智能家用門窗報警器的設計與實現(xiàn)

（日照市技師學院，山東 日照 276800）

引言

目前，國內市場上的防盜報警系統(tǒng)大部分是國外品牌，國內防盜報警產(chǎn)品廠商發(fā)展時間比較短，真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國內有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴大。但是與國外廠商相比還有很大差距。在本文的設計中，包含有硬件設計和軟件設計兩個模塊。就設計來說，單片機的使用是其中的核心環(huán)節(jié)，因此從某種意義上看，此防盜系統(tǒng)也是單片機的具體應用。單片機的應用系統(tǒng)同樣也是由軟件和硬件所構成的，其中硬件包含了單片外圍應用電路、輸入輸入設備等等，而軟件則是所有工作程序的集合。

一、系統(tǒng)概述

本設計可以分為硬件電路設計和軟件程序設計兩大部分，首先介紹了該控制系統(tǒng)的硬件電路部分，包括無線轉發(fā)防盜報警發(fā)送電路、無線防盜報警接收電路及一些主要芯片（如：AT89C2051、PT2262/PT2272、LM386等）。其次是軟件程序設計部分，包括主程序分析和模塊程序分析（如：停電程序、撤防程序、布防程序等）。

系統(tǒng)總框圖

1.工作原理

當門磁傳感器產(chǎn)生報警信號時，使D觸發(fā)器CD4013(1)腳輸出控制周期約為1s的高電平脈沖。該脈沖控制著電源及編碼發(fā)射的通和斷，在編碼輸出腳(17)輸出串行的編碼信號，從而使編碼調整管8050及超高頻發(fā)射管F90間歇工作，5s后自動停止，完成對報警信號的發(fā)送任務。

工作原理圖如下

2.單片機選擇芯片選擇

本設計的無線接收模塊采用芯片AT89C51和PT2272。AT89C51是一種低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含有8KB的可反復檫寫的只讀程序存儲器和256KB的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存儲器技術制造兼容MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和Flash存儲單元，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。PT2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用解碼電路，PT2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,常與編碼芯片PT2262配套使用，多用于無線遙控發(fā)射電路。

AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入／輸出(1/0)端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。本設計選擇AT89C51單片機，是由于采用單片機的無線報警裝置擁有更優(yōu)良的調節(jié)控制性能，AT89C51單片機雖然是功能結構最簡單的單片機，但由于價格便宜，器件的功能基本能滿足設計要求，之前對51單片機已經(jīng)有了一定程度的了解，因此就是使用AT89C51單片機承擔無線接收模塊主要的采集信號、控制功能。其中，VCC電源端接三節(jié)電池的電池盒，提供4.5V電源，電源并要結合30pf的電容連接到RST端，提供上電復位信號；GND端接地；18，19端接12Mhz的晶振；P1.0口到P1.3口用于接收四個開關的信號，分別是設防開關、報警開關、撤防開關、警示開關。

此無線裝置傳送信號需要發(fā)射編碼信號無線傳送，因此需要選擇編碼解碼芯片。目前市場上有大量應用在無線傳送領域的編解碼芯片，比如無線編解碼芯片EV1527、無線編解碼芯片(CMS2272)、無線編解碼電路SC2260 SC2260-R4等。但考慮到設計預算有限，設計也較為簡單。因此采用編碼解碼芯片PT2262/PT2272。只要很少的外圍器件就可以實現(xiàn)短消息通信識別，而且整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也較高，比較簡單，適合作為簡單遙控用使用。在設計的無線報警裝置，所需警鈴功率較大，因此需使用集成功放電路。一般選用型號為LM386的集成功放器件。在實際中觸發(fā)裝置可采用無線門磁傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器等類型的傳感器。無線門磁傳感器由于專門為門窗安防設計而成，具有安全可靠的特點，因此選用它作為觸發(fā)裝置。設計應用一般總是安裝在門內側的上方。它由兩部分組成：較小的部件為永磁體，內部有一個永磁鐵，用來產(chǎn)生恒定磁場；較大的部件是無線門磁主體，內部有一個常閉型干簧管。當永磁體和干簧管靠得很近時(小于5mm)，無線門磁傳感器處于工作等待狀態(tài)；當永磁體離干簧管有一定距離后，無線門磁傳感器立即發(fā)射包含地址編碼和自身識別碼（也就是數(shù)據(jù)碼）的315MHz的高頻無線電信號。主機通過識別這個無線電信號的地址碼，判斷是否為同一個報警系統(tǒng)，然后根據(jù)自身識別碼（即數(shù)據(jù)碼），確定是哪一個無線門磁報警。

二、軟件設計

該系統(tǒng)軟件采用C語言開發(fā)，主要由查詢和中斷兩部分組成。報警信號檢測為循環(huán)檢測，遠程控制為中斷部分。子程序包括有停電程序、撤防程序、布防程序、報警程序。當編寫完成程序，基本實現(xiàn)預定的功能，在編譯無誤之后，使用編程器拷入80C51單片機，將單片機插入焊接完成的硬件電路后，接通電源，進行調試。

當按下無線發(fā)射模塊下數(shù)第一個鍵時，無線接收模塊的蜂鳴器會響一下，這表示設防成功，而當接收模塊斷電開關被觸發(fā)以后，蜂鳴器會不斷發(fā)出報警；當按下無線發(fā)射模塊下數(shù)第三個鍵時，無線接收模塊的蜂鳴器會響兩下，這表示撤防成功，而當接收模塊斷電開關被觸發(fā)以后，蜂鳴器不會發(fā)出報警；當按下無線發(fā)射模塊下數(shù)第二個鍵時，無線接收模塊的蜂鳴器會發(fā)出報警（在預設時間之內響）；當按下無線發(fā)射模塊下數(shù)第四個鍵，并且不松開，無線接收模塊的蜂鳴器會不斷發(fā)出報警。當按下無線發(fā)射模塊下數(shù)第二個鍵時，無線接收模塊的蜂鳴器會發(fā)出報警。

三、結論

本設計是用51單片機控制的無線防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)實用性強，適合用于家庭防盜。發(fā)送電路和接收電路的頻率均為315MHz，編碼芯片、解碼芯片分別采用PT2262、PT2272，保證避免其他無線信號的干擾以及接收報警信號的準確性，性能十分可靠。門窗防盜系統(tǒng)的主要模塊主要是運用多種感應器和傳感器的相互作用，和51單片機的基礎控制，報警系統(tǒng)我們是通過發(fā)光二極管和揚聲器的作用表現(xiàn)，當然在一定基礎上我們可以對此進行發(fā)揮，加上通訊專業(yè)和自動化專業(yè)的相關知識，開發(fā)短信發(fā)送和自動錄音錄像功能，可以使門窗防盜系統(tǒng)更加完善和實用。