一种基于单片机的智能保险箱报警系统的制作方法

本发明涉及保险箱安全技术，特别涉及一种基于单片机的智能保险箱报警系统。

背景技术：

近年来我国经济发展迅速，人均收入水平逐渐升高，人们可支配财产增加，加上宝石、贵金属、古玩等贵重物品的投资和收藏热潮，现金和贵重物品的存放和防盗措施成为了人们生活中的不可忽视一部分，保险箱开始走进人们的日常生活之中。

保险箱一般由箱体、门板、防盗锁具、传动机构等几大部分组成，市场上的保险箱一般通过采用不同的规格、材料、工艺、配件来符合市场不同消费习惯的人群使用，但是从根本的防盗手段上并没有太多的改进。传统保险箱的防盗功能主要依赖于箱体等设备的物理性质，在科技不断发展的今天，盗窃等犯罪手段也在不断发展，传统保险箱的被动式的防盗措施已经渐渐的无法满足实际的防盗需求。因此，需要新型智能的防盗保险箱来对抗潜在的安全威胁。

市场上的保险箱目前可以实现密码输入错误、人员离开时未能关闭箱门等几种不同状态下的报警。报警方式主要有：本地报警、电话报警和无线网络报警。这其中对于电话报警和无线网报警两种方式，具有容易遭到破坏、通话内容不够清晰、正常通话占用手机时无法接收到报警信息等限制和弊端，不具有较高的可推广性。而由于手机用户的不断增加和GSM技术的不断成熟，方便而价格低廉的短信报警，成为了远程报警的主要方式。本系统采用了短信和本地报警两种不同的报警方式，有效地保障了保险箱的安全。

鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种基于单片机的智能保险箱报警系统，具有结构简单、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点，具有良好的应用价值。

本发明的技术方案是：

一种基于单片机的智能保险箱报警系统，包括主控制芯片及分别与其连接的传感器模块和报警模块，还包括分别为上述各部件供电的电源模块；所述的传感器模块包括分别安装于保险箱上的门磁开关、振动检测电路、加速度检测电路和人体红外检测电路，分别用于检测保险箱的内外环境，并将检测信号分别传送给主控制芯片，主控制芯片根据检测信号判断是否有异常情况发生，控制报警模块报警。

所述的主控制芯片采用STC80C52单片机。

优选的，所述振动检测电路采用SW-420振动传感器感应保险箱振动信号，所述SW-420的VCC端通过电阻连接高电平、GND端接地；处于静态时，振动传感器处于导通状态，SW-420的VCC端输出信号为低电平；当出现振动时，SW-420瞬间断开，SW-420的VCC端输出信号为高电平，连续振动时输出信号波形为矩形波，主控制芯片根据其输出高电平信号时间判断振动幅度，并控制报警阈值。

优选的，所述加速度检测电路采用MMA7260三轴加速度传感器，感应保险箱被移动的信号。

优选的，所述人体红外检测电路采用SPI209S热释电传感器探测人体发射的红外线信号。

优选的，所述门磁开关用于检测保险箱箱门是否严格关闭，包括永磁体和门磁主体两部分，两部分分别安装于保险箱箱体上和保险箱箱门上；所述门磁主体包括一常开型的干簧管，当干簧管位于永磁体的一定距离内时，门磁开关处于导通状态；当永磁体和干簧管之间拉开一定距离后，门磁开关处于常开状态。

优选的，所述报警模块包括分别与主控制芯片连接的本地报警模块和GSM报警模块，主控制芯片根据各传感器模块发送的检测信号判断是否有异常情况发生，控制本地报警模块进行本地的声音或光线报警，提醒可能的在场人员，或通过GSM报警模块发送短信，将保险箱受到入侵的信息告知远程用户。

本发明的优点是：

本发明所提供的基于单片机的智能保险箱报警系统，能够对于外界的入侵进行进行检测，能够检测并判断撬门、破坏箱体、整体移动等几种入侵类型所引起的环境变化。当发生环境异常，判断为外来入侵时能够启动本地声光报警并发送提示报警短信，以达到智能防盗的效果，具有结构简单、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点，具有良好的应用价值。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的基于单片机的智能保险箱报警系统整体设计模块图；

图2为本发明所述的门磁开关电路的电原理图；

图3为本发明所述的振动检测电路的电原理图；

图4为本发明所述的加速度检测电路的电原理图；

图5为本发明所述的人体红外检测电路电原理图；

图6为本发明所述的GSM报警模块连接电路的电原理图；

图7为本发明所述的本地报警电路电原理图；

图8为本发明的总体连接电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所揭示的基于单片机的智能保险箱报警系统，包括主控制芯片及分别与其连接的传感器模块和报警模块，还包括分别为上述各部件供电的电源模块；所述的传感器模块包括分别安装于保险箱上的门磁开关、振动检测电路、加速度检测电路和人体红外检测电路，分别用于检测保险箱的内外环境，并将检测信号分别传送给主控制芯片，主控制芯片根据检测信号判断是否有异常情况发生，控制报警模块报警。所述的主控制芯片采用STC80C52单片机。为了应对针撬门等对保险箱箱门的入侵行为，需要对保险箱箱门的状态进行检测，本发明采用门磁开关来判断保险箱箱门的状态，并向主控芯片进行反馈。为了应对暴力破解的入侵行为，需要对保险箱外壳的状态进行检测，本发明采用振动传感器，当保险箱外壳受到暴力破坏时的强外力时，振动传感器能够感受到这种环境变化，并将入侵信息传送给主控芯片。保险箱一般设置于室内的固定位置，一般不会发生位置移动。在这种前提下，为了应对保险箱整体搬运的入侵行为，采用了加速度传感器对保险箱的运动状态进行检测，能将保险箱的运动状态反应给主控芯片。此外，由于保险箱周围环境可能很复杂，有可能出现非人为因素引起的外力作用或箱体移动，容易触发报警条件而引起误报。为了增加系统了稳定性和准确性，采用了人体红外检测模块，对保险箱周围的人体发出的红外线进行检测，从而感知保险箱周围环境中的人员活动。

如图2所示，门磁开关电路用于检测保险箱箱门是否严格关闭，由门磁开关主体和电阻组成，当保险箱箱门严格关闭时，门磁主体与永磁体之间间隙很小，门磁主体内的干簧管触点受磁力影响闭合，干簧管导通，电源电流通过电阻和导通的门磁主体直接流向地端，电路输出为低电平；当保险箱箱门未能严格关闭时，门磁主体与永磁体之间间隙增大，当间隙距离超过规定范围时，干簧管触点受磁力减小，干簧管断开，电源电流通过电阻向外输出高电平。单片机通过门磁开关电路向其输出电平高低判断箱门关闭状况。电阻在电路中起到分压保护作用。同时需要在保险箱锁孔或电子密码盘设置接触式常开式开关，当输入正确密码或用正确钥匙开锁时开关闭合。将常闭式开关与门磁开关并联，当以正确方式打开保险箱箱们时，常开开关闭合将门磁开关短路，防止误判报警；当未以正常方式开启的情况下，保险箱箱门打开，才进行报警。增加报警的准确性和可行性，达到设计要求。

如图3所示，振动检测电路，由SW-420震动传感器与电阻组成，SW-420振动传感器为常闭式传感器。处于静态时，传感器处于导通状态，电源电流通过电阻和振动传感器流向地端，输出信号为低电平，且电压稳定不变；当出现振动时，传感器瞬间断开，断开时间与振动信号幅度成正比，输出信号为高电平，多次振动电路输出信号波形为矩形波，可以由输出高电平信号时间判断振动幅度，并控制报警边界，当振动平复后，振动传感器恢复闭合状态，输出信号回归低电平。电阻在电路中起到分压保护作用。由于振动传感器为直接接触式传感器，在实际布置中需要和保险箱箱体用螺丝或黏结胶进行刚性连接，以减小信号传至传感器过程中的信号衰减。

如图4所示，加速度检测电路电路图，其中加速度传感器采用的是MMA7260三轴加速度传感器，其1到3号引脚分别是Z、Y、X方向加速度亮的模拟输出。4和5引脚为量程选择控制端G1G2，当G2、G1输入为00、01、10、11时，输出灵敏度分别为为800mV/g、600mV/g、300mV/g、200mV/g。6号引脚为电源供电引脚，采用5V供电，9号引脚为接地引脚。7号引脚为NC引脚，接空。10号引脚为睡眠模式控制引脚。由于输出的模拟信号电压量比较小，所以本发明采用敏感度比较高的量程，即1.5g量程，输出为800mV/g，因此给G1、G2引脚都输入低电平。

由于MMA7260加速度传感器输出的电压值为模拟信号，而单片机只能直接识别数字信号，单片机无法直接识别加速度传感器的输出的信号。因此加速度传感器输出信号需要经过A/D转换电路，将输出的模拟信号转换为数字信号输入单片机。ADC0809为逐次逼近式8位A/D转换器，是单片机设计中常见的A/D转换芯片。芯片由译码器、比较器、多路开关、逐次逼近寄存器等电路组成，在芯片内部有一个切换8路个通道的多路开关，可以支持至多8个输入并由地址码切换输出。

为了A/D完成转换通道的切换，通过利用单片机P2.3、P2.4两个端口循环输出00、01、10信号，实现X、Y、Z三个通道的交替选择。ALE引脚控制地址锁存器，当ALE引脚高电平时允许地址信号进入，低电平时地址信号无法进入。START引脚控制开始转换，引脚获得高电平上升沿时时A/D转换器开始转换。将ALE和START引脚连接在一起，同时连接单片机P2.1引脚，当P2.1输出高电平时，A/D转换器读取地址信息选择转换通道并开始转换。EOC引脚为转换状态引脚，当A/D转换器在进行转换时，EOC引脚输出低电平；当转换结束后，输出为高电平。可将EOC引脚输出信号作为地址信号改变的触发条件。OE引脚控制允许数据输出，当OE引脚输入低电平时，不允许输出端口进行输出；当OE引脚输入高电平时，允许输出端口进行输出。

ADC0809逐次逼近式8位A/D转换器的输出是将输入电压按照参考电压划分为0～255，然后作为8位数字信号进行输出。参考电压取最大5V，5/255≈0.0196，即分辨率为0.0196V。0.0196V*32=0.6272V,按照加速度传感器量程，当输出为0.6272V时，加速度约为0.784g，已经达到应该报警的异常值。ADC0809的输出为从D7到D0逐次降位，D7为最高位D0为最低位。因可以设定此当单片机连接A/D转换器的高三位即P0.5、P0.6、P0.7三个引脚收到高电平信号时，能够说明保险箱箱体的加速度处于异常，判断保险箱被移动，触发报警。

如图5所示，人体红外检测电路电路图，其热释电传感器有三个引脚，D引脚为电源供电引脚，G引脚为接地引脚，S引脚为信号输出端。在红外检测电路中图中，当人体进入热释电传感器探头的检测范围内后，探头检测到温度变化使热释电传感器发出信号，但由本身热量微弱，热释电效应所产生的电压很小，热释电传感器输出信号很也小，因此需要对其输出信号的进行放大。红外热释电处理芯片BISS0001是一款性能比较高的传感信号处理芯片，常用于和传感器构成传感器开关。先将热释电红外传感器的输出信号V作第一级信号传入运算放大器OP1放大，14和15引脚为一级放大器的输入，并通过16引脚输出放大后的结果；经过一次放大后再将结果送入放大器OP2再次放大，12和13引脚为二级放大器的输入。二次放大后的热释电信号再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号VS，VS启动延迟时间定时器，输出信号V0通过2号引脚传送给单片机。9引脚为触发禁止端，低电平时禁止触发，从而封锁触发信号，使触发信号无效；9引脚接高电平时，触发信号能够正常启动定时器，输出信号0。1引脚可以改变BISS0001芯片的工作模式，将1引脚接高电平，则处于可重复触发的工作模式；将1引脚接低电平，则芯片处于不可重复触发的工作模式，一次触发后输出端锁定，不再改变。3和4引脚为输出延迟控制端，可以通过增大连接的电阻和电容的值增加输出延迟时间。输出延迟时间Tx≈67025R*C，约为3.15秒。5和6引脚为触发封锁时间调节引脚，在封锁时间内，任何输入信号的改变都无法生成输出信号，可以有效地抑制干扰，同样可以通过增大引脚连接的电阻和电容的值增大封锁时间。

如图6所示，GSM模块连接电路电路图，其GSM模块电路是智能保险箱报警功能的核心部分，控制芯片接收到的外部信息经过判断后，报警信息主要是通过GSM模块通过短信传送给外界，以达到实时报警的功能。TC35i主要由6部分组成，分别为为：供电模块、闪存器、ZIF管脚连接器和天线接口。TC35i芯片一共有40个引脚，可以通过插座连接器导出，可将40个引脚分为5类：电源供电接口，数据输入/输出接口、SIM卡连接接口、音频接口和控制接口。

TC35i的1到5号引脚是电源输入引脚，通常使用电压值为4.2V，6到10号引脚接地引脚。11和12号引脚为充电引脚，可以外接电池为芯片供电。15号引脚IGT是TC35i的启动引脚，在系统加电后如果要使TC35i进入工作状态,必须要将一个大于100ms的低电平脉冲信号加在IGT引脚。因此将IGT引脚通过按键开关接地，启动时按下按键，IGT引脚接入低电平，按键松开后，IGT引脚恢复高电平，完成TC35i的点火启动。在实际安装中可以与单片机的复位按钮和置，简化操作，提升效率。16到23号引脚为数据输入/输出口，TC35i模块的数据输入/输出接口的功能等同于一个异步串行收发器，符合RS232接口标准，并且支持标准的AT命令集。其中18引号脚RXD、19号引脚TXD为TTL的串口通讯脚，可以用来负责和单片机进行通信。TC35i需要外接SIM卡,第24到29号引脚用于连接SIM卡，SIM卡与TC35i的连接方法为:SIM卡上的CCIO、CCRST、CCCLK、CCVCC和CCGND五个引脚通过SIM卡读卡器与TC35i上的同名管脚直接相连。CCIN引脚用于检测SIM卡与TC35i连接是否正常，如果SIM卡未能正常连接，则CCIN引脚输出为低电平；如果SIM卡连接正常，则CCIN引脚输出为高电平。

SIM卡上共有6个引脚。CCVCC和CCGND引脚分别是SIM的供电和接地引脚，CCIO引脚为数据的输入/输出引脚，CCRET引脚为复位引脚，CCCLK心焦为时钟信号引脚。

TC35i的32号引脚SYNC引脚具有两种工作方式，一种是在信息发送时，显示信息发射时的功率增长情况；另一种功能是显示TC35i芯片的工作状态，本发明使用的是该引脚的后一种功能。由于SYNC引脚的输出情况不容易被直接观测，因此将SYNC引脚串电阻连接LED发光二极管后接地，通过观测LED发光二极管的亮灭来显示SYNC引脚的输出情况，从而得知TC35i芯片的工作状态。当TC35i处于关闭或睡眠状态时,SYNC引脚输出低电平，LED灯熄灭表明；当SIM卡没有插入或TC35i正在进行网络登录时，LED会以0.6秒为周期进行闪烁；当TC35i已登录进网络，处于待机状态时，LED会以0.75秒亮和3秒熄灭的形式进行闪烁。

如图7所示，本地报警模块电路电路图，基于GSM的智能保险箱除了能够通过GSM模块发送短信进行报警之外，还需要进行本地报警。本地报警通过声音和发光进行报警，不仅能够震慑实施入侵的人员，最重要的是能够提示可能的在场人员，防止熟人或内部人员进行作案，增加保险箱的保护力度，同时也使保险箱被整体移动的入侵行为更加难以实施，进行双保险。本地报警电路由单片机直接控制通过引脚输出高电平时电流流过发光二极管，达到光报警的功能。但由于单片机输出电流较小，不足以驱动蜂鸣器工作。因此将单片机引脚连接到三极管的基极，将三极管发射极接电源，集电极接地，使单片机输出信号得到放大，驱动蜂鸣器工作，达到声音报警的功能。本地报警因该设置可以通过人工手动解除，可以通过按下设置于保险箱内部的单片机复位按键，使单片机恢复运行初始状态，从而解除报警。可以在人工误触，引发报警的情况下通过正确操作保险箱解除报警，提升保险箱报警的准确度和用户的实际体验。

如图8所示，电路总体电路图，在各部分电路设计完成后，将各部分的输出或输入端口与主控芯片相连，完成整体电路设计。单片机P0.0～P0.7端口作为数据接收端口连接加速度检测模块，接收经过A/D转换后的8为数字信号；P1.0端口作为本地报警的输出端，触发本地报警电路，完成本地声光报警；P1.1、P1.2、P1.3三个端口分别作为振动检测模块、门磁开关和红外检测模块的输入端，分别接收各模块传送的报警信息。P2.3和P2.4端口作为A/D转换器地址选择信号输出端，负责循环输出信号，控制A/D转换器的转换通道轮换；P2.0作为A/D转换器的输出控制端口；P2.1作为A/D转换器开始转换控制端口；P2.2作为A/D转换器转换状态检测端口；单片机供电引脚VCC接5V电源，GND端口接地，完成单片机供电。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。