李桂平，黃有全

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子系，湖南 長沙 410004）

近年來夜間入室盜竊事件頻發(fā)，給人們的財產(chǎn)帶來損失，更給人們安全帶來威脅和造成極大的心理負擔(dān)。具有時間智能切換、熱釋紅外和激光入侵檢測和多種報警功能的低成本智能防盜報警器能給人們安全居家生活帶來新的希望。

1 智能防盜報警器電路結(jié)構(gòu)

防盜報警系統(tǒng)是用電子技術(shù)自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，阻嚇非法入侵人員并向主人或安全保衛(wèi)人員發(fā)出警示。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防盜竊事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點，使于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。

圖1 智能防盜報警器結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Intelligent anti-theft alarm system structure diagram

智能防盜報警器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由單片機控制單元、震動探測單元、多路紅外探測單元、多路激光探測單元、強光報警單元、聲音報警單元、電話遠程撥號報警單元、實時時鐘單元、遙控單元、無線發(fā)送單元和電源模塊等部分構(gòu)成。

1.1 控制單元

采用STC12C5A微控制器作為防盜報警器的控制核心。它有20 K的FLASHPROM；16 K的EEPROM無需擴展外部存儲器；8通道，10位高速ADC，速度可達到25萬次/秒，2路PWM還可當D/A使用；1 280字節(jié)的RAM和 36線I／0口，完全可以滿足本系統(tǒng)的要求。內(nèi)置看門狗電路，它是一種集看門狗、電壓監(jiān)控和EEPROM低成本高性能高速微控制器。微控制器實時檢測安裝在門窗位置的震動檢測傳感器、激光檢測傳感器和熱釋紅外傳感器獲得的檢測信號，如果在需要報警的時段檢測到非法入侵信號，則輸出強光報警、聲音報警，現(xiàn)場驅(qū)趕入侵者，同時向主人或安全保衛(wèi)人員報警。如果設(shè)置為遠程報警模式，可以啟動遠程電話撥號報警，與主人或保衛(wèi)值班室取得聯(lián)系。

圖2 紅外探測單元結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Infrared detection unitstructure diagram

1.2 紅外入侵探測模塊

圖2是熱釋紅外探測單元結(jié)構(gòu)框圖。由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成。圖中，菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報警器設(shè)計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號以供信號處理部分使用；靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)人侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，將檢測的信號送到微控制器進行處理，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。

信號檢測與處理由專用運算放大器BISS0001完成，BISS0001內(nèi)部由電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。

1.3 激光探測模塊

激光具有單向性好，無散射，照射距離遠，檢測靈敏度極高的特點。當入侵者通過激光的光路時會阻斷的光路，檢測電路就會檢測出入侵行為。圖3是激光探測電路。激光發(fā)送二極管L1安裝在入侵者必經(jīng)的入口處的一端，光敏二極管安裝在另一端。在啟動激光檢測后，L1發(fā)出激光，光敏二極管L2檢測到激光，電阻小，信號經(jīng)過比較器LM339和施密特觸發(fā)器整形后傳送給微控制器。由于激光的方向性好，人眼視覺看不見入口通道有光線，入侵者經(jīng)過時必然會阻斷光線，光敏二極管L2的電阻增加，信號經(jīng)過比較器LM339和施密特觸發(fā)器整形處理后供微控制器判斷和發(fā)出報警信號。

圖3 激光探測電路圖Fig.3 Laser detection circuit diagram

1.4 振動探測模塊

圖4 振動探測電路圖Fig.4 Vibration detecting circuit diagram

1.5 強光和聲音報警模塊

當安防范圍內(nèi)有入侵者時單片機發(fā)出控制信號控制強光和聲音報警模塊工作。圖5是強光和聲音報警模塊的電路圖。聲音報警模塊是由一個三極管控制聲音報警器工作，它的工作原理是當STC12C5A微控制器的P0.0輸出低電平時三極管導(dǎo)通，聲音報警器工作，當STC12C5A微控制器的P0.0輸出高電平時三極管截止，聲音報警器不工作；強光報警模塊是由一個三極管和一個繼電器控制強光報警器工作，它的工作原理是當STC12C5A微控制器的P00輸出低電平時三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，強光報警器工作，當STC12C5A微控制器的P00輸出高電平時三極管截止，繼電器釋放，強光報警器不工作。當紅外入侵探測模塊、激光探測模塊和振動探測模塊這3個模塊檢測到有信號輸入時，這三個模塊工作，就向STC12C5A微控制器發(fā)出控制信號，STC12C5A微控制器的P0.0輸出低電平，使聲音報警模塊中的三極管導(dǎo)通，啟動聲音報警器；同時也使強光報警模塊中的三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，啟動強光報警。

圖5 強光和聲音報警模塊Fig.5 Light and sound alarm module

1.6 電話撥號遠程報警模塊

電話拔號遠程報警模塊由電話號碼預(yù)設(shè)電路、自動摘機和自動拔號3部分組成。

電話號碼預(yù)設(shè)電路的設(shè)計是為了方便用戶錄入電話號碼。當出現(xiàn)警情時，系統(tǒng)將撥打事先錄入的電話號碼進行遠程報警，此處要設(shè)計一個4行4列的鍵盤，為了軟件設(shè)計的方便，可通過兩個74HC245連接16個鍵，通過簡單的查詢程序即可錄入鍵盤輸人值。編碼器采用CSC5087，它根據(jù)不同的按鍵產(chǎn)生一組雙音頻信號，CCITT（國際電報電話咨詢委員會）規(guī)定了按鍵與高、低頻組的組合。例如，按下“8”鍵，發(fā)出編號器信號頻率為fL=852 Hz、fH=1 336 Hz。譯碼器為SC8870解碼器，它將每一個編碼信號譯成一個4位二進制代碼輸出，16個DTMF編碼信號分別對應(yīng)0000～1111共16個二進制代碼。例如，對CSC5087送出的fL=852 Hz、fH=1 336 Hz的DTMF 信號，SC8870 譯碼后輸出“1000”代碼，對應(yīng)按鍵“8”。

當有電話打入時，系統(tǒng)判斷振鈴的次數(shù)，達到預(yù)定的次數(shù)而電話仍沒摘機系統(tǒng)將自動摘機。將電話振鈴信號通過光電耦合器TP521輸入到STC12C5A微控制器的TO腳，進行計數(shù)，接到振鈴信號時，若連續(xù)振鈴10次后，用戶還沒有摘機，則自動轉(zhuǎn)到遠程語音報警系統(tǒng)，STC12C5A微控制器置“1”相應(yīng)引腳輸出信號實現(xiàn)自動摘機功能。若在10次振鈴中，主人接通電話，則控制器不響自動摘機掛機：自動摘機是遠程報警和接收電話的前提。程控電話交換機判斷電話線路是否摘機的根據(jù)是回路電流突然增大到30 A左右則認為電話已經(jīng)摘機。當有報警信號或者外界有電話打入，需要系統(tǒng)摘機接通電話時，STC12C5A微控制器P1.7口變高電平，使NPN三極管導(dǎo)通，繼而接通，從而電話回路被接通，實現(xiàn)了自動摘機。當P1.7口變低電平時系統(tǒng)實現(xiàn)掛機。

撥號電路是利用MT8880可實現(xiàn)DTMF的收發(fā)和信號音的判斷功能。當要發(fā)送信，DTMF信號時，將MT8880設(shè)為DTMF發(fā)送模式，單片機會把電話號碼的每一位發(fā)送給MT8880，轉(zhuǎn)變成對應(yīng)的DTMF信號發(fā)送到電話線上，實現(xiàn)自動撥號。在選擇突發(fā)模式的情況下，每發(fā)送一個電話號碼，MT8880都可以給單片機產(chǎn)生一個中斷信號。DO～D3接STC12C5A微控制器的 P1.0～P1.3。MT8880的 IRQ／CP端與STC12C5A微控制器的TO連接，IRQ／CP端輸出同TONE端輸入的正弦波一一對應(yīng)的方波，記方波的個數(shù)即可判斷各種信號音。當判斷信號音時，MT8880設(shè)置為信號音判斷模式（CALL模式），然后啟動TO計數(shù)器對IRQ／CP端輸出的信號進行計數(shù)，因為回鈴音為1 s通4 s斷的信號，所以記數(shù)時間為5 s，又因為撥號音為450 Hz連續(xù)信號，忙音為0.35S通0.35S斷，如果計數(shù)值為 350～550（450*l=450）則為回鈴音，2 150～2 350（450*5=2 250）為撥號音，計數(shù)值 1 025～1 225（450*5/2=1 125）為忙音，催掛音為連續(xù)的950 Hz的正弦波，所以記數(shù)值大于4 000。記數(shù)值的范圍可以適當調(diào)整。自動拔號的執(zhí)行是通過單片機控制MT8880芯片和繼電器來實現(xiàn)的，當自動拔號系統(tǒng)接收到報警系統(tǒng)送來的報警信號后自動摘機，然后自動拔相應(yīng)的電話號碼進行報警。工作原理是利用單片機的一個8位I/O口對開關(guān)三極管及MT8880芯片進行控制，實現(xiàn)電話自動摘機及自動拔號報警功能。

1.7 實時時鐘模塊

實時時鐘模塊用美國Dallas公司生產(chǎn)的串行時鐘DS12887芯片實現(xiàn)。它是一種高性能的時鐘芯片，可自動地對秒、分、時、日、周、月、年進行計數(shù)，可以方便地與單片機接口，從而解決并行實時芯片使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，而且DS12887時鐘芯片沒有內(nèi)置電池，在電路掉電的情況下能繼續(xù)計時，在電路恢復(fù)供電之后不需要校正時間。

DS12887是美國DALLAS公司生產(chǎn)的時鐘日歷芯片，具有24個引腳。DS12887和MC146818B及DS1287管腳兼容。內(nèi)部自帶鋰電池，在沒有外部電源的情況下可工作十年。它有內(nèi)部集成晶振。可計算到2100年前的時、分、秒、星期、日、月、年7種日歷信息，并帶閏年補償。用2進制或BCD碼代表日歷或鬧鐘信息。可選用夏令時模式。可以選用MOTOROLA和INTEL兩種總線模式。它采用數(shù)據(jù)地址總線復(fù)用模式。內(nèi)鍵128字節(jié)RAM，這128字節(jié)RAM中前14字節(jié)是時鐘控制寄存器。其余為通用RAM。它可以輸出可編程方波。它可以產(chǎn)生3種可編程中斷；1）時間中斷，可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷；2）周期性中斷，可產(chǎn)生122 ms到500 ms周期性中斷；3）時間更新結(jié)束中斷。

DS12887由晶振，周期中斷/方波選擇器，方波輸出，寄存器 ABCD， 時鐘/日歷/鬧鐘 RAM，114字節(jié)通用 RAM，BCD/二進制數(shù)碼累加器，時鐘/日歷更新，總線選擇，電源開關(guān)和寫保護這些部分組成。當VCC高于4.25 V 200 ms之后，芯片可以被外部程序操作。當VCC低于4.25 V時，芯片處于寫保護狀態(tài)，所有的輸入均無效，同時所有輸出呈高阻狀態(tài)，當VCC低于3 V時，DS12887自動將供電方式改為由內(nèi)部電池供電。時鐘模塊DS12887的AD口與單片機STC12C5A的I/O口相連，進行時間、日歷數(shù)據(jù)輸出。

2 控制程序設(shè)計

在開機后，單片機首先進行初始化，將數(shù)碼管、高音警報器、炫目燈等外設(shè)關(guān)閉，同時將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時計數(shù)器T1開啟，關(guān)閉外部中斷1允許位和定時計數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來觸發(fā)外部中斷0，熱釋電傳感器用來觸發(fā)外部中斷1，外部中斷1允許位的開啟與關(guān)閉由外部中斷0來控制。方便對報警器進行布防與撤防功能。定時計數(shù)器T0用來控制高音報警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報警聲；定時計數(shù)器T1用作延時函數(shù)。初始化完成后，若無中斷請求信號，系統(tǒng)則使數(shù)碼管的Dp小點閃爍。

初始化完成后，若布防/撤防按鍵第一次按下，則觸發(fā)外部中斷0，將外部中斷1允許位打開，也就是說現(xiàn)在單片機可以接收傳感器的信號并作出相應(yīng)的動作，若傳感器感受到在檢測范圍內(nèi)有人活動，則將信號傳輸給單片機，觸發(fā)外部中斷1，使數(shù)碼管顯示E、同時炫目燈與高音報警器打開，實現(xiàn)聲光報警功能。

3 結(jié) 論

以STC12C5A單片機為核心，結(jié)合多路激光探測電路、紅外探測電路、實時控制電路、數(shù)字語音錄放電路、振動探測電路、遠程撥號電路和大功率強光報警和聲音報警，以及其他的外圍輔助電路，構(gòu)成了一款高性能的智能安防報警器?？蓪崿F(xiàn)防盜、防火等安防功能。它能智能地區(qū)分各種警情、自動數(shù)字語音電話報警，可接收遠端的電話遙控指令，又有大功率繼電輸出口。特別適合現(xiàn)代小區(qū)的安防系統(tǒng)。

[1]趙景員.力學(xué)[M].北京：北京高等教育出版社，1979.

[2]孫涵芳.Intel16位單片機[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995.

[3]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.

[4]張元敏.基于AT89C52的遠程智能語音防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008（13）：100-103.

ZHANG Yuan-min.Design oflong-distance intelligent automatic telephone warning system based on AT89C52[J].Modern Electronics Techngue，2008（13）：100-103.

[5]于永.51單片機C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[6]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.