CN103064037B - 基于磁场传感器的防盗报警装置 - Google Patents

基于磁场传感器的防盗报警装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及防盗报警装置，具体为一种基于磁场传感器的防盗报警装置，解决了现有的防盗报警装置存在的可靠性不高、误报频繁、体积庞大、价格昂贵、维护资金高等问题。一种基于磁场传感器的防盗报警装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括磁场产生装置和检测报警装置，所述第二部分包括检测报警装置；所述检测报警装置包括检测单元、主控单元、报警单元及供电单元；所述检测单元包括型号为MAG3110的磁场传感器（U2）及其外围电路；所述主控单元包括型号为STC12LE5A60S2的单片机（U1）及其包含时钟电路、手动复位电路的外围电路。本发明结构简单、设计合理，具有检测可靠性高、成本低、体积小等优点。

Description

基于磁场传感器的防盗报警装置
技术领域
本发明涉及防盗报警装置，具体为一种基于磁场传感器的防盗报警装置。
背景技术
目前我国现有展馆、博物馆通常运用的报警装置存在的缺点如下：
1、多维驻波报警器：缺点是空气流动会对探测器产生影响，因此需在空气流通不大的环境中使用，以提高识别率。并且多维驻波探测器发射的超声波是以空气为传输介质的，空气的温度和相对湿度会影响其探测灵敏度。
2、被动红外报警器：缺点是易受各种热源、阳光源和射频辐射干扰。被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收，在环境温度超过28℃以上会造成探测距离缩短。当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，这一点在冬天尤其明显，当人员在室外长时间逗留，经过探测器时就有可能不报警，产生漏报。
3、红外微波双鉴报警器：缺点是只要破解其一便可使其失效。微波对物体移动速度太慢或太快时，探测器不报警。入侵物体发的红外线被屏蔽时也不报警。　　
4、主动红外入侵报警器：通常在户外使用，环境的温度变化对它的影响很大，特别是使用时间长的产品，材料、电路系统、电子元器件出现老化、功能衰减，误报尤为严重。
5、玻璃破碎报警器：该探测器是靠收集分析玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号来报警的，但如果小心地将玻璃划开时，此报警器也可能失效。电铃声、金属撞击声等高频声均可引起单技术玻璃破碎探测器的误报警。
6、微波多普勒探测器：微波探测器穿透力强，但如果安装不当，微波信号就会穿透木材、玻璃、塑料等材质的门窗导致频繁的误报。
7、泄露电缆式报警探测器：其探测灵敏度受环境温度、湿度、风雨烟尘等恶劣气候条件的影响，设备的安装、调试较为复杂。
8、开关类探测器：长期工作在室外的探测器，不可避免地会受到大气中粉尘、微生物的作用，在探测器的外壁上往往会积一层粉尘样的硬壳阻碍探测；雾、雪等天气也会使能见度下降，探测距离缩短，产生漏误报。
上述报警装置均存在可靠性不高、误报频繁、体积庞大、价格昂贵、维护资金高等问题。
因此，有必要发明一种新型的防盗报警装置。
发明内容
本发明为了解决现有的防盗报警装置存在的可靠性不高、误报频繁、体积庞大、价格昂贵、维护资金高等问题，提供了一种基于磁场传感器的防盗报警装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于磁场传感器的防盗报警装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括磁场产生装置和检测报警装置，所述第二部分包括检测报警装置；所述检测报警装置包括检测单元、主控单元、报警单元及供电单元；所述检测单元包括型号为MAG3110的磁场传感器U2及其外围电路；所述主控单元包括型号为STC12LE5A60S2的单片机U1及其包含时钟电路、手动复位电路的外围电路；所述报警单元包括蜂鸣器或扬声器U5、PNP型三极管Q1及第七电阻R7；所述供电单元为检测单元、主控单元、报警单元提供3.3V电压；所述磁场传感器U2的第6、7管脚分别通过第二、一电阻R2、R1与单片机U1的P2.5、P2.6管脚连接（与单片机U1进行I2C通信），所述单片机U1的P2.7管脚通过第七电阻R7与PNP型三极管Q1基极连接，PNP型三极管Q1的集电极与蜂鸣器或扬声器U5的输入端连接，PNP型三极管Q1的发射极与供电单元的输出端连接。
所述第一部分和第二部分内的单片机U1内设定有报警程序，包括如下步骤：a、单片机通过I2C通信协议，接收由磁场传感器循环采集后输入的3轴磁场强度信号X、Y、Z；b、将3轴磁场强度信号合成为一个磁场强度向量                                                ，通过公式计算出该向量的模||；c、所述第一部分与第二部分之间的距离记为L，通过实验确定出L与||之间的对应关系，分别在第一部分和第二部分的单片机U1内设定第一比较值H1min和第二比较值H2min、且H1min＞H2min，当第一部分与第二部分之间的距离L大于安全距离Lmax时，第一部分内的单片机U1合成的磁场强度信号||1  小于第一比较值H1min、第二部分内的单片机U1合成的磁场强度信号||2 小于第二比较值H2min，则第一部分和第二部分内的单片机U1均输出高电平分别控制报警单元发出报警；否则，第一部分和第二部分内的单片机U1均输出低电平，检测报警装置继续循环检测并比较。
工作时，以本装置应用于展馆、博物馆内为例，将第一部分固定在展品的底座上，第二部分固定在展品上。检测单元主要由磁场传感器MAG3110及其外围电路组成。磁场传感器MAG3110是一个3轴的磁场传感器，内部集成了A/D转换器，薄型封装2.0 mm×2.0 mm×0.85mm，具有I2C接口，测量范围为-10gausses～+10gausses，灵敏度为0.001gausses，精度高，可靠性强，电子电路的集成所需的外部元件少，集成体积小，主要功能是全方位循环检测周围的磁场强度，并通过I2C通信协议，将数据传送给主控单元。主控单元主要由单片机STC12LE5A60S2及其外围电路组成，外围电路主要包括时钟电路、手动复位电路。单片机STC12LE5A60S2通过C语言编程，对传送过来的磁场强度数据进行处理，然后与设定值进行比较判断，进而控制报警单元是否发出警报。具体如下：如图4所示，检测单元的磁场传感器循环采集3轴磁场强度，单片机通过I2C通信协议接收磁场数据。由于所选择的磁场传感器是3轴的，为保证准确性和灵敏性，在单片机内通过C语言编程，将3轴的信号合成为一个磁场强度向量，计算出该向量的模||，第一部分与第二部分之间的距离记为L。由于磁场强度随着距离的增加而衰减，通过实验即可容易总结出L与H之间的对应关系。需要说明的是，检测报警装置本身会产生一定的磁场。而磁场传感器检测的是空间内所有磁场的叠加，包括磁场产生装置的磁场、检测报警装置的磁场和地磁场，当然，地磁场非常微小，可以忽略不计。所以，当第一部分和第二部分距离越来越远时，不仅第一部分内的单片机U1内磁场强度合成值||1会越来越小，第二部分内的单片机U1内磁场强度合成值||2也会越来越小，但||1的数值变化幅度远没有||2的数值变化幅度大，即△||1＜＜△||2。例如，设定当第一部分距离第二部分的安全距离Lmax=2m时，第一部分内单片机检测到的磁场强度设定为第一比较值H1min，第二部分内单片机检测到的磁场强度设定为第二比较值H2min。要求第一部分与第二部分须保持在一定的距离内，当二者之间的距离L超过安全距离Lmax时，则第一部分内单片机内合成的磁场强度信号||1 < H1min、第二部分内单片机内合成的的磁场强度信号||2 < H2min，此时第一部分和第二部分内的单片机经过比较判断，均输出高电平控制蜂鸣器发出警报；否则，检测报警装置继续循环检测并比较。所以，当展品和底座分开至一定距离时，分别固定在底座和展品上的第一部分和第二部分同时报警，实现了双向报警。可根据实际情况，任意选择安全距离Lmax的大小，只需要通过C语言编程，对应设置第一比较值H1min和第二比较值H2min的大小即可。另外，实际工作中，第一部分和第二部分逐渐分离的过程中，第一部分与第二部分所检测的磁场强度值大小是不一样的。由于第一部分包括磁场产生装置，所以第一部分所检测到的磁场强度相对于第二部分将会很大。但是，这并不影响后续检测值与设定值的比较结果。可根据具体情况，通过C语言编程，将第一部分内单片机设定的第一比较阈值H1min设得很大，第二部分内单片机设定的第二比较阈值H2min设得较小。这样，在两部分分开至安全距离Lmax时，两部分内单片机的比较结果是一样的。
与现有的防盗装置相比，本发明的优点在于：可进行双向报警，操作方便简单，体积小，可靠性高，灵敏度高，成本低等；并且用途范围广，既可应用于陈列贵重物品的展馆、博物馆内，也可应用于日常生活中的高端电子产品，如：手机、MP3\MP4\MP5、掌上电脑、相机等，发展潜力巨大，市场前景广阔。
本发明结构简单、设计合理，解决了现有的防盗报警装置存在的可靠性不高、误报频繁、体积庞大、价格昂贵、维护资金高等问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是检测报警装置的电路原理图。
图3是ISP（在系统可编程）单元电路原理图。
图4是本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种基于磁场传感器的防盗报警装置，包括第一部分和第二部分，所述第一部分，如图1所示，包括磁场产生装置和检测报警装置，所述第二部分包括检测报警装置；所述检测报警装置包括检测单元、主控单元、报警单元及供电单元。
所述检测单元包括型号为MAG3110的磁场传感器U2及其（常规）外围电路。如图2所示，所述磁场传感器U2的第1管脚通过第一电容C1接地，第2管脚通过并联的第三电容C3和第四电容C4接地，第4管脚通过第二电容C2接地，第5管脚接地，第10管脚接地，第2、8管脚与供电单元输出端连接，第6、7管脚分别通过上拉电阻（第四电阻R4和第三电阻R3）与供电单元输出端连接。
所述主控单元包括型号为STC12LE5A60S2的单片机U1及其包含时钟电路、手动复位电路的（常规）外围电路。如图2所示，所述单片机U1的第38、29管脚通过并联的第八电容C8和第九电解电容C9接地、且第38管脚与供电单元输出端连接；单片机U1的第16管脚接地。所述时钟电路由一个11.0592MHz的晶振Y1和第五电容C5、第六电容C6组成，即晶振Y1的一端通过第六电容C6接地、且与单片机U1的第14管脚连接，晶振Y1的另一端通过第五电容C5接地、且与单片机U1的第15管脚连接。所述手动复位电路由按键S1、第七电解电容C7、第五电阻R5、第六电阻R6组成，即按键S1的一端通过第五电阻R5与单片机U1的第4管脚连接、其另一端与供电单元的输出端连接，第六电阻R6一端与单片机U1的第4管脚连接、其另一端接地，第七电解电容C7的正极与供电单元的输出端连接、负极与单片机U1的第4管脚连接。
所述报警单元包括蜂鸣器或扬声器U5、PNP型三极管Q1及第七电阻R7。
所述供电单元为检测单元、主控单元、报警单元提供3.3V电压。
所述磁场传感器U2的第6、7管脚分别通过第二、一电阻R2、R1与单片机U1的P2.5、P2.6管脚连接，所述单片机U1的P2.7管脚通过第七电阻R7与PNP型三极管Q1基极连接，PNP型三极管Q1的集电极与蜂鸣器或扬声器U5的输入端连接（蜂鸣器或扬声器U5的输出端接地），PNP型三极管Q1的发射极与供电单元的输出端连接。
所述第一部分和第二部分内的单片机U1内设定有报警程序，如图4所示，包括如下步骤： a、单片机U1通过I2C通信协议，接收由磁场传感器循环采集后输入的3轴磁场强度信号X、Y、Z；b、将3轴磁场强度信号合成为一个磁场强度向量，通过公式计算出该向量的模||；c、所述第一部分与第二部分之间的距离记为L，通过实验确定出L与||之间的对应关系，分别在第一部分和第二部分的单片机U1内设定第一比较值H1min和第二比较值H2min、且H1min＞H2min，当第一部分与第二部分之间的距离L大于安全距离Lmax时，第一部分内的单片机U1合成的磁场强度信号||1小于第一比较值H1min、第二部分内的单片机U1合成的磁场强度信号||2 小于第二比较值H2min，则第一部分和第二部分内的单片机U1均输出高电平分别控制报警单元发出报警；否则，第一部分和第二部分内的单片机U1均输出低电平，检测报警装置继续循环检测并比较。
所述供电单元采用3.3V的纽扣电池供电或者利用计算机的USB口输出5V电压，通过三端稳压器U4转换为3.3V后供电。如图2所示，USB口J1的第1端通过相互并联的第十一电容C11、第十电解电容C10、由第九电阻R9和第一发光二极管D1构成的串联支路接地，USB口的第6端接地；三端稳压器（AMS1117-3.3V）的第3端通过并联的第十二电解电容C12和第十三电容C13接地，三端稳压器的第1端接地，三端稳压器的第2端通过并联的第十四电解电容C14和第十五电容C15接地、且输出3.3V电压；开关S2的一端连接USB口的第1端、另一端连接三端稳压器的第3端；上述此种供电方式主要用于检测报警装置在实验阶段或维修时方便调试。另外，如图2所示，一插座JP1内置有纽扣电池，其第1端接地、第2端输出3.3V电压且通过第八电阻R8和第二发光二极管D2接地。所述第一、二发光二极管D1、D2为供电指示灯。
具体实施时，还有用于为单片机U1下载程序的ISP（在系统可编程）单元电路，如图3所示，所述ISP单元电路包括型号为MAX3232的电压转换芯片和9针的串口J3，所述电压转换芯片的第2管脚通过第十九电解电容C19接地，第1管脚通过第十六电解电容C16与第3管脚连接，第4管脚通过第十七电解电容C17与第5管脚连接，第6管脚通过第十八电解电容C18接地，第16管脚与供电单元的输出端连接且通过第二十电解电容C20接地，第15管脚与第二十电解电容C20的负极连接。另外，电压转换芯片的第14、13管脚分别与串口的第2、3脚连接，电压转换芯片的第11、12脚分别与单片机U1的第P3.0、P3.1管脚相连，工作时，程序即通过这两条线路从计算机下载到单片机U1内。
所述磁场产生装置可以是一般的磁体，产生的磁场强度范围为-10gausses～+10gausses。

Claims (6)

1.一种基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括磁场产生装置和检测报警装置，所述第二部分包括检测报警装置；所述检测报警装置包括检测单元、主控单元、报警单元及供电单元；
所述检测单元包括型号为MAG3110的磁场传感器（U2）及其外围电路；
所述主控单元包括型号为STC12LE5A60S2的单片机（U1）及其包含时钟电路、手动复位电路的外围电路；
所述报警单元包括蜂鸣器或扬声器（U5）、PNP型三极管（Q1）及第七电阻（R7）；
所述供电单元为检测单元、主控单元、报警单元提供3.3V电压；
所述磁场传感器（U2）的第6、7管脚分别通过第二、一电阻（R2、R1）与单片机（U1）的P2.5、P2.6管脚连接，所述单片机（U1）的P2.7管脚通过第七电阻（R7）与PNP型三极管（Q1）基极连接，PNP型三极管（Q1）的集电极与蜂鸣器或扬声器（U5）的输入端连接，PNP型三极管（Q1）的发射极与供电单元的输出端连接；
所述第一部分和第二部分内的单片机（U1）内设定有报警方法，包括：
用于单片机（U1）通过I2C通信协议且接收由磁场传感器循环采集后输入的3轴磁场强度信号X、Y、Z的接收步骤；
用于将3轴磁场强度信号合成为一个磁场强度向量                                                且通过公式计算出该向量的模||的合成步骤；
用于所述第一部分与第二部分之间的距离记为L且通过实验确定出L与||之间的对应关系并分别在第一部分和第二部分的单片机（U1）内设定第一比较值H1min和第二比较值H2min、且H1min＞H2min的比较步骤，该步骤可对如下动作进行选择：
当第一部分与第二部分之间的距离L大于安全距离Lmax时，第一部分内的单片机（U1）合成的磁场强度信号||1小于第一比较值H1min、第二部分内的单片机（U1）合成的磁场强度信号||2小于第二比较值H2min，则第一部分和第二部分内的单片机（U1）均输出高电平分别控制报警单元发出报警；
否则，第一部分和第二部分内的单片机（U1）均输出低电平，检测报警装置继续循环检测并进行比较步骤。
2.根据权利要求1所述的基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：所述磁场产生装置产生的磁场强度范围为-10gausses～+10gausses。
3.根据权利要求1或2所述的基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：所述供电单元采用3.3V的纽扣电池供电或者利用计算机的USB口输出5V电压并通过三端稳压器（U4）转换为3.3V后供电。
4.根据权利要求1或2所述的基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：所述时钟电路由一个晶振（Y1）、第五电容（C5）及第六电容（C6）组成；所述手动复位电路由按键（S1）、第七电解电容（C7）、第五电阻（R5）及第六电阻（R6）组成。
5.根据权利要求3所述的基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：所述时钟电路由一个晶振（Y1）、第五电容（C5）及第六电容（C6）组成；所述手动复位电路由按键（S1）、第七电解电容（C7）、第五电阻（R5）及第六电阻（R6）组成。
6.根据权利要求5所述的基于磁场传感器的防盗报警装置，其特征在于：所述磁场产生装置为磁体。
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