基于光電傳感器元件的自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)

王晨暉 任芳雨

摘 要：基于光電傳感器元件的自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)，基于光電傳感器，輔助以太陽能聚合物大容量移動電源、手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊、時(shí)間繼電器以及報(bào)警發(fā)聲器，組成基本框架，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡潔，使用便利，易于后期維護(hù)，市場前景廣闊。

關(guān)鍵詞：光電傳感器；時(shí)間繼電器；自行車防盜報(bào)警

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.29.092

現(xiàn)今市面上的報(bào)警裝置，具有價(jià)位高、體積大、難安裝、使用不便以及靈敏度低等種種弊端。我們急需一款物美價(jià)廉的報(bào)警系統(tǒng)以減少經(jīng)濟(jì)損失，優(yōu)化使用效果。我們分析研討，設(shè)計(jì)出了基于光電傳感器元件的自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)。本報(bào)警系統(tǒng)主要基于光電傳感器，輔助以太陽能聚合物大容量移動電源、手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊、時(shí)間繼電器以及報(bào)警發(fā)聲器，組成基本框架。

1 自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)的硬件組成

1.1 對射式光電傳感器

光電傳感器按照按檢測方式可分為漫射式、對射式、鏡面反射式、槽式光電開關(guān)和光纖式光電傳感器?；谧孕熊嚪辣I報(bào)警系統(tǒng)的操作要求，我們選擇了包括發(fā)射器和接收器，且結(jié)構(gòu)上兩者相互分離的對射式光電傳感器。對射式光電傳感器的工作原理是當(dāng)物體經(jīng)過發(fā)射器與接收器之間，光束被遮擋從而中斷的情況下會產(chǎn)生一個(gè)信號變化，從而起到控制電路通斷的作用。其特點(diǎn)與優(yōu)勢在于對射式光電傳感器能夠辨別不透明的反光物體，且有效距離較大。由于所發(fā)射的光束跨越感應(yīng)距離的時(shí)間較短且僅一次，所以不易受到干擾。對射式光電傳感器對使用環(huán)境的要求很低，外界環(huán)境幾乎不影響其使用精度，可以使用在條件惡劣的野外或布滿灰塵的環(huán)境下，符合自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)的使用環(huán)境。其弊端在于耗電量相對較高，發(fā)射器和接收器兩個(gè)單元均需要分別安裝敷設(shè)電纜。

1.2 手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊

手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP的雙向反饋控制。該設(shè)備支持定時(shí)、延時(shí)、多人控制等功能，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制。

1.2.1 定時(shí)設(shè)置

該GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊可通過手機(jī)APP設(shè)置時(shí)間，使設(shè)備按照設(shè)置好的時(shí)間開始或結(jié)束工作。最多可設(shè)置8組定時(shí)時(shí)間，可幫助用戶合理安排時(shí)間，人性化程度高。

1.2.2 延時(shí)設(shè)置

延時(shí)設(shè)置功能可控制設(shè)備在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)按照設(shè)定的延時(shí)時(shí)間段推遲開啟或關(guān)閉設(shè)備，便于整體把控系統(tǒng)的運(yùn)行。

1.2.3 點(diǎn)動模式

點(diǎn)動模式為繼電器設(shè)置1S延時(shí)，適用于改裝后的點(diǎn)動式開關(guān)，能夠控制信號線輸出，符合防盜報(bào)警系統(tǒng)開關(guān)形式。

1.2.4 設(shè)備權(quán)限分享

該功能可實(shí)現(xiàn)多人控制系統(tǒng)，設(shè)定第一個(gè)連接GPRS的賬號為主賬號，主賬號可分享多個(gè)用戶控制設(shè)備。

1.3 太陽能聚合物可充電式移動電源

聚合物電源是一種新型的高密度鋰電池，該電池以膠質(zhì)聚合物為電解質(zhì)，相比于采用液體電解質(zhì)的普通鋰電池，不會出現(xiàn)任何漏液滲液情況，安全性高。聚合物電池密度高，可塑性強(qiáng)，使用鋁膜包裝，可根據(jù)移動電源的需求做成任何形狀，與等容量的其他種類移動電源相比更為輕薄，最小厚度可達(dá)到0.5mm。且容量更大，充電速度更快，放電電流相對平穩(wěn)。搭配太陽能電池板，可保證在電量不足的特殊情況下也可進(jìn)行太陽能充電，保證了系統(tǒng)的持續(xù)使用。

1.4 時(shí)間繼電器

時(shí)間繼電器以STC11f02e芯片為結(jié)構(gòu)核心，STCI 1F02E是宏晶科技設(shè)計(jì)生產(chǎn)的STCl 1/10xx系列單片機(jī)之一，其特點(diǎn)為：高速，1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8～12倍；寬電壓5.5-4.1V/3.7V；低功耗設(shè)計(jì)；工作頻率，0-35MHz，具有2kB的片內(nèi)Flash程序存儲器、2kB的EEPROM存儲器和256103的片內(nèi)SRAM數(shù)據(jù)存儲器，體積小價(jià)格低廉。

同時(shí)應(yīng)用新型數(shù)字LED倒計(jì)時(shí)顯示模塊，加入一左一右兩個(gè)時(shí)間調(diào)整按鈕以便于調(diào)整設(shè)置延時(shí)時(shí)間間隔。該時(shí)間繼電器具體操作過程及優(yōu)勢介紹如下：

（1）可自行設(shè)定延時(shí)時(shí)間，通過按鍵調(diào)整延時(shí)時(shí)間間隔，設(shè)置完畢后，該模塊自動于下一次系統(tǒng)啟動后按照設(shè)置值進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，該功能也稱為掉電記憶功能。

（2）延時(shí)精確，每秒誤差在0.01%以下，延時(shí)時(shí)間間隔范圍廣，0-999秒均可實(shí)現(xiàn)，LED顯示屏每秒鐘更新一次實(shí)時(shí)數(shù)值，便于實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（3）LED數(shù)字顯示，常開觸發(fā)延時(shí)，繼電器模塊電壓為5V，可由外部信號觸發(fā)，上電瞬間，電源LED燈亮，繼電器不工作，當(dāng)有外部觸發(fā)（高電或者高電平觸發(fā)）時(shí)，繼電器開始工作，倒計(jì)時(shí)延時(shí)，延時(shí)時(shí)間間隔到后，繼電器斷開。

（4）低功耗，整機(jī)功耗大致在50mA左右，輸入電壓在3.6V-5V之間工作。

1.5 ISD1420單片機(jī)錄放音模塊、功放及揚(yáng)聲器

ISDl420是Winbond公司生產(chǎn)ISDl400系列單片語音錄放集成電路的一種，是永久記憶型語音錄放電路。該芯片采用多電平直接模擬量存儲技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲在片內(nèi)EE-PROM單元中，不需要經(jīng)過A/D或D/A轉(zhuǎn)換，因此能夠較好地真實(shí)再現(xiàn)語音的自然效果，避免了一般固體語音電路因?yàn)榱炕蛪嚎s所造成的量化噪聲和失真現(xiàn)象。

1.5.1 錄放音模塊特點(diǎn)

（1）使用方便的10秒語音錄放。

（2）高質(zhì)量、自然的語音還原。

（3）自我獨(dú)特的語音錄制。

（4）帶循環(huán)播放，電動播放，單遍播放功能。

（5）可用單片機(jī)控制。

（6）功耗小，工作電壓3-5v。

1.5.2 按鍵控制錄放音操作方法

REC鍵：錄音按鍵，按住就能錄音，松開按鍵停止錄音。

RLAYE鍵：觸發(fā)模式放音，按一下就播放當(dāng)前整段語音。

PLAYL鍵：電動模式放音，按住才放音，松開就停止放音。

RPL跳線：循環(huán)播放模式控制，可循環(huán)播放。

FT：直通控制，可使咪頭語音直通到喇叭放音。

1.5.3 功放

以TSD1030單片機(jī)為核心的功放模塊，能將語音錄放模塊輸出的小信號放大到適合3W/4R的揚(yáng)聲器直接連接，方便可靠，其主要有以下特點(diǎn)：優(yōu)秀的噪聲抑制、雙聲道立體聲、5v供電，能耗小、輸出功率大，能量足。

1.5.4 揚(yáng)聲器特點(diǎn)

采用環(huán)保耐高溫材料，功率足3W，質(zhì)量好，做工細(xì)，音量好，操作簡單，安裝方便。

2 自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理

首先該系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將手機(jī)與系統(tǒng)模塊連接在一起，相當(dāng)于整個(gè)自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)的總開關(guān)。手機(jī)app通過GPRS網(wǎng)絡(luò)控制，連通太陽能聚合物移動電源，由此，整個(gè)電路處于通路狀態(tài)，電流流經(jīng)，光電傳感器開始發(fā)射紅外光線，系統(tǒng)開始正常工作。

在自行車被盜過程中，盜竊者實(shí)施盜竊動作時(shí)，勢必會造成自行車后輪的輕微轉(zhuǎn)動，自行車車輪上的輻條隨之轉(zhuǎn)動。輻條通過光電傳感器發(fā)射孔與接收板之間間隙的瞬間，光束被遮擋，接收器接收不到光束，觸發(fā)光電傳感器做出開關(guān)動作，即將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，電路通。

由于車輻條間具有一定的間隙，故為保證報(bào)警聲的持續(xù)連貫性，電路中設(shè)置時(shí)間繼電器以延長報(bào)警時(shí)間。預(yù)先將時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間間隔設(shè)置為60秒，則從盜竊動作發(fā)生，即電流經(jīng)過時(shí)間繼電器的那一時(shí)刻起，60秒的時(shí)間內(nèi)，光電傳感器的作用效果完全消失，而其他電路元件持續(xù)正常運(yùn)行，電流流入報(bào)警發(fā)聲器，指令發(fā)聲器持續(xù)發(fā)聲60秒，完成一個(gè)周期，保證了報(bào)警聲持續(xù)而連貫。

與此同時(shí)，手機(jī)APP控制GPRS連接模塊接收到報(bào)警信號，可實(shí)時(shí)提醒用戶，做到報(bào)警及時(shí)。

光電傳感器作用效果繼續(xù)控制整個(gè)電路，重復(fù)上述所有步驟，直至下一個(gè)盜竊動作的發(fā)生。

3 自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 結(jié)構(gòu)簡單，取材方便

運(yùn)用常見的物理元件——對射式光電傳感器作為項(xiàng)目的核心構(gòu)件，并輔助以太陽能聚合物移動電源、手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊、ISD1420單片機(jī)錄放音模塊、功放、揚(yáng)聲器以及時(shí)間繼電器。其結(jié)構(gòu)簡潔，易操作。產(chǎn)品各系統(tǒng)模塊獨(dú)立安裝，發(fā)生故障發(fā)生時(shí)易檢查故障元件。

3.2 操作便捷，易于控制

①將系統(tǒng)的總開關(guān)——手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊與手機(jī)連接，隨時(shí)隨地啟動關(guān)閉。通過手機(jī)app可以設(shè)置電源開關(guān)機(jī)時(shí)間，方便快捷。

②通過設(shè)置時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間間隔，可控制報(bào)警發(fā)聲器使報(bào)警聲持續(xù)而連貫，發(fā)聲器音效可自主編程設(shè)置。

3.3 反應(yīng)靈敏，報(bào)警及時(shí)

①對射式光電傳感器具有精度高、反應(yīng)快、部件分離等特點(diǎn)，發(fā)出光束不受其他可見光影響，瞬間制動，及時(shí)傳遞信號。

②手機(jī)APP控制GPRS網(wǎng)絡(luò)連接模塊可在被盜竊動作發(fā)生瞬間及時(shí)告知用戶，做到高效快捷，報(bào)警及時(shí)。

3.4 造價(jià)低廉，易于維護(hù)

各種元構(gòu)件平價(jià)，原理清晰明了，適于自主維修。

3.5 體積小，重量輕

原件均采用單片機(jī)技術(shù)，最大限度縮小系統(tǒng)體積，減輕重量。

3.6 清潔環(huán)保

電源采用太陽能聚合物移動電源，清潔環(huán)保，綠色低碳。

3.7 自主編程，人性化設(shè)計(jì)

產(chǎn)品中多個(gè)單片機(jī)原件可實(shí)現(xiàn)自主編程，人性化程度高。

4 結(jié)語

基于光電傳感器而設(shè)計(jì)的自行車防盜報(bào)警系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對自行車的中遠(yuǎn)距離無線監(jiān)控。根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，該防盜裝置運(yùn)行良好，報(bào)警準(zhǔn)確，無噪聲污染，可以方便地移植，以便構(gòu)成更智能的防盜系統(tǒng)。

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