引言

在一些特殊部门，比如军事驻地、公安、司法等单位，是不允许无关人员随便进出的，且门口一般都设有路障和安保人员执勤。路障属于被动装置，一旦被跨越就失去了作用；而安保人员也常常存在疏忽，从而给不法分子留下可乘之机。随着科技的发展，现在的计算机、传感器等技术都有了巨大进步，我们希望利用现有的技术手段建立一种新型的系统，实现更加全面的防护：当有人过于靠近障碍物时能够探测到，并且发出声音和灯光警报，提醒相关人员引起注意防止不良事件发生。本项目的设想是这样：我们使用两种传感器用于检测^[2]靠近铁栅栏等障碍物的人员，传感器一旦检测到有人过于靠近障碍物，就会发送信号给单片机，单片机接收信号后发出声音和灯光警报，提醒相关人员注意。

1 系统硬件设计

1.1 系统基本模块结构

系统结构图如图1所示。整个系统在 STC89C52RC 单片机的控制下协同工作。

智能异常入侵警报器的硬件系统主要由单片机、时钟电路、复位电路、微波雷达感应器、人体红外感应模块、警报音模块和警报灯模块组成。系统的基本工作原理如下：当人体红外感应模块或微波雷达感应器检测到有人靠近时，会向单片机发送一个高电平信号。单片机接收到信号后，通过控制警报灯和警报音模块发出警报，提醒相关人员注意。

单片机

STC89C52RC

警报音模块

警报灯模块

复位电路

人体红外感应模块

时钟电路制

微波雷达感应模块

1.2 总体电路设计

电路大致连接方式为：单片机连接晶振器及电容构成时钟电路，连接电阻、电容和复位开关组成复位电路；晶体管连接电源、OUT、继电器、接单片机和接地；芯片的V 接电源，GND接地，OUT连接其他电路；SB612A的VCC接电源，GND接地，TEST基极等。

1.3 单片机选型与功能

单片采用的是在中国应用广泛的宏晶公司的51系列的STC89C52RC单片机。（由于画图软件的限制，图中单片机用AT89C51代替，两者工作原理等完全一致）该芯片是低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，因此本设计以STC89C52RC作为核心芯片

1.4 微波雷达感应模块

微波雷达感应模块采用SC5816DB型号。微波雷达感应器会向外发射微波，根据多普勒原理检测是否有人或事物进入探测范围，不受温度、雾霾等的影响，具有稳定的工作性能。本系统中采用的微波雷达感应器的型号是SC5816DB，它可以向外界发射5.8GHz的微波，共有三个引脚，其中“V ”接5-12 V电压，用于为其供电，“GND”接地，“OUT”是输出引脚，当检测到有目标靠近时，其输出为高电平，没有目标靠近时，输出低电平。

微波雷达模块中“V ”有两个分支，一个分支接 “ 5V”电源，另一个分支接NPN9013晶体管的集电极，晶体管的发射极接单片机的第21引脚，作为微波雷达的输入端，晶体管的基极先接一个2.2K的限流电阻，再接到微波雷达的“OUT”输出引脚，这条线路的作用是使检测到有危险事物靠近时，发出稳定的高电平；“GND”也有两个分支，一个分支是通过一个10K的限流电阻接到单片机的第21引脚，这条线路的作用是当没有危险事物进入探测区域时，使单片机的输入引脚收到一个稳定的低电平；另一个分支是通过一个2.2K的限流电阻，再连接一个发光二极管，最后到单片机的第21引脚，这个线路的作用是，当探测到有事物进入检测区域时，二极管会发光，起到指示的作用。

1.5 人体红外感应模块

自然界中的任何物体，只要其本身温度高于绝对零度，即-273.15℃，就会向外部空间辐射红外线，人体红外感应器就是运用这个原理检测是否有目标靠近。它也有三个引脚，其中“VCC”是电源引脚，可接3.8-12 V电压， “GND”接地，“TEST”是测试引脚，同样，有目标靠近时输出高电平，没有目标靠近时，输出低电平。人体红外感应模块的连接方式和工作原理与微波雷达感应模块相似，故在此也不再赘述。

1.6 警报模块设计

警报模块由警报灯模块和警报音模块组成。以警报音模块为例：警报音模块由一个警报喇叭、一个继电器、一个晶体管和一个1K的电阻组成，其中继电器起开关作用，晶体管起控制作用。由于在单片机装置中，电压只能提供约3~5V，而喇叭本身需要12V驱动，此时我们选择通过引入Q2、Q3晶体管放大单片机的信号，晶体管驱动继电器线圈，利用继电器实现从低电压到高电压的转换，继电器的常开触点连接12V的小喇叭从而进行驱动。警报喇叭的一端接本系统中的“ 12V”电源，起供电作用，另一端接继电器的常开引脚，继电器的公共端和一个控制引脚接地，继电器的另一个控制触点接晶体管的集电极，晶体管的发射极接电源的“ 5V”，晶体管的基极经过一个1K的限流电阻接单片机的第28引脚，作为输入信号。

该装置工作过程为：探测器内的传感器首先感应到目标物理量的变化，即当人体红外感应模块（SB612A）检测到人体辐射的红外线变化，或微波雷达感应模块（SC5816DB）基于多普勒效应捕捉到目标的移动时，模块内部电路检测到红外线变化和反射的超声波后会把它转换为一个高电平并传送给单片机，如果红外线发射的超声波没有遇到目标物，那么就不会返回高电平。单片机接收到信号后就会执行程序语言立马驱动警报装置电路连通并运行：一方面通过 P2^6 引脚控制警报灯模块的继电器，使其闪烁以发出视觉警报；另一方面通过 P2^7 引脚驱动警报音模块的晶体管，触发扩音器发出声音警报。此过程中，单片机还负责协调传感器信号的优先级处理与警报持续时间的精准控制，确保警报系统的高效与可靠运行。

2 软件设计

2.1 初始化程序

初始化程序的主要功能是设置单片机的各个引脚状态，确保系统在启动时处于正常工作状态。初始化代码如下：

void init()
{
    LD = 0; // 微波雷达置低
    HW = 0; // 红外置低
    KZ1 = 1; // 警报灯关
    KZ2 = 1; // 警报音关
}

2.2 主程序设计

主程序通过不断检测传感器信号来判断是否有人靠近。如果检测到有人靠近，则触发警报灯和警报音；如果没有检测到人靠近，则保持警报灯和警报音关闭。主程序代码如下：

void main()
{
    init(); // 初始化函数
    while(1) // 空循环
    {
        while(!(LD || HW)) // 当LD、HW都为零时，即未检测到有人靠近，则等待
        {
            KZ1 = 1; // 警报灯关
            KZ2 = 1; // 警报音关
        }
        while(LD || HW) // 当LD或HW任一为1，说明检测到有人或物靠近
        {
            KZ1 = 0; // 警报灯亮
            KZ2 = 0; // 警报音响
            delay(5000); // 延时5s
        }
    }
}

2.3 延时函数

延时函数用于控制警报灯和警报音的持续时间。延时函数代码如下：

void delay(unsigned int x)
{
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < x; i )
        for(j = 0; j < 110; j );
}

3 结语

实物制作完成后我们进行了实际测试，装置达到了预期设计目的和要求：当有可疑人员靠近警戒区域时，会发出声音警示和灯光警示，非法人员离开后经过一段时间的延迟，警告音和警报灯都会停止工作。智能异常入侵警报器作为一种新型的安防设备，凭借其智能化设计、高灵敏度与抗干扰性以及广泛的应用场景，为公共安全和特殊场所的安全防护提供了有效的解决方案，弥补了传统安防措施的不足。我们相信该产品能够在社会中发挥巨大的作用，为社会的安全稳定作出贡献。

参考文献：

1. [1] 谢伟成,伍彩云,陈正光.基于单片机的安全距离控制系统设计[J].电子制作,2023,31(17):97-99 56.
2. [2] 朱静,马维.基于单片机的声光报警控制系统设计[J].电子技术,2023,52(07):19-21.
3. [3] 夏伏洋,姜华.基于单片机的传感器监测系统设计[J].电子元器件与信息技术,2019,3(07):70-74.
4. [4] 文亚辉.单片机技术在传感器设计中的应用[J].数字通信世界,2019(12):199.
5. [5] 刘婷.传感器设计中应用单片机技术的分析[J].数码设计，2021,6(09):85.