基于单片机的声光报警系统的设计方案

基于单片机的声光报警系统的设计方案2014-10-1513:26:09来源:dzsc关键字：单片机声光报警系统STC89C521声光报警系统基本原理超声波是指频率高于20000Hz的机械波。为了实现超声波回波测距，必须通过超声波传感器产生和接收超声波。超声波传感器是利用压电效应和逆压电效应原理实现电能和超声波能之间的相互转化，即超声波发射器是通过逆压电效应将电能转换为超声波能，产生超声波；而超声波接收器是通过压电效应将超声波能转换为电能，接收超声波。若超声波发射器发出的超声波是以速度v（单位：m/s）在介质中传播，在有效防范区域内遇到被测物体超声波受到反射，被超声波接收器接收，传播经历的时间为t（单位：s），那么可以计算出入侵者与防范物体之间的距离s（单位：m），公式为：系统结构框图如图1所示，单片机按照晶振电路给出的时钟时序下接收来自超声波传感器输出的入侵者距离电信号，并将该距离数值在LCD显示屏上实时显示，同时控制由发光二级管和蜂鸣器组成的声光报警系统，使其以一定的频率闪光并发出警报声。图1系统结构框图2系统硬件设计2.1硬件电路硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射与接收电路、声光报警电路四部分。单片机采用STC89C52.采用12MHz高准确度的晶振，减小测量误差。超声波传感器采用压电式超声波换能器，设置单片机端口P2.7输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，端口P3.2监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用KXM12864M显示屏。声光报警电路由发光二极管和蜂鸣器组成。2.2各主要模块的硬件2.2.1STC89C52主控电路图2STC89C52主控电路2.2.2超声波发射接收电路压电式超声波换能器是通过压电晶体的谐振来实现超声波能和电能之间的转换，从而实现超声波的发射与接收的。将超声波发射器安装于J1端，由单片机P27端口以40kHz的频率输出方波电信号，那么压电晶体就会发生逆压电效应以相同的频率进行振动，实现电能向超声波能的转化，产生超声波，如图3所示。图3超声波发射电路将超声波接收安装于J2端，当压电晶体两端没有施加电信号，接收到超声波信号时，压电晶体就会发生压电效应并以同频率进行振动，实现超声波能向电能的转化，产生电信号，该电信号经LM358放大后送入LM567进行锁相环检波，那么单片机就可以检测到一个接地方波。如下图4所示。图4超声波接收电路2.2.3显示电路显示电路采用KXM12864M型LCD显示屏。2.2.4声光报警电路如图5所示，声报警电路选用压电式蜂鸣器。单片机输出低电平时，三极管导通，蜂鸣器报警。图5声报警电路如图6所示，光报警电路，当单片机在对应端口输出低电平时，绿、黄、红三种颜色的发光二极管以不同频率闪烁。图6光报警电路2.2.5电源电路如图7所示，电源VCC由2到4节5号电池组组成，C1、C2、C3、C4起到稳压作用，按下开关SW1电源接通，绿色发光二极管发光。图7电源电路3软件方案3.1主程序主程序流程图如图8所示。程序先进行初始化工作之后，按下确认键后，单片机发射方波，整个系统进入布放状态，每次发射方波以后程序都会进入延时状态，判断是否接收到回波，也即是否发生了中断，若有回波产生，则程序进入中断服务程序，先关中断，测算并读取定时器时间t,由公式即可计算出入侵者的距离，并将该数值在LCD屏上显示，由于报警程序内置三个报警状态，所以随着入侵者入侵距离的迫近，蜂鸣器的“嘀嘀”声和发光二极管的闪烁频率会逐渐加快。图8主程序流程图3.2功能显示3.2.1进入系统界面按下电源开关，如图9所示，系统进入初始化状态，系统提示按下“确认键”（LCD屏下方自左向右第一个按键），系统进入监测模式。图9系统进入待命阶段按下“确认键”,如图10所示，系统进入监测模式，系统开始布防，此时提示“物品安全”.图10系统进入监测模式再次按下“确认键”,如图11所示，系统进入监控范围设置模式，LCD屏下方自左向右第二、三个按键可增大或减少监控区域的距离数值。图11进入监控范围设置模式3.2.2入侵者距离实时监测（1）如图12所示，有入侵者进入防范区域，报警系统启动，超声波传感器测出的距离为33cm,绿色LED灯和蜂鸣器以较慢的频率闪光和发声（此时警戒距离为30-40cm）。图12超声波测距范围在30-40cm（2）如图13所示，有入侵者进入防范区域，报警系统启动，超声波传感器测出的距离为24cm,黄色LED灯和蜂鸣器以较快的频率闪光和发声（此时警戒距离为20-30cm）。图13超声波测距范围在20-30cm（3）如图14所示，有入侵者进入防范区域，报警系统启动，超声波传感器测出的距离为11cm,红色LED灯和蜂鸣器以更快的频率闪光和发声（此时警戒距离为10-20cm）。图14超声波测距范围小于20cm由上述可知，随着入侵者不断接近超声波传感器（或防范目标），声光报警装置的警报信号会在三种不同的频率下通过蜂鸣器的发声和不同颜色的发光二极管闪烁体现出来，从而有效提醒相关人员应加强戒备及时应对入侵；同时若入侵者发现警报信号，对其入侵行为也是一种威慑。4操作步骤4.1初始状态按下自锁式开关，接通电源，LCD屏显示系统最初始状态“系统介绍超声波之监测系统可监测三个可调区按确认键进入系统”.4.2布防状态根据LCD屏显示的文字提示，按确认键，即LCD屏下方自左向右第一个按键，会听到“嘀”的一声，系统进入监控模式，即布防状态。4.3设置状态再次按确认键，进入监测范围设置模式，即按下LCD屏下方自左向右第二个和第三个按键，可以调整三个监测区域的距离数值。4.4回到布防状态监测范围调整完毕，按返回键，即按下LCD屏下方自左向右第四个按键，系统重新进入布放状态，此时监测范围是调整后的范围。4.5撤防状态再次按下自锁式开关，电源关闭，系统进入撤防状态。5创新点5.1非接触式报警相比传统的接触式报警系统，该报警系统采用超声波测距非接触式报警方式，可以为防范对象在空间方面提供最大限度的安全保障。5.2三个可调监测区该报警系统监测的是一个动态可调的防范区域，分为三个可调区，可以在最大有效距离内任意调整三个监测区域的距离数值，且数值可以精确到厘米。5.3装置体积小，易安装装置体积约400cm3,占有的空间较小，安装方便、隐蔽，基本不受安装条件限制。6结语基于单片机的声光报警系统的设计方案中硬件电路的设计主要由单片机系统及显示电路、超声波发射与接收电路、声光报警电路四部分，电路简易，成本价格为50~60元人民币，低廉的价格，根据特殊的需求再稍加包装即可大规模推广应用。