无线监控电路的设计

余 庚

（1.福建工程学院国脉信息学院，福建福州350014；2.福州理工学院，福建福州350506）

无线监控电路的设计

余 庚1,2

（1.福建工程学院国脉信息学院，福建福州350014；2.福州理工学院，福建福州350506）

本次设计的电路系统由主控模块、红外探测模块、驱动声光报警模块、热释电红外传感器等部分组成。主控模块处理器采用PIC系列单片机PIC16F877A，当传感器在探测区域内收集到移动人员时即输出高电平并将该电平作为主控模块的触发信号，经内部程序编译后转换成控制信号输出进而驱动报警电路，并能根据需要适时中止报警复位。此外，探测到的高电平信号经由主控模块处理后也可通过GSM电路以短消息形式发送报警信息，进一步丰富了红外监控告警系统的功能。

PIC16F877A；传感器；电平；电路；监控

以数字网络为平台的智能化社会人们对生活环境的要求也越来越高，开始出现了诸如智能仪表、智能家电、智能小区等具有不同智能程度的设备和工作生活环境。伴随着数字化进程，智能控制技术的浪潮席已经成为研究的热点，对于智能小区建设而言，需要满足下列智能化要求：安保系统自动化；灾情烟雾温度、燃气煤气泄漏自动检测；全天候无线防盗系统计算机化统一管理和控制。基于上述智能化建设所要求的内容，本次围绕安全防范[1]系统自动化管理提出一种具有住宅防盗报警功能的红外监控电路的设计。该电路可根据小区类型、产权性质及防护风险等要求通过传感器、单片机、无线红外、数据通信等综合技术为生活环境办公环境提供智能化监控管理方案。

1 系统方案

无线监控电路系统由无线红外传感、时钟、复位、MCU、GSM等模块构成，这些模块构成的监控系统方案如图1所示。PIC16F877A[2]作为整个无线监控电路的主控单元。当红外检测器监测到有入侵者释放红外波谱时即刻将其转换为相应的放大信号经比较后送至门限开关并输出TTL电平到主控单元。主控单元对该电平判决识别后发出告警信号。驱动电路将告警信号放大并推动GSM模块向事先设定好的用户发送报警信息。当高警维持10 s后自动消除或手动解除告警信号，最后复位电路进入复位状态。

图1 红外监控电路系统结构图

2 系统硬件

2.1 稳压设计

电源模块将220 V的市电进行降压、整流、稳压滤波后获得监控系统所需的+5 V稳压直流电。稳压电路如图2所示。基准电压、采样比较放大、保护等部分组合构成本次设计的电源稳压电路[3]。启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电流。当输入电压V1高于DZ1的稳压时T1、T2将有电流通过，T3基极电位上升导通伴随着恒流源T4、T5的启动。T4的集电极电流通过DZ2以建立起正常工作电压，直到DZ2和DZ1具有相同的稳压此时整个电路启动。T2发射结电压为零终止了启动电路与放大电路导通，故T2左边的噪声和纹波不影响基准电压源。D1、D2、T3与R1、R2、DZ2发射结互相补偿使VREF不随温度变化。DZ2采用恒流源供电，基准电压不受输入电压波动的影响。对于比较放大电路而言，如果IO和IB10减小则IC8增大，直到大于0.6 V时，T9导通分流IC8的变化范围缩小。常温状态下，R3压降为0.4 V，T14和T13截止不影响整个电路。当芯片温度升至极限时R3压降随DZ2工作电压升高，T14发射结电压VBE14下降，T13和T14开始导通。调整管T10基极电流IB10被T13分流，输出电流IO下降进而到达过热保护的目的。

图2 稳压电路图

2.2 热释电红外设计

热释电红外电路中，VCC电源端通过C1、R2进行稳压，输出端也增加了稳压单元。当测试到有人员走动时即转换成电信号并送至FET放大，经R1和C2稳压后输出高电平再经过NPN转化为低电平输出。整个过程的电路设计如图3所示。

图3 热释电红外电路图

2.3 复位电路设计

当时钟电路启动时主控模块在RESET端持续发出2个机器周期高电平即完成复位。若为12 MHz晶振频率则复位将持续2 us以上。本设计采用的按键复位设计如图4所示。

图4 复位电路图

2.4 报警电路设计

监控报警电路由发光模块和声音模块构成。发光模块由4个发光二极管接上电阻后连上RXD引脚外接VCC。当RXD引脚被置低电平，发光二极管亮起以示报警，其电路如图5所示。声音模块由Speaker和三极管构成，电阻连接到主控单元TXD引脚上。声音模块电路设计如图6所示。

图5 发光二极管报警电路图

图6 声音报警电路图

2.5 GSM线路传输模块设计

图7 GSM传输电路图

3 系统软件

当主控单元PIC16F877A监测到有热释电传感器发出脉冲时即视为有入侵者进入监视范围。此脉冲经PIC16F877A处理后驱动告警模块，告警持续10s后自动终止进入循环监测[4]，监测下一次传感器发出的触发脉冲。若利用中断程序则可在告警期间通过手控按键提前清楚告警。整个监控告警的流程如图8所示。同时给出基于GSM短息监控流程，如图9所示。

图8 告警模块工作流程图

图9 GSM告警监视流程图

4 电路仿真

本次仿真用按键来代表感应模块，按键按下即为感应到有人进入，此时蜂鸣器和LED开始发出告警声响并亮灯显示。仿真[5]结果如图10所示。

图10 红外监控报警电路仿真图

5 结语

本次所设计的红外监控告警电路以PIC16F877A为核心单元外接热释电红外传感器可实现无线监测人员发出红外波谱并将其转换成触发电平输出。该电路能有效克服人体辐射波谱以外的可见光红外线干扰。经仿真测试验证了该报警电路的可行性。这种被动式红外探测电路的设计思路可应用于智能小区安防建设以及停车场监控、行车记录仪等领域。

[1]唐桃波.基于PIC的智能无线安防报警器[J].电子设计应用,2013,5(6):49-51.

[2]胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社,2015:83-87.

[3]张金.电子系统设计基础[M].北京:电子工业出版社，2015:63-69.

[4]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,2014:76-81.

[5]朱清慧.Proteus教程—电子线路设计与仿真[M].北京:清华大学出版社出版，2013:58-72.

Design of Wireless Monitoring Circuit

YU Geng1,2
(1.Guomai Information College,FuJian University of Technology,FuZhou Fujian,350014；2.Fuzhou Institute of Technology,FuZhou Fujian,350506)

The design of the circuit system consists of main control module,the infrared detection module,driving alarm module, pyroelectric infrared sensors and other components.The main control module uses the PIC series single-chip processor PIC16F877A, which is low level variable output when the sensor to collect mobile personnel in the detection range when is high,and the high level as an external trigger signal by MCU,MCU software processing output control signal to drive the alarm circuit to alarm and timely stop alarm reset according to the need.In addition,the high level signal detected by the single-chip processing can also be through the GSM circuit to send Short Message form alarm information,and further enrich the infrared monitoring the alarm function of the system.

PIC16F877A;sensor;level;circuit;monitoring

TP273

A

〔责任编辑 高彩云〕

1674-0874(2017)04-0028-04

2017-04-17

福建省教育厅科技项目[JAT160623]

余庚(1983-)，男，福建福州人，硕士，讲师，研究方向:通信技术。