基于單片機控制的紅外電網報警防盜窗

付佳薇

（鄭州外國語新楓楊學校，河南鄭州，450000）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，住所內經常置辦很多貴重財物，這讓人們更加關注住宅的防盜。加之近年來，入室盜竊案頻現報端，皆因未安裝防盜窗或者長期無人的房屋都給了盜賊可乘之機，而且在現在的家庭常用的安全防范措施中，傳統的防盜窗、防盜門這類單純的物理隔離措施，在長時間無人的情況下會給盜賊充足的時間來實施盜竊。2018年春節福建泉州的一棟別墅，幾名竊賊就趁家里沒人，剪斷了防盜窗入室盜走了10萬現金和所有的金銀首飾。因此裝備一套能夠主動將現場發生的入室盜竊行為報警，或者自助發出報警信息的防盜設備就十分有用。

電子科技的進步讓這一訴求成為現實，現在的很多家庭都已經開始使用更先進的電子安防系統。但是市面上眾多的安防探頭，大都是被動防御。竊賊進入室內才產生報警，這時侵害行為已經發生，雖然很多有警報聲但無法對竊賊給予懲戒，沒有足夠的威懾力。這些措施在完善也都是事后諸葛，因此更多的人希望能夠實現在盜前防盜，因此本文就基于上述要求利用紅外傳感技術，檢測到竊賊破窗而入時，主動將報警信息發送給保安和主人，并且鳴響蜂鳴器和釋放隱形電網給予竊賊以電擊警告。該電網使用瞬時高壓，在不傷及性命的情況下給予竊賊以懲戒。

1 總體設計

本設計采用四個模塊來制作本設計模型。該模型設計主要由入侵檢測模塊、中央控制模塊、隱形電網模塊以及報警模塊組成。其中，入侵檢測模塊由紅外線傳感器來代替。在窗戶內側上端安裝紅外線發射裝置，下端安裝紅外線接收裝置，當設備啟動后紅外線傳感器發出連續的紅外線，當紅外線被切斷時表示有入侵行為發生。中央控制模塊主要起信息的接收與命令的發布，該模塊由單片機構成。隱形電網模塊安裝在窗戶上端當接收到中央控制模塊命令時釋放電網，同時電網帶電，隱形電網使用9V直流電源，通過電路放大在電網端輸出高壓空載電壓。報警模塊在接收中央控制模塊指令通過GSM模塊自動向保安和主人發出報警信號，同時蜂鳴器警報響起，連續報警音5min。

本設計的結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

其中，紅外線傳感器采用5MM 紅外發射管+紅外接收管 F5紅外收發對管模塊；單片機的型號采用AT89C51，隱形電網采用直流電源放大電路，報警模塊采用GSM 模塊自動發送短信。系統的原理圖2所示。

2 硬件設計

2.1 單片機

單片機：單片機是一種微型計算機系統，作為一種集成電路芯片，將中央處理器CPU、存儲器、多種I/O口和中斷系統等集成在一起。由于單片機結構簡單、使用方便、很容易實現模塊化，并且功耗低、功能強大，因此在智能儀器、工業控制、家用電器、網絡和通信以及設備領域都有很廣泛的應用。通過對單片機的學習、利用與開發必然能造就對于計算機與智能控制方面的有用的人才。

本設計采用的單片機的型號為AT89C51，AT89C51具有低電壓、高性能的特性，是一種自帶4K大小的FLASH存儲器，作為一種CMOS 8位微控制器，AT89C51可反復擦除程序一千次，數據可以保留十年，其可編程I/O口達到32個，完全可以滿足本設計的要求。

2.2 紅外線傳感器

紅外線，實質上是一種電磁輻射波，其波長范圍大致在0.78μm～1000μm頻譜范圍內，因其是位于可見光中紅光以外的光線，故而得名為紅外線。任何溫度高于絕對零度的物體，都會向外部空間以紅外線的方式輻射能量。利用紅外輻射實現相關物理量測量的傳感技術，即為紅外傳感技術。

圖2 系統原理圖

本設計采用的是5MM紅外線傳感器對管模塊，有極強的環境紅外適應能力，減少了環境光線對系統檢測的干擾。該紅外對管的發射管會持續發射紅外線，然后接收管接收。當對管中間有障礙物時紅外線接收管接收中斷，經過比較器電路處理之后，信號輸出接口輸出數字信號（一個高電平信號），可通過電位器旋鈕調節檢測距離。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應用于防盜警報、人體感應、遙控器等眾多場合。

2.3 隱形電網模塊

本設計中隱形電網采用9V直流電源通過高頻振蕩電路、三倍壓整流電路在電網端輸出高壓空載電壓，當竊賊接觸電網時，電網短路。瞬間高壓電擊可以給盜賊極強的痛感，同時又符合國家相關法規要求。隱形電網電路原理圖如圖3所示。

隱形電網模塊收納裝置，為日常美觀和安全考慮，電網由收納裝置收集，當報警時收納裝置打開，電網自動下落拉開。

2.4 蜂鳴器

蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發聲器件。在本設計中當中央控制模塊發出信號時蜂鳴器連續鳴響5min，以震懾盜賊。

2.5 報警模塊

本系統的報警模塊使用了GSM模塊，為使本設計的報警功能高效便宜，選擇搭載SIM300集成芯片的通信模塊，該模塊可以將提前編寫好的內容通過短信的形式直接發送到預設的手機號碼中。SIM300集成芯片報警時發送報警信息給主人和安保人員，本系統所采用的GSM 模塊使用了SIM300 集成芯片，使用4.5V電池供電，該芯片內部具有調試和數據輸出兩個串口，單片機通過串行接口和SIM300進行串口異步通信，當單片機發出發送報警短信的指令是，SIM300模塊可以將提前編制好的內容直接發送。

圖3 隱形電網原理圖

3 軟件設計

本設計的目的實現防盜窗的自動報警和電擊懲戒：當盜賊翻窗侵入時，主動釋放高壓電網擊退盜賊。因此本設計的前端和后端可分為三部分：入侵檢測、隱形電網釋放和報警模塊發送短信，其中入侵檢測利用的是紅外線傳感器。隱形電網使用的是低壓直流電源多倍整倍放大電路，報警模塊使用SIM300發出報警短信。

入侵檢測模塊的紅外線傳感器在檢測到竊賊遮擋了紅外線，將信號發送給單片機后，單片機判斷入侵行為發生，經過單片機內部設定的程序發出報警指令和隱形電網釋放指令，同時蜂鳴器開始鳴叫。五分鐘后自動停止。

為防止誤判，入侵檢測模塊的紅外線傳感器為多組設置，當飛蟲之類的小物體偶然間導致一組紅外線傳感器檢測異常時單片機程序判定此為誤報不會報警；當兩組及以上紅外線傳感器檢測到遮擋時單片機判斷為入侵行為，并發出后續指令。

圖4 系統流程圖

由于在不同的窗戶大小下，紅外線傳感器的安裝距離不同，為了提高本設計的應用范圍，需要有設定紅外線傳感器工作范圍的步驟。具體的工作流程圖如圖4所示。

本設計中重點部分為紅外線入侵行為的判斷，利用單片機技術通過內部設定的程序可以智能的實現對紅外線傳感器電平信號的智能判斷，消除了誤報漏報，大大提高系統的穩定性和安全性。

4 結論

本設計通過對傳統防盜窗的智能化改造，實現了自動報警的防盜功能，并且通過釋放隱形電網對竊賊給予最大限度的懲戒和警告，實現了對入室盜竊行為的盜前防盜，增強了財產的安全系數。本設計結構簡單、安裝方便，適合安裝在大多數的家庭對外的窗戶上。增強安全防盜意識一直任重而道遠，本設計也有進一步的優化和完善空間，比如無法實現竊賊捕捉功能等，這也催促筆者繼續深入研究，爭取早日實現研究突破，完善防盜窗的自動報警、懲戒和自動捕捉功能，實現真正的天下無賊。