白 凈，董春利

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連 116000）

0 引言

防盜報(bào)警是指在發(fā)生突發(fā)情況后，采用聲音、光線或電話等多種報(bào)警方式進(jìn)行報(bào)警，是一種重要的防盜設(shè)施。防盜報(bào)警電路通常由3 部分構(gòu)成，探測(cè)電路；信號(hào)傳輸電路和報(bào)警電路。其中探測(cè)電路主要由傳感器構(gòu)成，目前的探測(cè)手段比較多元化，例如微波、超聲波、聲音控制、壓力控制、紅外探測(cè)、視頻監(jiān)控等；信號(hào)傳輸電路是將探測(cè)電路的探測(cè)信號(hào)傳送到報(bào)警控制端，分為有線傳輸和無線傳輸兩種模式；報(bào)警電路指發(fā)生報(bào)警的形式，有聲音報(bào)警、光報(bào)警、電話報(bào)警、各種聯(lián)網(wǎng)報(bào)警方式等。目前現(xiàn)存的紅外報(bào)警裝置存在易破解、誤報(bào)率高的缺陷；視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)品種復(fù)雜，在體積上、功能上、網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)成本方面都有其弊端，所以成本低、不易破解的防盜報(bào)警裝置更能受到普通消費(fèi)者的歡迎。

考慮上述因素，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的、由壓力信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的防盜報(bào)警裝置有其應(yīng)用價(jià)值。將壓力探測(cè)器置于盜賊入侵處（入門地墊、窗臺(tái)、窗下等），通過壓力探測(cè)信號(hào)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)可通過復(fù)位功能及時(shí)解除。

1 報(bào)警裝置的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

報(bào)警裝置工作流程如下：以壓力信號(hào)作為入侵探測(cè)信號(hào)，由通信模塊將探測(cè)信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)接收至壓力信號(hào)后，啟動(dòng)15 s 計(jì)時(shí)，同時(shí)將計(jì)時(shí)信號(hào)和壓力探測(cè)信號(hào)在顯示模塊上進(jìn)行顯示。在計(jì)時(shí)功能完成后，實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，報(bào)警功能可隨時(shí)解除。

通過上述的工作流程將本裝置分為壓力傳感器模塊、顯示模塊、單片機(jī)模塊、報(bào)警模塊及電源模塊構(gòu)成。各部分的連接關(guān)系如圖1 所示。其中單片機(jī)為本裝置的核心，可實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）接收壓力探測(cè)器的信號(hào)，并將壓力的具體數(shù)值通過外接顯示模塊顯示。

（2）計(jì)時(shí)功能。本裝置為防止誤報(bào)警，是在探測(cè)壓力信號(hào)15 s 后再實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，計(jì)時(shí)時(shí)間將同步至壓力傳感器上。

（3）控制報(bào)警功能。計(jì)時(shí)功能完成后，通過蜂鳴器實(shí)現(xiàn)警報(bào)；也可自動(dòng)撥打電話實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

圖1 壓力傳感器報(bào)警裝置的模塊的相互關(guān)系

通過壓力信號(hào)的探測(cè)完成計(jì)時(shí)功能；計(jì)時(shí)功能結(jié)束可采取電話報(bào)警、聲音報(bào)警、電話報(bào)警等3 種報(bào)警方式；可隨時(shí)通過裝置復(fù)位功能解除報(bào)警。

1.2 硬件設(shè)計(jì)

裝置除單片機(jī)外分為5 個(gè)模塊，分別是壓力傳感器模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊及電源模塊。

單片機(jī)最小系統(tǒng)電路有由單片機(jī)、電源模塊、復(fù)位電路和晶振電路即可完成。考慮到裝置結(jié)構(gòu)、功能等因素，選用51 系列8位單片微形計(jì)算機(jī)；電源模塊可通過電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成5 V 直流源即可，也可由USB 接口提供電源，如圖2 所示，圖中除電源S1 開關(guān)外，電阻為1 kΩ 的限流電阻，LED 燈為電源指示燈；復(fù)位電路由復(fù)位開關(guān)K1、10 kΩ 的接地電阻及60 pF 的電容構(gòu)成；晶振電路的晶振頻率40 MHz 以下均可，本研究選擇Y1 為11.095 2 MHz。

圖2 電源模塊、晶振模塊和復(fù)位模塊

壓力傳感器模塊可選擇指壓式壓力傳感器、電阻式應(yīng)變片薄膜壓力傳感器、稱重傳感器等多種方式，通常需外接轉(zhuǎn)換模塊后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓電流條件與單片機(jī)相連。圖3 選擇電阻式應(yīng)變傳感器模塊及H7X11 電源轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換模塊可與單片機(jī)的輸入輸出接口P2 口（2 位）相連。

顯示模塊由液晶顯示器或LED 數(shù)碼顯示器均可，液晶顯示器需要單獨(dú)配置+5 V 電源，與單片機(jī)的輸出接口P0、P2 共12位相連。單片機(jī)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，將探測(cè)的壓力數(shù)值及計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在屏幕上方。

通信模塊可完成壓力傳感器與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，可通過紅外無線和有線兩種方式進(jìn)行傳播。報(bào)警模塊可選擇聲音報(bào)警、光線報(bào)警、短信報(bào)警和自動(dòng)撥打電話等多種報(bào)警方成。文中裝置以聲音報(bào)警為例，聲報(bào)模塊由蜂鳴器、三極管、1 kΩ 的電阻即可完成，其中三極管的作用將單片機(jī)的輸出信號(hào)完成放大，達(dá)到蜂鳴器報(bào)警所需要的電流條件。

1.3 軟件設(shè)計(jì)

依據(jù)本裝置的硬件原理圖及工作流程圖，軟件編程思路如圖4 所示。軟件設(shè)計(jì)部分主要由單片機(jī)通過程序燒寫文件完成，可選擇軟件Keil、IAR、STC-ISP 等。

圖3 壓力傳感器及其轉(zhuǎn)換模塊

圖4 程序編程思路

（1）圖中初始化程序包括單片機(jī)復(fù)位、蜂鳴器不報(bào)警、顯示屏顯示內(nèi)容清零、計(jì)時(shí)功能暫停等。

（2）I/O 設(shè)定端包括液晶顯示屏I/O 設(shè)置、蜂鳴器I/O 設(shè)置、壓力傳感器I/O 設(shè)置。對(duì)照原理圖，IO 設(shè)定如下：

（3）壓力傳感器編程模塊主要功能為將接收來的壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷弘娏餍盘?hào)后，依據(jù)電流信號(hào)的大小換算成所感受到的壓力，并將壓力信號(hào)顯示在顯示屏幕上。

（4）計(jì)時(shí)模塊主要完成延時(shí)15 s 的報(bào)警功能，在探測(cè)到的壓力信號(hào)為“1”時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)功能；在探測(cè)到的壓力信號(hào)為“0”時(shí)，計(jì)時(shí)功能不執(zhí)行。

（5）顯示模塊的功能在探測(cè)到壓力信號(hào)后，顯示壓力的具體數(shù)值；并將計(jì)時(shí)器所顯示的值進(jìn)行同步顯示；在程序編譯時(shí)需將顯示內(nèi)容、顯示形式、顯示時(shí)間、行列占比等內(nèi)容進(jìn)行考慮。

（6）蜂鳴器模塊的功能：在計(jì)時(shí)功能完成后，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲音，否則不執(zhí)行警報(bào)功能。

（7）復(fù)位模塊的功能：解除警報(bào)，將程序跳至初始模塊，主程序重新執(zhí)行。

此外，程序中為了計(jì)時(shí)模塊和外接設(shè)備的順利執(zhí)行，需要引入定時(shí)器中斷、串行中斷，為了保證信號(hào)接入的準(zhǔn)確性，需要引入延時(shí)模塊程序，還應(yīng)考慮單片機(jī)的執(zhí)行溫度，當(dāng)溫度高于某數(shù)值時(shí)，本裝置處于不工作狀態(tài)。

2 結(jié)語(yǔ)

本裝置通過壓力傳感器完成信號(hào)探測(cè)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警，所配備延時(shí)報(bào)警裝置可防止誤報(bào)警，報(bào)警方式可選擇聲音報(bào)警、光報(bào)警、電話報(bào)警等多種方式。裝置的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件部分通過為單片機(jī)燒寫程序即可完成，整體構(gòu)造低廉、不易破解，具有一定的實(shí)用價(jià)值。