dǎo)通，模塊的MCU25引腳輸出低電平，由單片機(jī)25腳控制報警程序運行。

當(dāng)有保護(hù)目標(biāo)有輕微震動時，震動感應(yīng)模塊OUT端輸出高電平，由單片機(jī)15腳控制報警程序運行。

1.1.3 單片機(jī)控制電路

單片機(jī)采用STC89C52芯片、11.0592MHz晶振的最小系統(tǒng)。其S1為復(fù)位開關(guān)；S2為通話設(shè)置開關(guān)，用于控制報警器是否實現(xiàn)通話；S3為功能設(shè)置開關(guān)，按動開關(guān)實現(xiàn)人體紅外報警、震動報警、雙重聯(lián)動報警和不報警狀態(tài)的循環(huán)選定。

指示燈D1、D2和D3分別標(biāo)識人體紅外報警、震動報警和聯(lián)動報警狀態(tài)；若三燈均不亮，表示此時報警器不報警。指示燈D4、D5和D6分別為電源指示、通話狀態(tài)指示和報警燈光指示。

單片機(jī)25腳和15腳是人體感應(yīng)傳信號和震動信號輸入端，用于控制內(nèi)部程序運行。35腳為聲音報警輸出端。單片機(jī)10腳和11腳為數(shù)據(jù)交換引腳，用以向GSM移動通信模塊發(fā)送通話和發(fā)信息工作命令。

1.1.4 聲音報警電路

當(dāng)單片機(jī)收到報警信號時，其35腳輸出高電平，開關(guān)三極管Q2導(dǎo)通，蜂鳴器LS1有電流通過而鳴叫。

1.1.5 GMS移動通信模塊

報警器使用5V直流電源供電時，開關(guān)S4斷開，電壓經(jīng)二極管D7降壓為4.3V為提供電源。當(dāng)使用4.5V電池供電時，可接通開關(guān)S4，短路二極管D7，讓電源直接為GMS移動通信模塊供電，提高可靠性。模塊的3腳和4腳為數(shù)據(jù)交換段，用于接收來自單片機(jī)的工作命令。6腳接話筒，5腳為接聽音頻，輸送到功率放大器輸入端。當(dāng)報警器接收到報警信號時，單片機(jī)發(fā)送命令到GMS移動通信模塊，使其發(fā)送手機(jī)信息給指定用戶，用戶撥打報警器號碼，可自動接聽，從而實現(xiàn)監(jiān)聽和通話。

1.1.6 功率放大模塊

功放模塊為3W數(shù)字功率放大器，由GMS移動通信模塊5腳輸入音頻，經(jīng)發(fā)大后由輸出端送往揚(yáng)聲器發(fā)聲，實現(xiàn)免提通話。

1.2 元件選擇

報警器晶體管及阻容器件皆為常規(guī)元件，滿足圖紙所示規(guī)格和型號即可。其他主要器件的型號規(guī)格如表1所示。

圖2

表1 主要元件型號與規(guī)格

1.3 報警器程序設(shè)計

硬件是報警器軀體，程序是報警器系統(tǒng)核心和靈魂，硬件需要依靠程序才能實現(xiàn)完美功能。程序由主函數(shù)和子函數(shù)構(gòu)成。主函數(shù)是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)和調(diào)用各子函數(shù)的關(guān)系。子函數(shù)是功能程序段，用來完成各種實質(zhì)性的功能，如檢測、計算、通訊、輸出、顯示等。本產(chǎn)品子函數(shù)主要有延時函數(shù)、串口初始化函數(shù)、串口發(fā)送字符函數(shù)、串口發(fā)送字符串函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、GMS發(fā)送短信函數(shù)、中斷服務(wù)子函數(shù)、自動應(yīng)答子函數(shù)。當(dāng)單片機(jī)上電時，系統(tǒng)調(diào)用主函數(shù)，先進(jìn)行串口初始化，隨后進(jìn)入無限循環(huán)，不斷執(zhí)行按鍵掃描函數(shù)、GSM發(fā)送短信函數(shù)和自動應(yīng)答函數(shù)。條件滿足時，系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)程序段，實現(xiàn)相應(yīng)功能。其程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

報警器程序代碼可由Keil uVision4軟件編寫，并生成擴(kuò)展名為hex的文件，再通過stc—isp—15xx—v6.85I軟件下載到STC89C52芯片中。其參考的程序代碼如下：

以上程序代碼只要補(bǔ)寫用于接收信息的用戶手機(jī)號碼，便可直接使用。

2. 實驗

需要經(jīng)過周密規(guī)劃設(shè)計，將報警器元器件焊接在7mm×9mm的多孔板上。人體紅外感應(yīng)模塊、GMS移動通信模塊和STC89C52芯片可通過8P排針插座、3P排針插座和40P雙列寬體DIP芯片座與多孔板連接，GMS移動通信模塊應(yīng)配有3G內(nèi)置PCB天線；震動感應(yīng)模塊外部接插件為1.27排針，可用插座間隔焊接到多孔板上，必要時采取飛線連接。為節(jié)約空間，功放模塊可在GMS移動通信模塊下面架空焊接，實現(xiàn)三層走線。所有開關(guān)都選擇立式，并焊接在多孔板右側(cè)邊緣，方便操作。外殼由3D打印而成，內(nèi)藏電池盒、揚(yáng)聲器。其成品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外觀如圖4所示。

圖4 報警器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和報警器外觀

如果硬件焊接和代碼錄入無誤，報警器便能正常工作，幾乎無需調(diào)試。使用時，打開電源開關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)入15s的啟動階段，此時電源指示燈閃爍；當(dāng)電源指示燈停止閃爍一直點亮?xí)r，表明系統(tǒng)啟動完成、開始工作，此時默認(rèn)為不報警、不通話狀態(tài)。按微型輕觸開關(guān)S1，單片機(jī)復(fù)位，重復(fù)上述過程。按微型輕觸開關(guān)S2，循環(huán)設(shè)置通話和不通話狀態(tài)，由指示燈D5亮、滅指示。按微型輕觸開關(guān)S3，循環(huán)選擇人體紅外報警、震動報警、聯(lián)動報警和不報警狀態(tài)，由D1、D2和D3指示燈點亮指示；三燈都不亮為不報警狀態(tài)。當(dāng)報警器接收到報警信號時，D6點亮、蜂鳴器鳴叫，同時發(fā)信息到用戶手機(jī)；若通話開關(guān)打開，用戶可撥打電話，報警器自動接聽，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)聽和通話。報警器一次報警后，延遲3分鐘自動恢復(fù)報警狀態(tài)，重新開始工作。

3. 結(jié)論

采用人體紅外感應(yīng)模塊和震動感應(yīng)模塊采集數(shù)據(jù)，信號輸出靈敏準(zhǔn)確。單片機(jī)程序設(shè)計科學(xué)合理、運行快捷，相關(guān)控制準(zhǔn)確無誤。由于報警器送話器設(shè)置為最高靈敏度，聽筒聲音經(jīng)功率放大，所以在100平米范圍內(nèi)，監(jiān)聽清晰、聲音洪亮，通話順暢，適用多種場合的遠(yuǎn)程報警。

＊ [1]王哲,朱英龍.基于單片機(jī)的火災(zāi)報警系統(tǒng)[J]. 信息通信. 2015(07)

＊ [2]賴顯渺,張政潑,蔣桂平.基于單片機(jī)的熱釋電紅外傳感安防報警電路硬件電路設(shè)計[J]. 裝備制造技術(shù). 2015(06)