李書婷

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

基于單片機的聲控報警器設(shè)計

李書婷

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

介紹了一種以51單片機和駐極話筒為核心的聲控報警器系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)利用駐極體話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換成51單片機能夠識別的電信號來控制報警器發(fā)出警報聲和燈光報警。設(shè)計制作的聲控報警器結(jié)構(gòu)簡單，能夠迅速識別聲音實現(xiàn)報警，具有電路簡單、成本低廉、使用壽命長、靈敏度高的特點，可被廣泛應(yīng)用于家庭防盜以及企業(yè)生產(chǎn)的噪音檢測中，具有實際應(yīng)用價值。

51單片機；聲控電路；駐極體話筒

隨著中國經(jīng)濟的崛起，中國已經(jīng)成為國外很多報警器企業(yè)所看好的低成本市場。尚普咨詢［1］作為國外報警器行業(yè)的龍頭老大通過科學(xué)的市場分析也在逐步加大國內(nèi)的投入。目前聲控報警器在很多領(lǐng)域都能對事故起到很好的提醒防范，在這一點上比攝像頭更加的有效和方便。目前市場上出現(xiàn)各種各樣性能各異的報警器品種：如磁控報警器［2］、振動報警器［3］、聲控報警器、超聲波報警器［4］、微波報警器［5］、紅外報警器［6］、激光報警器［7］、視頻運動報警器［8］、感煙報警器［9］、感光報警器等，有利用將音頻切換和聲控報警合二為一的DL2410A聲控報警機箱［10］，還有集報警、微型監(jiān)視、對話和聲像圖文記錄于一體的可視報警器［11］。本文設(shè)計采用駐極體話筒將聲音信號轉(zhuǎn)換成51單片機能夠識別的電信號來控制報警器發(fā)出警報，該設(shè)計使用元件少，電路簡單、成本低廉，能迅速識別物體的撞擊聲，行人的腳步聲，車輛行駛的震動聲并轉(zhuǎn)化為電信號，觸發(fā)警報器發(fā)出警報，且成本低廉，使用壽命長，靈敏度高。該聲控報警器可被廣泛應(yīng)用在家庭防盜以及企業(yè)生產(chǎn)中檢測機械內(nèi)部噪音的過程中，具有廣泛的實際應(yīng)用價值。

1 硬件設(shè)計

聲控報警器系統(tǒng)設(shè)計按照所假定的條件和要求，確定主要的組成部分：主要控制芯片、聲電轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較集成器LM358N、報警模塊。

1.1 主要控制芯片AT89C52

AT89C52是8位單片機的一種，它具有低電壓，高性能的特點，采用的是C51的內(nèi)核。AT89C51與AT89C52在管腳排布及功能上都很相似的，AT89C51內(nèi)部有8位可反復(fù)讀寫的只讀存儲器和256位的隨機存取的數(shù)據(jù)存儲，它采用的是兼容MCS51指令系統(tǒng)的存儲技術(shù)［12］，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，它的內(nèi)部有通用的8位中央處理器片和存儲結(jié)構(gòu)，它的功能有：對匯聚主IC的內(nèi)部寄存器，對數(shù)據(jù)的RAM及外部接口等功能部件的初始化，AT89C52單片機在目前國內(nèi)外的電子行業(yè)中有著廣泛的市場［13］，見表1。

表1 AT89C52的各管腳功能

1.2 聲電轉(zhuǎn)換模塊

聲電轉(zhuǎn)換模塊是一個駐極體話筒。駐極體話筒價格低廉，體積小，構(gòu)造簡單，電聲性比較好，大多被應(yīng)用于小型錄音機，無線話筒以及各種聲控電路中。如圖1所示，駐極體話筒有兩個組成部分：聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動膜。它的一面有一層金屬薄膜和一層塑料薄片，經(jīng)過高壓電場駐極它的兩邊會帶有一定的正負電荷。金屬薄膜與極板組成一個電容。當金屬薄膜膜片遇到聲音產(chǎn)生的波振動時，引起兩端的電場的變化，從而輸出的電壓會隨聲波變化而變化。金屬薄膜與極板組成一個電容的電容量一般只有幾十pF，所以它的阻抗非常大不能和音頻放大器直接連接。實際使用過程中經(jīng)常在中間連接一個場效應(yīng)管或晶體管進行阻抗變換。

1.3 電壓比較集成器LM358N

LM358是電壓比較器，主要用來比較輸入端兩邊電壓的大小，然后使輸出翻轉(zhuǎn)，以達到控制的目的。LM358主要由兩個獨立的、高增益并且能夠進行內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器組成。LM358在額定工作條件下輸出電流與電源的電壓無關(guān)，即可適用于雙電源模式，也可適合于電源電壓變化較大的單電源模式，見表2。

圖1 駐極體話筒結(jié)構(gòu)

表2 電壓比較集成器LM358N基本參數(shù)

1.4 報警模塊

報警模塊由一個LED閃爍指示燈和一個揚聲器組成，見圖2。

圖2 報警模塊

2 電路設(shè)計

2.1 聲控電路

駐極體話筒將接收到的聲音信號轉(zhuǎn)換成比較小的電壓信號，然后，微弱的電壓信號經(jīng)過兩級放大器放大，放大后的信號電壓通過遲滯比較器轉(zhuǎn)變成單片機識別的高低電平信號，經(jīng)過雙向穩(wěn)壓管變成翻轉(zhuǎn)單片機識別的電平信號，然后傳給單片機的外部終端P3.5，如圖3所示。

圖3 聲控電路

2.2 復(fù)位電路

整個系統(tǒng)通電時提供一個復(fù)位信號，使系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，電源穩(wěn)定后經(jīng)一定的延時撤銷復(fù)位信號，以防由電路開關(guān)過程中的抖動而影響系統(tǒng)的正常反應(yīng)。本設(shè)計采用的復(fù)位電路如，如圖4所示。

圖4 復(fù)位電路

2.3 時鐘電路

在51單片機的里面有一個高增益的反相放大器，反相放大器構(gòu)成振蕩器，這個振蕩器的引腳有輸入引腳XTAL1和輸出端引腳XTAL2。自激振蕩器由引腳XTAL1和輸出端引腳XTAL2連接這石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩時鐘電路，如圖5所示。

圖5 時鐘電路

2.4 系統(tǒng)電路

利用駐極話筒作為接收器，將駐極話筒接收到的聲音信號進行整流，濾波，放大后變?yōu)閱纹瑱C能夠識別的數(shù)字信號，然后將信號發(fā)送到51單片機，51單片機通過對信號的識別來控制揚聲器發(fā)出報警聲和閃爍LED燈的亮滅。

將單片機模塊、聲控模塊、復(fù)位電路、時鐘電路與報警模塊正確連接，然后整個系統(tǒng)的電路圖如圖6所示。

3 測試與結(jié)果

當有聲音時，聲控電路通過LM358電壓比較器控制，當聲音高于設(shè)定的分貝大小時被駐極體話筒接收到，此時聲控電路中的LM358正電壓就會比負電壓小，給單片機輸入低電平，發(fā)光二極管接收到低電平就會發(fā)光。

無聲音時LM358正輸入電壓比負輸入電壓大，單片機重新輸出高電平，單片機識別后從P1輸出高電平使發(fā)光二極管處于熄滅狀態(tài)保持不變至再次接收到聲音信號為止。

當聲控報警器放在音箱前接收巨大噪音產(chǎn)生聲波信號時，對報警器的工作并沒有影響，說明報警器可以在超負荷噪音下工作，當聲控報警器放在安靜的室內(nèi)沒有任何噪音的情況下好幾天，都未曾報警過一次，說明報警器在正常無故障情況下不會產(chǎn)生錯誤報警，即不會影響人們的正常工作生活。

圖6 系統(tǒng)電路

［1］尚普咨詢.2014-2017年中國防盜報警器材市場分析調(diào)研報告［R］.北京：尚普咨詢，2015.

［2］張世棟.磁控報警器［J］.電氣時代，1986（2）：11.

［3］王剛勤.振動報警器的制作［J］.中小企業(yè)科技信息，1998（6）：21.

［4］陳軍良.便攜式超聲波報警器的研制［J］.農(nóng)村電氣化，2011（1）：59-61.

［5］肖軍.微波報警器［J］.電氣時代，1991（9）：10.

［6］董吉虹，白明，郎培，等.熱釋電紅外報警器的設(shè)計［J］.天津理工大學(xué)學(xué)報，2007，23（5）：72-74.

［7］楊冬英.激光報警器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2014，27（11）：12-14.

［8］董晶，傅丹，楊夏.無人機視頻運動目標實時檢測及跟蹤［J］.應(yīng)用光學(xué)，2013，34（2）：255-259.

［9］趙連茂.德國創(chuàng)新光電感煙報警器英國造出新型滅火機器人［J］.勞動安全與健康，1999（6）：49.

［10］潘建新.聲控報警器［J］.電子制作，2009（9）：20.

［11］謝福元，李紀輝.可視報警器初探［J］.中國安全防范，1993，1（3）：36-37.

［12］孫涵芳.MCS-51系列單片機原理及應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996：24-25.

［13］張毅剛.單片機原理及應(yīng)用［M］.北京：高教出版社，2005：122-124.

（責任編輯：李堆淑）

Design of Acoustic Alarm Based on Single-chip Microcomputer

LI Shu-Ting
（College of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University，Shangluo726000，Shaanxi）

A kind of acoustic alarm system is designed by 51 single-chip microcomputer and electret condenser microphone is introduced.The voice converts signal by electret condenser microphone and put into 51 single-chip microcontroller to control sound alarm and light alarm.This acoustic alarm has simple structure，fast response，able to quickly identify voice，low hardware cost，high sensitivity and long service life.It can be widely used in home security and the production of noise detection，so it has important practical applications.

51 single-chip microcomputer；voice circuit；electret condenser microphone

TP277.1

A

1674-0033（2015）04-0011-04

10.13440/j.slxy.1674-0033.2015.04.004

2015-05-19

收稿日期：商洛學(xué)院教育教學(xué)改革研究項目（14JYJX115）

李書婷，女，陜西商州人，碩士，講師