基于单片机控制的红外报警器的设计

基于单片机控制的红外报警器的设计

李俐

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摘  要：随着社会经济的发展，人们对舒适安全的生活环境提出了更高的要求，为了自身居住环境具有较高的安全可靠性，设计了一款稳定性较高，价格便宜，检测准确的红外报警器。

关键词：STM32；红外报警器；语音播报；摄像头

引言

基于单片机控制的红外报警器的设计为当前人们居住环境的监测提供了一种安全、高效、便捷的解决方案，充分利用了单片机、红外传感器、无线短信发送等器件，使得报警器具有安全可靠、性价比高等优点。

1 方案设计

1.1总方案设计

基于单片机控制的红外报警器系统可以对用户的门窗等进行实时监测，诸多功能均涵盖于该报警系统中。当系统开展布防工作时，通过热释电红外传感器检测模块进行实时监测，当有人靠近用户门窗时进行灯光和语音提示报警，同时向用户的手机发送短信，提醒用户防备盗窃，并通过摄像头抓拍图片并存储在TF卡中，用户通过电脑读卡器查看入侵对象图片。系统还应用显示屏用于显示当前信号、抓拍照片数量以及接收短信的用户手机号码，系统在紧急报警时将触发报警系统，完成以上功能。

1.2微处理器选择

在进行此设计的过程中，对于主控模块的选择使用STM32系列单片机微控制器。该控制器的内核性能十分突出，并且具有较高的工作频率，高速存储器设置于其中，输入与输出口也十分丰富，功能强大，种类齐全，还具有下载SWD和JTAG两种下载调试程序的方式，易操作，有较强的实用性。与此同时，该芯片的抗干扰能力十分突出，整体稳定度较高。因此类部件的功能相对完善，价格较低，所以未来发展趋势十分明朗，该芯片凭借其发展速率与使用量，进一步丰富了芯片资源与各项教程，为系统的开发与设计提供便利。

1.3人体感应模块选择

系统要求在有人靠近处于布防状态的监测环境中后将警报信号发送至用户手机进行报警，所以需要选择一款反应迅速的感应模块来实现环境监测功能。

人体热释传感器HC-SR501

附近是否存在可疑人员的靠近，这是人体感应模块需要负责的工作，一旦相关人员靠近此处，则系统会自动报警，并且向用户手机发送信息。

以红外线技术为基础的自动控制模块中涵盖HR-SR501、该模块的感应角度在100度以内，并且可以承受的极限温度分别为零下十五摄氏度，零上七十摄氏度，因此可以在日常生活中使用。工作电压为4.5伏到20伏之间，其工作电压主要源于本系统的电池模块中。当电源上电时开始自动检测：有入侵对象闯入检测范围时输出高电平，一旦脱离检测范围，则高电平逐步回落，直至为低电平输出，并及时反馈至单片机。

1.4语音播报模块选择

使用系统的用户在监控的过程中如果有人闯入时，那么系统会对其进行“警告，有人闯入”的提示语音：

DY-SV8F语音播报模块。对于DY-SV8F模块而言，其控制方式十分多元化，属于MP3模块，借助简单的拨码开关使用，从而达到对其功放电路加以驱动的目的，此时喇叭的功率必须稳定于3到8瓦之间，借助串联的形式，直接连接计算机，并达到对FLASH存储音频文件加以更新的最终目的，操作简单，使用方便。

1.5摄像头选择

摄像头从本质上来看属于传感器的一部分，其大多传送的是图像，从制造工艺的差异性，大致可以向其划分为以下两部分：其一，CCD传感器；其二，CMOS传感器。在生产成本方面，相较于CCD而言，CMOS更低，并且该传感器的生产对生产线的要求较低，而CCD图像传感器则是专用的生产线，而且CMOS工艺要比CCD工艺的抗辐射性能要强，但是信噪比相对来说略低一些，而且CMOS工艺生产的图像传感器使用单电源供电而且能够同时读取图像，其内部电路高度集成，从成本、功耗以及模块体积来分析，最终决定选择CMOS工艺制作的摄像头作为本系统的图像传感器。

综合比较市场的型号为CMOS的图像传感器，最终确定此次系统的图像传感器为OV2640。该传感器的制造工艺为CMOS，可以传输0.25寸的图像，控制部分由SCCB纵向实现，从而使用多种方式的分辨率传输，包括：整帧、缩放等。图像质量基本可以借助该摄像图模块加以控制，并选择对应的数据格式与传输形式，将OmmiVision图像创安淇的特有技术运用于其中，从而提升图像清晰度，降低光学与电子之间的问题。且该模块无需外部提供时钟频率，只需单独进行3.3V供电即可进行百万像素的图像数据采集。

该模块自带24MHz的有源晶振作为摄像头的时钟输入，同时模块自带电源管理模块来实现OV2640的工作电压，通过P1接口与外界进行数据传输功能。

1.6短信模块选择

系统要求当有人靠近处于布防状态的环境检测时，单片机控制短信发送模块将报警短信发送至用户手机进行报警，经过对相关资料的查询与研究，最终选用型号为SIM800C的GPRS模块来实现短信发送功能。

对于SIM800C而言，其成本支出降低，整体性能较高，属于工业化级别的GSM/GPRS模块，通过迅速关联服务器的形式，从而达到物联网的实际使用目的，

只需要通过单片机对其进行简单的逻辑编程即可实现不限距离的数据传输功能。短信模块如图1-6所示。

1.7显示模块选择

由于本系统要进行手机信号、照片数量以及用户电话号码的显示，所以根据目前市场上广泛应用的显示模块，选择适合系统设计的一款显示屏型号，要求屏幕能够清晰显示内容，且易于操作和编写程序，所以系统在选择器件时有以下两种选择方案。

方案一：LCD。LCD1602目前是应用最为广泛的类型之一，可以考虑到对单片机I/O的需求和接线数量，可以选择直接控制和间接控制两种连接方式。具有背光和性能稳定，经济性好，操作简单等优点，并且可以通过编程语言对显示屏的内容和位置进行修改，是市场上广泛应用的显示器。

方案二：OLED显示屏。OLED因为自身器件原因自带发光特性，且能耗低、体积轻薄，响应速度快，精度高。但使用寿命短，易老化，稳定性差，且色彩纯度低。在电子、精密仪器产品等领域被广泛应用，例如精密仪器仪表、电子手表、车载显示屏等以小尺寸为主的产品，因为OLED具有广视角的特点，即使以不同视角观看也能清楚地看到显示内容。

综合以上两种方案的优缺点，LCD1602可供选择的接线方式以及背光、使用时间长、经济性好等优点受到市场广泛应用，考虑到系统微控制器的I/O需求以及显示模块性能的稳定性和易操作编程等因素，最终选择LCD1602作为系统设计的显示模块。

2 结论

系统通过STM32系列单片机、热释电红外传感器模块、摄像头模块、远程短信发送模块、显示屏、语音播报模块等硬件设备进行编程后实现了一款能够对用户环境进行红外监测的防盗报警系统，其成本低廉、性能稳定，为当前市场上的居住环境安全监测系统提供了一种性能好、稳定性高的解决方案。

参 考 文 献

[1]黄美莲,陈碧敏.简易红外报警器的设计[J].电子测试,2021,(23):45-46.

[2]李瑛,余红梅,安龙飞.基于红外报警器的电子实验课程教学设计[J].内江科技,2021,38(05):154-155.

[3]杨泽林,何莉,李昌平.太阳能低功耗无线红外报警器设计[J].自动化仪表,2021,38(04):90-92+95.

[4]何莉,杨泽林,李昌平.无线红外报警器的低能耗设计[J].重庆理工大学学报(自然科学),2020,31(02):134-139.