基于单片机控制的智能越界激光报警系统的设计与实现

基于单片机控制的智能越界激光报警系统的设计与实现

魏志王慧琴

（北京科东电力控制系统有限责任公司）

摘要：随着现代生活的发展，孕育而生的各种防盗报警技术也在发展。一个主流的趋势就是大量的有线技术被无线技术替代，接触式被非接触式替代，声控，光控，红外遥控，无线电等无线技术越来越多的应用于小区、楼宇的报警系统。随着各种常规技术的推广神秘的无线控制技术的面纱被一层层揭开，越来越多的人开始进入这个领域的研究。激光作为传输介质能够满足防盗系统中传感器的各种较苛刻的需求，而且成本较低，抗干扰能力强，采用微控制器加密很难被破解。

关键词：智能；单片机；激光；报警系统

随着科学技术的进步，越来越多的智能化设备走进我们的生活，全自动洗衣机、全自动电饭煲、全自动热水器、全自动面包机、智能插座等等这些都离不开单片机。单片机又称微电脑、微型电脑控制器等，是一种可编程的智能芯片。接下来给大家介绍一种基于单片机控制的智能越界激光报警系统的设计与实现的案例。

1系统设计方案

本方案采用模块化设计，便于制作安装与调试，也能很方便的拓展功能和简化后期运行维护工作。主要分为以下五个模块:主控制器模块、人机接口模块、通信模块、传感器模块、电源模块。

1.1主控制器模块

主控模块的功能主要是实现系统的整体控制，以及其它模块接口信息的采集与拓展。

1.2人机接口模块

实现运行人员与系统的交互功能，如系统定时设置，系统密码设置以及解除报警设置等。

1.3通信模块

主要实现程序的下载与更新、与其它系统通信、模块拓展等功能。

1.4传感器模块

主要实现的是现场信息的采集。

1.5电源模块

为系统提供可靠稳定的电源。

2硬件功能实现

2.1主控模块

该模块主控芯片采用是是STC公司生产的新一代8051内核的单片机STC12C5A60S2。采用的是活动的接口设计，即设计时不需要考虑外围拓展芯片或者模块的引脚接法，具体的端口有程序设计者决定，极大的提高了设计的灵活性。本系统板所使用的外部时钟电路的晶振采用插槽设计，也就是说所使用的晶振可以更具现场需要择需使用。本系统板还集成了232串行通讯电平转换电路，可以直接与计算机串口连接实现程序的下载及串口通讯。所有的单片机接口都采用8位并行排针设计，外型美观，而且占用空间小。电源输入接口采用的是多位排针并行设计，采用5V直流电源通过此接口供电。

2.2人机接口模块

人机接口模块中设计了多个部分来实现人及交互，8位LED工作指示模块：系统的工作状态一目了然，能滚动地显示每个检测位置的状态。20位LED接口测试模块用于系统调试、12864液晶显示屏模块可以实时显示系统的信息以及作为交互输入的显示界面、4x4矩阵键盘按键模块用于密码等信息的输入、蜂鸣器模块用于报警信息的输出。

2.3通讯模块：

通信模块的控制芯片采用了MAX232，实现RS232的电平到单片机的TTL电平转换。RS-232芯片自身只需要5V供电它的连线向电脑端连接RS232端口的2,3引脚。作为数据的传输，本模块设计时还考虑了通讯的可观性，设计了一组通讯指示灯，只要有信号在传输相应的指示灯就会亮。另一边与单片机的RxD,TxD相连。

2.4激光传感器模块

激光头传感器模块由激光头驱动模块和激光信号接收模块组成。由驱动模块将单片机的控制信号放大后输出给激光头，控制激光头的工作状态。接收模块着将激光头的检测信息实时反馈给单片机。当激光信号被遮挡时将触发报警由单片机处理后判断将处理结果送至报警输出模块。

2.5报警输出模块硬件设计

报警输出模块使用一组五路继电器为基础的拓展输出模块。对继电器的控制是采用光电隔离器进行的隔离信号输入控制。光电隔离器的控制及接收控制器来的控制信号，然后经三极管驱动放大后去控制继电器。五组继电器采用的是大功率的5V电压控制的继电器。单路继电器可以接负载的最大功率为220V*12A。因此除了作为大功率的声光报警输出外，还为其它大功率报警输出秩序装置预留了控制端口。如直接控制卷帘门的电机实现关闭卷帘门、直接控制电动栅栏等。

2.6独立时钟模块程序设计

作为一个运行较稳定的智能单片机系统，一个可靠的时钟有时候是非常必要的。特别是对于安防报警这一领域更是这样，因为系统经常需要记录报警时间和巡检系统。如果一个时钟中途发生故障，或者是被非法修改，那么这个系统的很多功能将错乱。DS12C887时钟芯片能满足这个要求，时钟精确，工作稳定，掉电后数据也不丢失。

2.7电源模块

由于全套系统采用的是最常用的12V直流电源供电，而单片机和部分模块的电源却要求是5V或者3.3V的电源。所以设计了电源模块将12V直流电转换成5V和3.3V。两个相对独立的电源变换电路既可以共同供电，也可以选择单独供电。两模块独立工作，互不影响。

3系统软件设计

使用单片机C51编程语言编写系统的控制代码，然后通过计算机串口将代码烧入到控制芯片中。整个过程先对每个模块的代码单独调试，没有问题以后再进行联合调试，这样可以大大缩短代码调试的时间。主要涉及以下几个部分的代码编写。

3.1操作授权模块软件设计

操作授权模块的子程序主要是指按键扫描程序、显示程序和密码校对程序。无线授权则是使用无线遥控，使系统复位的方式设计的。

3.2液晶显示模块软件设计

这部分代码的功能主要是实现液晶显示模块的初始化，以及系统状态信息、交互界面输入信息等内容的显示。

3.3报警模块软件设计

报警输模块由控制器直接控制，采用的是声音报警输出和灯光报警输出，当授权模块报警被触发（密码超过三次输入不正确）或者是探测器报警信号被触发时都应该产生报警。当系统复位或者是控制器发出解除报警命令时，停止报警。

3.4独立时钟模块程序设计

这部分代码的作用主要是实现时钟芯片的初始化，以及时钟信息的获取和断电记忆的信息的存储与读取等。

4系统展望

作为一个报警系统联网常常是很必要的。有的采用的是GSM网络联网，有的采用的是以太网联网，有的采用的是局域网联网。通过网络的形式把报警信息与公安机关联系起来可以提高财产的安全系数。本系统是一个防盗报警系统，还可以和消防安全等系统联合实现多方面的智能化。本系统是一个周界报警系统，探测的是一个周界内的安全信息，所以本系统只要稍加改造就能实现其他功能，例如车库停车时防止汽车刮碰墙壁，公共停车场防止汽车越位停车等系统都能实现。还有很多应用限位开关的场合也能用本系统。本系统为非接触式检测，不存在机械损耗，灵敏度高，反应速度快。本系统联网后还可以可监控室大型上位机通讯，用电子检测和人工巡检结合起来能大大提高系统的可靠性。本系统还可以联合其它系统实现更复杂的功能，例如结合视频监控系统，可以作为大型展厅、博物馆、景区禁区等方面的实时监控报警与定位。