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        觸摸式報警器設計研究

        2016-08-17 03:00:58李世瑾
        中國新通信 2016年14期

        李世瑾

        【摘要】 隨著時代的發(fā)展,傳統(tǒng)的非智能報警器已經(jīng)不能滿足人們的需要。本文設計研究了一種智能化的報警系統(tǒng),觸摸式報警系統(tǒng)集防盜及報警功能于一體,可全天候自動檢測盜警,當有人闖入時,微波探測器檢測到盜情,當確定警情時自動通過語音報警。與傳統(tǒng)防盜報警器相比,它具有多種信號觸發(fā)報警、多角度對報警源進行布防,更加符合人們要求及生活習慣,可以達到智能化和減少錯誤報警率的效果。

        【關鍵詞】 觸摸式 防盜探測器 信號轉化

        一、引言

        經(jīng)濟的快速發(fā)展導致了人員的大量流動,自然地,我們周圍的環(huán)境也變得不那么安全,所以報警器也就應運而生。本文根據(jù)用戶的實際情況進而分析這個要求,在物理或電子技術的基礎上來實施,通過產(chǎn)生報警信號來通知正在值班的人員有特殊情況發(fā)生[1],然后進行報警器的總體設計,并劃分子系統(tǒng),最后進行測試,設計出一個人性化的觸摸式報警器。

        本防盜報警系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的電子安全報警系統(tǒng)來進行優(yōu)化的,該系統(tǒng)的設計是將語音報警技術、智能控制和電子探測相結合,從而形成一個防盜的報警系統(tǒng)[2]。與傳統(tǒng)防盜報警器相比,它具有多種信號觸發(fā)報警,多角度對報警源進行布防,更加符合人們要求及生活習慣,達到優(yōu)化的效果。

        觸摸式報警系統(tǒng)具有以下特點和功能:

        1.系統(tǒng)采用模塊化設計。報警器能夠快速、準確地采集到受控現(xiàn)場的安全狀態(tài),經(jīng)確認后通報給中央控制器[3]。并能夠可靠準確地對險情進行報警,通過語音報警系統(tǒng)通知附

        近的安保人員。報警完畢自動回到警戒狀態(tài),等待下一次報警信號。

        2.用戶端自動報警器可同時檢測傳輸線路或探測器自身發(fā)生的故障(如探頭斷線或掉電等), 并可向中央控制器報告故障情況,這一功能的設計可以更好的防止監(jiān)控設備遭受不正常情況的破壞時,提醒用戶實時核對情況[4]。

        3.報警器的用戶端提供備用電源,在沒有電的情況下,交直流供電自動切換,確保系統(tǒng)在停電狀態(tài)下能繼續(xù)工作。

        二、整體電路設計

        2.1 總體方案設計

        本文所設計的報警系統(tǒng)是一種在任何場合都可使用的由555定時器、蜂鳴報警器和電子開關為基本元件組成的觸摸式報警器[5]。如圖1為系統(tǒng)設計框圖。

        該系統(tǒng)的各個組成模塊電路包括檢測電路模塊、定時電路模塊、頻率控制電路模塊、語音報警電路模塊。檢測電路模塊是用來檢測出我們?nèi)祟惒蝗菀装l(fā)現(xiàn)的一些可能對人造成危害的行為,并在電路中轉變信號,使報警器能夠發(fā)出警報。頻率控制電路模塊的設計要求則是產(chǎn)生不同頻率,也可以使得不同頻率對應不同的報警聲音,讓安保人員清楚地知道發(fā)生了什么。

        不同情況產(chǎn)生的報警信號通過頻率控制模塊輸入到接下來的電路中,產(chǎn)生報警信號。語音報警電路模塊就是將前述電路收到的報警信號轉變?yōu)楦鞣N報警信號告知安保人員或者語音報警。

        2.1.1 檢測電路

        檢測電路是本系統(tǒng)最為關鍵的地方。一般情況下,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是停留在穩(wěn)態(tài)的狀況下,若在此時有一段外界脈沖接入到觸發(fā)器內(nèi),則觸發(fā)器的狀態(tài)也就會隨之改變,變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)。

        多諧振蕩器是一種在接通電源后就能產(chǎn)生一定頻率和幅值矩形波的自激振蕩器,常作為脈沖信號源[6]。在防盜報警器系統(tǒng)中,由于需要產(chǎn)生不同脈寬、不同頻率的脈沖信號。當接通電源后,電路的常態(tài)不會發(fā)生變化,接下來先對電容進行充電,讓其電壓大于2/3Vcc。本系統(tǒng)設計由定時模塊控制輸出脈沖的時間長短,一段時間后,就會由暫穩(wěn)態(tài)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)狀態(tài)。所以,定時模塊的不同,也就導致了這一時間段的時間長短不同。

        2.1.2 定時模塊

        定時模塊是控制一段脈沖持續(xù)的時間長短,而這段時間也決定了產(chǎn)生信號的搞或低電平所能維持的時間,這段時間是由電路各元件參數(shù)來決定的。又因為555芯片也可以做成具有定時作用的觸發(fā)器,所以就用了555芯片替代定時模塊。

        2.1.3 頻率控制模塊

        系統(tǒng)設計要求產(chǎn)生一段固定的頻率,使其能夠發(fā)出報警聲音,這段固定頻率為1.2K HZ。根據(jù)系統(tǒng)設計要求,要產(chǎn)生一段為1.2KHZ的頻率段,而在電容方面,我們可以選0.1uf的一個電容。

        2.2 NE555芯片的選擇

        NE555芯片用途十分普遍,這類系列的芯片之需要很少的電阻和電容就能產(chǎn)生各種不同頻率的脈沖信號,但其他系列的芯片不僅需要的元件多,而且穩(wěn)定性也不如這一系列的高,所以我們主要采用NE555來設計。

        三、Protel 99 SE仿真

        3.1 Protel99 SE簡介

        隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,電路構成的復雜化與精密化,器件體積的減少與功能變得越來越復雜,電路板的結構也就變得愈來愈復雜與精密,這使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝隨著計算機的發(fā)展和普及,逐漸將計算機輔助設計技術引入其中[7],而相應軟件的發(fā)展是伴隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展而前進的。Protel是當今電子行業(yè)廣泛使用的EDA軟件之一,由于其功能實用、界面友好、操作簡便,一經(jīng)推出,立即為廣大用戶所接受,成為世界PC平臺上流行的電子設計自動化軟件之一。

        Protel 99 SE包含四個功能模塊:1.原理圖設計系統(tǒng);2.印制電路板設計系統(tǒng);3.電路仿真系統(tǒng);4.邏輯器件設計系統(tǒng)。

        3.2 仿真分析及結果驗證

        3.2.1 仿真的步驟

        (1)設置原理圖圖紙大小。在設計開始時,要先根據(jù)電路的復雜程度確定圖紙的大小以滿足將來設計的要求。

        (2)圖紙設置。對原理圖的環(huán)境進行設計,合理的設置對于工作效率的提高有很大幫助。

        (3)放置元件。要先估計一下元件分布的位置,這回直接影響繪制效率以及原理圖的外觀。

        (4)進行電氣連接,即布線。

        (5)放置注釋。可以使原理圖更加清晰。

        (6)生成報表文件。

        (7)保存和打印。

        3.2.2 仿真分析

        1)系統(tǒng)工作過程驗證如下。

        (1)當電路沒有外界脈沖或電流刺激時,電路就會輸出低電平。

        (2)當有人或外界電流刺激時,信號就會經(jīng)過D1的整流,進而得到一道負脈沖的脈沖信號。這個時候的電路就會發(fā)生變化,NE555芯片的2 腳就會變?yōu)榈碗娖?,? 腳會輸出高電平。

        (3)當人體離開觸摸極后,C1通過R1充電,芯片6或7腳電平逐漸升高,電壓會一直升高,當V+大于等于2/3VCC的時候,電路就會復位,3 腳也會從高電平轉變?yōu)榈碗娖?。由此,觸摸式報警器靜態(tài)(低輸出)→觸發(fā)(高輸出)→延時(高輸出)→復位(低輸出)工作流程完成[8]。

        在平常狀態(tài)下,電路上面的金屬片沒有人觸碰,所以,3 腳還是輸出的是低電平,所以電路不會有任何反應。但是一旦有人觸碰到了電路上的金屬片,NE555就會接收到人體上的微弱電流,進而原本穩(wěn)定的電路就會被打破,由單穩(wěn)態(tài)轉變?yōu)闀悍€(wěn)態(tài)。

        NE555的3 腳就會接收變化信號,由原來的低電平變?yōu)楦唠娖?。該變化信號會?jīng)過電阻R2,通向Q1,使其導通,放大器放大信號使得蜂鳴器發(fā)出報警聲,因為其電路狀態(tài)發(fā)生改變時,電源開始經(jīng)R3對C1進行充電,充電時長約為1.1R3C1這么一段時間,經(jīng)過這段時間,電路就會由暫穩(wěn)態(tài)恢復到穩(wěn)態(tài)狀態(tài),電路也就保持穩(wěn)定[9]。而此時,3 腳的電平也會從高變低,恢復穩(wěn)定狀態(tài),即電路停止報警。

        2)系統(tǒng)功能仿真驗證

        本系統(tǒng)設計包含了4個部分:檢測電路、定時模塊、頻率控制模塊和語音報警。我們設計的電路是用NE555設計而成的,實物中的2號腳接了一塊金屬片。在我們試驗中,當用手觸碰到金屬片的時候,NE555所在的電路就會產(chǎn)值一個高電平信號,這時第二片NE555的四管腳電平為高,為振蕩電路[9],此時,這部分開始工作,會產(chǎn)值我們所需要的一個脈沖信號,即1.2KHZ的信號。最外端連接的蜂鳴器也就會發(fā)出警報聲音報警。

        四、結束語

        本文所設計的防盜報警系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的電子安全報警系統(tǒng)來進行優(yōu)化的,系統(tǒng)的設計智能化體現(xiàn)在將語音報警技術、智能控制和電子探測相結合,從而形成一個的全方位多角度信息采集的報警系統(tǒng)。該套報警器有一個中心原件,就是傳感器,因為傳感器的類型不同,也就導致其應用在不同的報警器上,更能為多數(shù)人使用,同時還需要用戶在接下來的應用中進行更多的驗證和完善。

        參 考 文 獻

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        [4] 王建珍 .電子技術與軟件工程[J].基于單片機的防盜報警器設計,2013,10(1):23-25.

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        [6] 趙巍,馮娜.單片機基礎及應用[M].北京:清華大學出版社.2009

        [7] 陳堅,趙玲 .電力電子技術及應用[M].北京中國電力出版社.2006

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