无线门磁防盗警报器的设计与制作毕业论文.docx
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无线门磁防盗警报器的设计与制作毕业论文
无线门磁防盗报警器的设计与制作
（理工学院电信工程系通信工程专业,2007级3班，723003）
指导教师：
[摘要]为了人们在日常生活中能实现更加安全，更加放心的生产生活。
采用门磁探测器作为触发报警装置,利用编解码的方式实现无线发射与接收,设计了一个基于门磁技术的无线门磁报警器。
主要包括门磁探测器,无限编码发射电路,无限译码接收电路,报警电路和电源电路.当门窗等被非法打开时,无限发射部分将有一无限脉冲信号发射到空中,在系统的接收围被接收部分接收,然后传递给报警电路,实现防盗报警的功能,表明达到了设计要求。
[关键词]门磁；无线防盗；报警器；
Designandproduceofwirelessmagneticdoorandalarmsystem
（Grade07,Class3,MajorofCommunicationengineering,DepartmentofElectronicsandinformationengineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shaanxi）
Tutor:
[Abstract]:
Inordertopeopleindailylifemoresecurity,canrealizethemoreconfidenceofproductionandlife.Thedoormagneticdetectorasatriggeralarmdevice,theuseofdecodingthewaytorealizetheemittingandreceivingwireless,designbasedonmagneticdoortechnologywirelessmagneticdooralarm.Mainlyincludesdoormagneticdetector,infinitecodinglaunchcircuit,infinitedecodereceivingcircuit,alarmcircuitandpowercircuit.WhentheWindowsanddoorsareopen,infiniteillegallaunchpartwillhaveapulsesignaltotheairlaunchunlimited,inthereceivingsystemwithinthescopeofreceivingpartwas,andthentransfertoreceivethealarmingcircuit,achievesecurityalarmfunction，itindicatedthatithasachievedthedesignrequirements.
[Keywords]:
gatemagnetic；wirelesssafety；alarm;
1绪论
1.1课题背景
伴随着改革开放三十周年和建国六十周年的盛典，我国社会发展基本上实现了预期目标，绝大部分地区的人们过上了小康生活，并正以跨越式的步伐向前发展。
国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高都给我们的生活面貌带来了巨大的变化，但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安都日趋复杂，小偷入室行窃的作案手段更加智能化，更具隐蔽性，人们也越来越重视家庭生命财产的安全。
传统的防盗网、防盗窗在实际使用中暴露了很多隐患，国家下达了《关于在住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出，防盗网带来了很多问题，例如市容的美观，火灾以后的逃生以与为犯罪分子提供翻越条件等等，所以家庭安防必须有新的系统、新的方法能够提供相应的解决方法。
在这样的大背景下，各式各样的防盗技术和防盗系统不断涌现，智能化小区在人们对美好生活的呼声中迅速崛起，使得家庭安防产品的发展出现了前所未有的变化。
小区安保系统已经从本地向远程发展，从小区的周边向核心——家庭逐渐靠拢。
但是，运用最新科技和复杂工艺制作的防盗报警系统依然存在一些不可忽视的不足，功能强大的系统，不仅安装复杂，家庭硬件要求高，而且存在体积大、价格昂贵，操作复杂等缺点。
面对这样的高科技产品，目前在我国城镇化和现代化程度还不够高的省份和地区，特别是相对落后的农村，人们生活环境的安全感依然得不到应有的保障。
这就需要一套经济实惠、操作方便、性能显著实用的防盗报警系统来切实满足这些地区人们的防盗需求。
1.2研究意义
报警器，是一种为防止或预防某事件发生所造成的后果，以声音、光、气压等形式来提醒或警示我们应当采取某种行动的电子产品。
随着科技的进步，机械式报警器越来越多地被先进的电子报警器代替，经常应用于系统故障、安全防、交通运输、医疗救护、应急救灾、感应检测等领域，与社会生产密不可分。
分为：
智能家用防盗报警器门磁感应器
本系统主要由探测电路、无线编码发射电路、无线接收译码电路、电源电路和报警电路组成。
探测电路采用无线门磁传感器技术。
编码集成芯片接收到入侵探测器输入的电平信号后便开始进行地址编码，并将地址和数据信息通过无线发射电路发射到空中。
在系统的有效接收围，无线接收电路便将接受到得信号经过一系列的选频、放大等处理传递给译码芯片，并产生相应的电平信号以驱动报警电路，实现防盗报警功能。
本防盗系统设计运用十分广泛，一方面运用在普遍的门窗上，可应用于居家，小商铺、工厂、农（牧）场、学校、医院等放置和储藏重要物品以与资料的地方，如安装在乡下的房门上，实验室、财务室、档案室等的门窗处等。
另一方面也可运用在普通物体的防盗报警上（具体工作原理见门磁探测器原理介绍部分），比如防止笔记本电脑被盗等。
2方案论证与选择
2.1方案一：
采用AT89C51单片机设计的无线防盗报警器
采用AT89C51单片机设计的无线防盗报警器的原理框图如图2.1所示。
图2.1采用AT89C51单片机的无线防盗报警器制作的原理框图
这款无线报警主机对任何发射频率为315M，主要由无限发射、无线接收、数据处理、报警电路、输出显示、断电报警和电源电路组成。
整机接收频率315M，数据处理采用市面上用得较多的PT2272专用芯片，可靠性与稳定性较好；数据处理的任务由单片机完成，用于区分报警信号，同时接受各种操作指令，完成相应的操作，当接收到报警信号后一方面驱动报警电路，发出响亮的警车报警声，另一方面输出具体的地址信息，确定是哪一路发送了报警信号；断电报警功能则实时电源状况，当市电断电后，能发出嘟嘟的报警声，提配使用者注意，外供电已被切断，若为不法分子破坏所致，可提早进行防。
2.2方案二：
基于门磁技术设计的无线防盗报警系统的
基于门磁技术设计的无线防盗报警系统框图如图2.2所示。
图2.2于门磁技术设计的无线防盗报警系统框图
系统整体由门磁探测器、编码器、无线电发射器、无线接收电路、译码器、报警器、电源电路组成。
整个电路除电源开关、报警解除开关、电源指示灯、报警指示灯安装在面板上外，使用非常方便，其它元件均安装制作在小块电路板上，所占空间小，操作简单。
2.3方案选择
对于方案一，不仅需要复杂的硬件线路连接，而且需要用到单片机，编程软件，而方案二只需要硬件电路，所以通过对方案一、二的比较，选择方案二。
3系统整体设计
3.1主要技术设计
3.1.1系统运用的主要技术
（1）门磁探测技术
其本质就是一个门磁开关，由永磁体和门磁主体两大部分组成。
当两部分靠得近时，处于报警守候状态，当拉开一定距离后，便触发报警系统。
（2）数字芯片编/译码技术
编码芯片采用专用集成芯片VD5026，译码处理器则采用与之配套生产的集成芯片VD5027，它们都是CMOS大规模数字集成电路。
它们组合应用起来就可构成一个发射、—接收的数字编译码系统。
（3）无线发射接收技术
无线发射电路部分主要运用高频功率放大器的原理制成，以LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。
无线接收电路由超再生接收、放大、整形、译码电路组成，经过一系列处理，可以产生直接驱动报警电路的电信号。
（4）交直流双重供电技术
无线报警接收控制器具有防停电功能，采用交、直流两种方式供电，当交流电停供时，电路自动转换为直流供电，无需人工切换。
（5）智能报警技术
在报警电路部分，结合单向可控硅和数字集成音乐芯片的功能，使报警功能更趋智能化，随时准确把握防盗情况。
3.1.2元器件选择
（1）发射模块：
①入侵探测方式选择由永磁体和门磁主体两大部分组成的门磁探测器。
②编码电路选择专用数字集成编码芯片VD5026。
③无线发射电路则采用自制方式，以高频谐振功率放大电路为核心电路。
（2）接收模块：
①接收电路采用自制方式，具备超再生接收、放大、整形等的功能。
②译码电路选择配套使用的数字集成译码芯片VD5027
③报警电路选用单向可控硅（SCR）实施触发信号控制，选用数字集成音乐芯片9561作为报警控制芯片，并用一个普通小型号扬声器作为发声器件。
④电源电路主要部件选用变压线圈和数字芯片BRDCE2组成的变压电路和7809稳压集成芯片电路。
并连接上直流供电电路。
3.2入侵探测器和编码、译码器的设计
3.2.1报警探测器的设计
随着我国科学技术的迅猛发展，不断涌现出各种各样的使用于探测器上的创新技术，上至太空卫星的研究和发射成功，下至各种烟雾、煤气探测器，可谓百花争艳，层出不穷。
报警探测器作为传感探测装置，由传感器和信号处理组成，用来探测入侵者的入侵行为与各种异常情况。
在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防的场所很多。
这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防目的和要求。
因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防要求。
按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。
根据实际现场环境和用户的安全防要求，了解各种报警探测器的性能和特点，合理的选择和安装各种报警探测器，才能较好的达到安全防的目的。
本论文设计根据生活中实际的运用环境，选用简单实用的磁控开关报警探测器，它具有制作简单，安装方便，适用围较普遍等优点，是一项非常适合作为大众接受的技术。
3.2.2门磁探测器的设计
作为一种运用普遍的防盗探测器，门磁探测器工作原理并不复杂，相反，它具有制作简单，安装方便等优点。
门磁探测器简图如图3.1所示。
图3.1门磁探测器简图
此探测专门用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。
主要由两部分组成：
较小的部件为永磁体，部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，较大的是门磁主体，它部有一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时，门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，则会触发报警信号。
干簧管和磁铁分别安装在门框（窗框）和门扇（窗扇）里，基本上都是嵌入式安装（也有表面式安装的），所以不是行业人士一般不太能够注意到这些。
需要注意一点的就是两个部分安装时需要相互对准，相互平行。
除了运用于门窗上的防盗，门磁探测器也可设计在一般物品的防盗报警装置中，这种功能的具体制作是从门磁探测器中干簧管的两端接出一根细铜线，将细铜线捆绑或缠绕在需要防护的物体上，如果有人企图移动被防护的物体造成细铜线断开，电路则自动通电触发报警电路并发出刺耳的报警声。
3.2.3编码器、译码器工作原理
VD5026/VD5027管脚与其功能示意图如图3.2所示。
图3.2VD5026/VD5027管脚与其功能示意图
VD5026和VD5027是CMOS大规模数字集成电路。
前者是编码器，后者是译码器。
他们组合应用起来一个发射，一个接收，构成数字编译码系统。
VD5026编码器是一种8位编码发射器。
它的第1脚A1→第8脚A8是编码的输入端，每个输入端可以有3种状态，即“0”、“1”或“开路”，其中“0”表示为低电平，“1”表示为高电平，因此8个脚可以组成38=6561个不同的编码。
本文要介绍的是VD5026与VD5027配合应用，VD5026的第10脚D1→第13脚D4用作数据输入线，根据需要这几个脚可以置“0”或置“1”。
第14脚CP是发射指令端，当此脚接地时，VD5026输出端则发出一组编码脉冲。
第15脚OS1、第16脚OS2是一个置振荡器，外接几十到几百千欧的电阻即可产生振荡，振荡频率为fosc=1600/R（KHz），中R为外接电阻，单位为千欧。
第17脚VT是编码输出端，第18脚VDD、第9脚GND分别是电源的正、负极。
VD5027接收解码器有相应于VD5026的12位信息。
第1脚A1→第8脚A8是地址线。
当VD5026发出的地址编码与VD5027预置的编码一样时，则在VD5027的第10脚D1→第13脚D4有数据输出，该输出信息与VD5026的第10脚D1→第13脚D4所置的数据一样。
所以使用中VD5026和VD5027两电路的地址
码Al—A8应绝对保持一致，它们的状态码也应保持一样。
当VD5026停止发送信号（发射机关机）时，VD5027的17脚VT端复零。
第14脚D4为输入端，第15脚OS1、第16脚OS2是振荡器，外接电阻值应与VD5026完全一样。
第17脚VT脚是输出端。
编码器VD5026发射时，如果密码一样，VD5027就会输出高电平。
表3.1列出了它们的电气特性参数：
表3.1VD5026/5027的电气特性参数
特性
符号
最小值
典型值
最大值
单位
工作电压
VDD
2
5
6
V
静态电流
Istb
-
1
10
Ua
流出电流
IoH
-2.0
-
-
mA
流入电流
IoL
2.0
-
-
mA
输入电流
Iin
-
-
25
uA
该编译码集成电路工作电压围较宽，可以在2V→6V围正常工作，而且耗电极小，静态电流仅有1uA。
集成电路部含有振荡电路，不用再外加晶振。
其外围电路设计也简单，可以实现非常丰富的功能。
3.2.4探测器和编码器连接电路分析
探测器和编码器连接电路图如图3.3所示。
图3.3探测器和编码器连接电路图
门磁探测器安装在门窗处，要求防场所的门扇和门框之间的间隙要小，门关闭后要牢靠，否则被风吹动可能引起误报警。
当门窗被小偷非法打开时，磁铁远离干簧管，处于常开状态的干簧管失去外磁场的作用，其部两触点依靠自身的弹力而闭合，则电路通电。
电源用15V叠层电池。
电路中的肖特基二极管处于开关状态的应用，回路过肖特基二极管后产生5.2V的触发电压驱动编码芯片VD5026工作，从而信号输出端便发出一组编码脉冲，驱动后续电路。
编码芯片的置振荡器外接120K的电阻，从而可产生高频无线信号。
3.3无限发射与接受电路的设计
3.3.1无线发射电路设计
无线发射电路的设计如图3.4所示。
图3.4无线发射电路图
无线发射电路的设计结合运用了高频功率放大器的工作原理，它采用了LC谐振网络作为负载构成谐振功率放大器。
在此无线发射电路中，L2可用镀银线或中1.5mm的漆包线围成，也可直接印刷在电路板上。
电感L1作为高频扼流圈，它在信号频率上感抗很大，接近开路，对高频信号具有“扼制”作用。
C1为隔直流电容，对信号频率的容抗小，接近短路。
R1可起到分压的作用。
晶体管以共集电极方式接入电路，集电极通过电容C1连线与基极相连，给基极加上反相偏压，以保证晶体管工作在丙类状态，从而获得高效率的功率放大。
其中的电感L2和电容C4与可调电容C3构谐振成滤波网络，一起作为晶体管集电极的负载。
这样从编码芯片产生并通过信号输入端输入的高频信号经过高频功率放大器的选频放大，最终以高频无线电信号发射到空中，待相应的无线接收装置接收。
3.3.2无线接收电路
无线信号接收处理电路图如图3.5所示。
图3.5无线信号接收处理电路图
无线接收电路采用了它由超再生接收、放大、整形等电路组成。
由图3.5分析可知，由天线输入的300MHz射频信号，经电容C1滤除直流的处理后，送到晶体管Tl的发射极，T1以共基极方式接入电路，与相应电阻和电容组成共基极放大电路，具有将输入信号进行同相放大的作用。
射频信号通过T1高频放大后，经C4送至超再生射频解调器T2的发射极，进行再放大，并由L2和C10组成的滤波匹配网络进行谐振选频，从而准确的还原从无线发射模块电路中产生的无线编码数据脉冲信号。
选频解调出的编码数据脉冲信号经C电容13送至运放集成电路LM358的两个数据输入端进行放大和整形（运算放大器集成电路的部结构介绍可参阅附录二），作进一步处理，以产生后续译码器VD5027可以精确识别的脉冲电信号。
电路中T1，T2的p值要求不大于100。
电感L1用4.7uH的色码电感，L2用0.5mm的漆包线在4mm的钻头上绕3匝自制，天线可用30cm长的软导线代替。
在接收处理电路中我用到了运算放大器LM358，所以也就LM358在下面介绍一下。
LM358部包括有两个独立的、高增益、部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
它的使用围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358特性（Features）：
＊部频率补偿。
＊直流电压增益高（约100dB）。
＊单位增益频带宽（约1MHz）。
＊电源电压围宽：
单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）。
＊低功耗电流，适合于电池供电。
＊低输入偏流。
＊低输入失调电压和失调电流。
＊共模输入电压围宽，包括接地。
＊差模输入电压围宽，等于电源电压围。
＊输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）。
LM358主要参数：
输入偏置电流45nA
输入失调电流50nA
输入失调电压2.9mV
输入共模电压最大值VCC~1.5V
共模抑制比80dB
电源抑制比100dB
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
LM358的塑封引脚图与引脚功能图如图3.6所示：
图3.6DIP塑封引脚图与引脚功能图
LM358的圆形金属壳封装管脚图如图3.7所示：
图3.7圆形金属壳封装管脚图
直流耦合低通RC有源滤波器图如图3.8所示:
图3.8直流耦合低通RC有源滤波器
LED驱动器电路图如图3.9所示：
图3.9LED驱动器
TTL驱动电路图如图3.10所示：
图3.10TTL驱动电路
RC有源带通滤波器电路图如图3.11所示：
图3.11RC有源带通滤波器电路图
Squarewave振荡器电路图如图3.12所示：
图3.12Squarewave振荡器
滞后比较器电路图如图3.13所示：
图3.13滞后比较器电路图
3.4电源电路和译码报警电路设计
3.4.1电源电路设计
电源电路图如图3.14所示。
图3.14电源电路图
本设计的防盗报警系统所采用的电源电路具有防停电功能。
电路供电采用交、直流两种方式，当交流电停供时，电路自动转换为直流供电，无需人工切换。
直流电源用9V叠层电池。
当交流电可使用时，经过以稳压器7809为中心元件组成的稳压电路，将电压稳定的降低到所需的9V电压。
整流输出的9V电源加在二极管D2的负极，二极管D2截止，电路依靠交流供电工作。
当因突发故障导，如小偷切断交流电路线致无法进行交流电供电时，D2的负端因失去9V电压而导通，9V电池通过D2给电路供电，实现交、直流供电自动切换。
3.4.2译码报警电路设计
译码报警电路图如图3.15所示。
图3.4.2译码报警电路
译码报警电路的设计中主要有译码器、报警控制开关、集成音乐片、发光二极管、扬声器等部件构成，这样的电路设计具有非常强大且实用的功能，具体电路如图3.4.2所示。
在无线接收电路中放大、整形、最终还原的编码数据脉冲信号由运放集成电路LM358的输出端输出后进入译码器进行数据匹配处理，若译码器VD5027获得的地址码数据和编码器VD5026集成电路的地址码完全一致，则译码器VD5026的第17脚VT则产生一个高电平，使单向可控硅（SCR）导通，进而驱动集成音乐片9561正常工作，并通过晶体管放大，使扬声器发出刺耳的报警声。
同时在报警装置上还安装有发光二极管，以显示有小偷非法入侵。
由于单向可控硅具有一旦导通后便不能自动关断的特性，故只有按下电路的报警控制开关才能解除报警信号，否则报警声将会一直响着。
报警控制开关见图中的开关K，此设计方式可方便主人控制报警声的播放时间。
晶闸管又叫可控硅（SiliconControlledRectifier,SCR）。
自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管，等等。
本文系统设计使用的是单向晶闸管，也就是常说的普通晶闸管，它是由四层半导体材料组成的，有三个PN结，对外有三个电极：
第一层P型半导体引出的电极叫阳极A，第三层P型半导体引出的电极叫控制极G，第四层N型半导体引出的电极叫阴极K。
它和二极管一样是一种单方向导电的器件，关键是多了一个控制极G，这就使它具有与二极管完全不同的工作特性。
可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成，当阳极A加上正向电压时，PNP和NPN管均处于放大状态。
此时,如果从控制极G输入一个正向触发信号,NPN便有基流ib2流过,经NPN放大,其集电极电流ic2=β2*ib2。
因为NPN的集电极直接与PNＰ的基极相连,所以ib1=ic2。
此时,电流ic2再经PNP放大,于是PNP的集电极电流ic1=β1*ib1=β1*β2*ib2。
又流回到NPN的基极,表成正反馈,使ib2不断增大,如此正向馈循环的结果,两个管子的电流剧增,可控硅使饱和导通。
由于PNP和NPN所构成的正反馈作用,可控硅导通后,即使控制极G的电流消失了,可控硅仍然能够维持导通状态,由于触发信号只起触发作用,没有关断功能,所以这种可控硅一旦导通是不可关断的。
晶闸管的特点：
是“一触即发”。
但是，如果阳极或控制极外加的是反向电压，晶闸管就不能导通。
控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。
那么，用什么方法才能使导通的晶闸管关断呢?
使导通的晶闸管关断，可以断开阳极电源或使阳极电流小于维持导通的最小值。
如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。
4制作与调试
有了理论上的实现，更重要的还需要通过实践上的考验，故制作与调试就成了检验理论设计是否具有实用价值的重要一步。
在实际制作时，先准备好各部分安装所需元件和安装工具，如小铁钳、电烙铁、焊锡等，还要准备一些必需的测试工具，如示波器、万用表等。
将元件焊接在电路板上时，注意不要损坏元件，防止人体带电击毁元件。
将VD5026和VD5027的地址码和状态码设置一致，检查无误后即可通电调试。
调试的难点为收发频率要严格一致，为此需要将报警发射部分和报警接收部分的调试配合起来，并在示波器的配合下进行。
首先，将发射模块部分中的干簧管两端用短接线短路
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