【正文】 無線防盜報警器的設(shè)計與制作 1 四路無線防盜報警器的設(shè)計與制作 引 言 隨著國家智能化建筑的推廣，防盜系統(tǒng)已經(jīng)成為智能建筑的必需設(shè)備。在這樣一個日趨高度智能化、節(jié)能化的時代，人們的設(shè)計焦點越來越集中在單片機的開發(fā)和應(yīng)用上。單片機已在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機床、數(shù)據(jù)采集和處理、通訊及多種智能家電和玩具等眾多方面得到了廣泛應(yīng)用。市場上的無線防盜報警器以單片機控制和無線技術(shù)居多 [1]。本設(shè)計四路防盜報警器就是基于單片機設(shè)計開發(fā)的一種實用性產(chǎn)品。具有可靠性高、操作簡單、監(jiān)控范圍廣、節(jié)省人員、效率高、適用范圍廣等眾多優(yōu)點。無線數(shù)據(jù)傳 輸方式無需重新布線，不易被破壞，特別適合已裝修用戶及布線不方便的場合，能使建筑更加美觀 [2]。 無線防盜報警器的設(shè)計與制作 2 第一章 四路無線防盜報警器方案設(shè)計 設(shè)計背景及意義 在目前安全防范入侵報警系統(tǒng)的應(yīng)用中，各種各樣的建筑不同，安全防范的要求也不同，因此每一個安全防范入侵報警系統(tǒng)的構(gòu)成也都不同。從一個報警探測器和一臺報警系統(tǒng)控制主機，到幾百個以至上千個報警探測器和報警系統(tǒng)控制主機構(gòu)成的系統(tǒng)都有應(yīng)用。有些大型報警系統(tǒng)控制器主機功能也相當(dāng)豐富，除了安全防范報警以外，還可以作為自動化控 制系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)使用。有的報警系統(tǒng)包括無線系統(tǒng)、時間表控制系統(tǒng)、繼電器控制系統(tǒng)，可以方便地構(gòu)成家居及辦公自動化系統(tǒng)。 總之防盜報警系統(tǒng)在向多功能、大容量、智能化發(fā)展，越來越成為一套完整的集安全防范、自動化控制等為一體的綜合管理系統(tǒng)體系 [3]。 縱觀當(dāng)前形勢，可以預(yù)計防盜報警產(chǎn)品即將走入千家萬戶的生活。目前防盜報警產(chǎn)品在我國的普及率只有 20%，與歐美等發(fā)達國家高達 70%的普及率相比，我國防盜報警產(chǎn)品市場的發(fā)展才剛剛起步，潛在需求更是難于估計。 另一方面，在社會信息化進程日益發(fā)展的今天，信息技術(shù)已滲 透到各個領(lǐng)域。然而收入差距的拉大也大大增加了犯罪機率。相對于國外的智能建筑來說，中國的住宅、商場的防盜措施不是特別完善。特別是住宅所局限的防盜窗和防盜門，雖然起到一定作用，但是當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時，也使逃生更加的困難了。無線防盜報警器的應(yīng)運而生使許多的問題迎刃而解。未來發(fā)展越趨向于智能化發(fā)展，我們所生活的建筑物智能化便成為 21 世紀的發(fā)展主流。其中安防系統(tǒng)設(shè)備是否完善、可靠將成為評價智能建筑的重要指標 [4]。 功能設(shè)計 四路無線防盜報警器的功能是：信號發(fā)射端感應(yīng)器感應(yīng)到外界的動靜，將信號進行放大、比較、無線 發(fā)送，信號經(jīng)無線接收由單片機作出判斷，使對應(yīng)的燈亮，并發(fā)出聲音警示。其中發(fā)射端可以設(shè)置地址，有 4 個地址可選，接收端可以做出對應(yīng)燈亮的判斷。當(dāng)有多個這樣的發(fā)射端時，將發(fā)射端移動位置時，可以對其重新設(shè)置地址。另外這四個地址可以應(yīng)用成四個不同地址的發(fā)送端，相當(dāng)于四對一無線防盜報警器。 系統(tǒng)設(shè)計方案 前端探測器設(shè)計方案比較 主要用于防盜報警的 前端探測器有：超聲波、微波、被動 式 紅外 探測器。 利用超聲波傳感器件作為發(fā)射頭和接收頭，發(fā)射器向被探測區(qū)域發(fā)射幅度相等的超聲波，接收器接收發(fā)射回來的超聲波 ，在沒有移動物體進入被探測區(qū)域時，接收發(fā)射回來的超聲波幅度是相等的。當(dāng)有活動的物體進入探測區(qū)域時，接收到發(fā)射回來的超聲波是幅度不等的，并且是不斷變化的，無線防盜報警器的設(shè)計與制作 3 接收電路檢測到變化的信號時控制電路會觸發(fā)外圍報警電路來報警 [5]。 微波的探測原理以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，由發(fā)射器發(fā)射高頻電磁波，在監(jiān)視空間建立三維的交變電磁場。接收器與發(fā)射器安裝在同一機殼內(nèi)，用于接收從監(jiān)視內(nèi)反射回來的反射波，并將反射波的頻率與發(fā)射波頻率進行比較而作出判斷。微波傳感器必須安裝在完全沒有震動的墻、柱等建筑物上。它的特點是當(dāng)高頻電磁被遇到金屬表面或 堅硬的混凝土表面時特別容易反射，對空氣的擾動、溫度的變化和噪聲等均不敏感。它能夠穿透許多建筑構(gòu)件（如磚墻等），大多數(shù)的隔墻以及玻璃板。它的缺點是在監(jiān)視空間以外的運動物，轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇或其它有較大動作的裝置都可以導(dǎo)致防盜報警器錯誤報警 [6]。 被動式紅外探測器件通過光學(xué)系統(tǒng)的配合作用，它可以探測到某一個立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動的人體等目標時，由于所有背景物體（如墻、家具等）在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所有不能觸發(fā)報警。當(dāng)有人體在探測區(qū)域內(nèi)走動時，就會造成紅外熱輻射能 量的變化。紅外傳感器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砗?，送往報警控制器，發(fā)出報警信號。紅外傳感器的探測波長范圍是 814μm，由于人體的紅外輻射波長正好在此探測波長范圍之內(nèi)，因此能較好地探測到活動的人體。紅外傳感器前的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量經(jīng)反射鏡反射或特殊的透鏡透射后全都集中在紅外傳感器上。這樣，一方面可以提高紅外傳感器的熱電轉(zhuǎn)換效力，另一方面還起到了加長探測距離、擴大警戒視場的作用 [7]。 紅外探測器容易受到光照等帶有移動物體的影響 ，所以具有誤報的可能，而且在 32℃ 40℃ 時，靈敏度大幅度下降。但是紅外探測器的優(yōu)點卻是微波探測器不能替代的，比如省電、功耗小、價格低、安裝方便等特點，另外紅外探測器的可感知距離和探測的角度也遠遠大于微波探測器的可探測范圍，可達到 12ｍ，水平 110 度，垂直 60 度。優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好、探測性能好、易于布防、價格經(jīng)濟、實惠被廣泛應(yīng)用。缺點：容易受各種熱源、光源干擾。被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時 造成短時失靈 [8]。 綜合這幾種前端探測器的優(yōu)缺點和市場上應(yīng)用廣泛度，選擇被動式紅紅外探測器。本設(shè)計選擇熱釋電紅外傳感器 RE200B。 信息傳輸模塊設(shè)計方案比較 紅外線：只能沿直線傳播，不能有阻擋，所以若在不同房間就傳輸不了信息，且距離太近，適合遙控電視機等家用電器，而不是防盜報警器。 微波：傳輸距離遠，穿透能力強，性能優(yōu)越 [9]。 比較這兩種方案，選擇微波傳輸。本設(shè)計選 NRF905 無線收發(fā)模塊來傳輸信息。 整體設(shè)計方案 本系統(tǒng)采用以單片機為核心的熱釋電紅外報警，設(shè)計了報警器的硬 件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)， 實現(xiàn)了無線防盜報警器的設(shè)計與制作 4 系統(tǒng)的智能化控制。紅外熱釋電傳感器將接收到的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號，用無線電微波發(fā)送信號。接收端便可將接收到的無線報警信號通過單片機進行判斷，使蜂鳴器鳴叫和對應(yīng)報警地點的 LED 燈亮，系統(tǒng)組成如圖 11 所示。 圖 11 四路無線防盜報警器的組成框圖 熱釋電紅外傳感器 信號放大 信號比較 單片機 四位撥碼開關(guān) NRF905 無線發(fā)送模塊 NRF905 無線接收模塊 單片機 發(fā)光二極管 蜂鳴器 無線發(fā)送 無線接收 無線防盜報警器的設(shè)計與制作 5 第二章 硬件電路設(shè)計 發(fā)送端 熱釋電紅外感器及其周邊電路 圖 21 電路的功能是感應(yīng)外界的紅外輻射并將信號轉(zhuǎn)化 為電信號傳輸?shù)椒糯箅娐?，該電信號為脈沖信號。 圖 21 熱釋電紅外感器及其周邊電路 放大電路 LM324 系列由四個獨立的，高增益，內(nèi)部頻率補償運算放大器組成。運算放大器 1， 2， 3 腳是一組， 5， 6， 7 腳是一組， 8， 9， 10 腳是一組， 12， 13， 14 腳是一組，剩下的兩個腳是電源， 1， 7，8， 14 是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳 [10]。其管 腳排列見圖 22。 圖 22 LM324管腳圖 圖 23 電路的功能主要是對紅外熱釋電所接受的信號進行兩級放大， 增大信號幅值，使接收端的現(xiàn)象反應(yīng)得更加清楚 。 無線防盜報警器的設(shè)計與制作 6 圖 23 放大電路圖 比較電路 運放 LM393是雙電壓比較器集成電路 ，即將一個模擬電壓信號與一個基準電壓相比較的電路，用來對輸入波形進行整形 [11]。管腳如 圖 24所示。 圖 24 LM393管腳圖 圖 25電路的功能是對輸入信號進行整形比較。 3腳信號輸入，經(jīng)過比較由 1腳輸出。當(dāng)有信號時，則 1腳輸出高電平， LED 燈由原來的亮變?yōu)闇?，但由于信號只是很短時間的，所以 LED 出現(xiàn)的現(xiàn)象便是閃一下。 圖 25 比較電路 無線防盜報警器的設(shè)計與制作 7 單片機模塊 圖 26 電路主要是將 口進來的處理過的熱釋電信號和四位撥碼開關(guān)（與 相連）的按鍵狀態(tài)送到無線發(fā)送模塊發(fā)送。信號經(jīng)過比較從單片機 12 腳輸入，根據(jù)單片機 STC89C52RC 的程序進行判斷，由 腳輸出到無線發(fā)送模塊 NRF905。 圖 26 單片機模塊 無線發(fā)送模塊 NRF905 單片無線收發(fā)器工作于 433/868/915MHz 的 ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于 650μs。工作電壓為 ， 32 引腳 QFN 封裝。自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和 CRC 校驗碼，可以很容易通過 SPI 接口進行編程配置。外圍器件連接簡單，無需外部 SAW 濾波器。 NRF905 有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是 ShockBurst TM 發(fā)送模式和ShockBurst RM 接收模式，兩種節(jié)能模式分別是掉電和 SPI 編程模式、 STANDBY 和 SPI 編程模式。NRF905 的工作模式由 TRX_CE、 TX_EN、 PWR_UP 三個引腳的設(shè)置來決定，詳見表 21。