李书婷

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛726000）

基于单片机的声控报警器设计

李书婷

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛726000）

介绍了一种以51单片机和驻极话筒为核心的声控报警器系统的设计。该系统利用驻极体话筒将声音信号转换成51单片机能够识别的电信号来控制报警器发出警报声和灯光报警。设计制作的声控报警器结构简单，能够迅速识别声音实现报警，具有电路简单、成本低廉、使用寿命长、灵敏度高的特点，可被广泛应用于家庭防盗以及企业生产的噪音检测中，具有实际应用价值。

51单片机；声控电路；驻极体话筒

随着中国经济的崛起，中国已经成为国外很多报警器企业所看好的低成本市场。尚普咨询［1］作为国外报警器行业的龙头老大通过科学的市场分析也在逐步加大国内的投入。目前声控报警器在很多领域都能对事故起到很好的提醒防范，在这一点上比摄像头更加的有效和方便。目前市场上出现各种各样性能各异的报警器品种：如磁控报警器［2］、振动报警器［3］、声控报警器、超声波报警器［4］、微波报警器［5］、红外报警器［6］、激光报警器［7］、视频运动报警器［8］、感烟报警器［9］、感光报警器等，有利用将音频切换和声控报警合二为一的DL2410A声控报警机箱［10］，还有集报警、微型监视、对话和声像图文记录于一体的可视报警器［11］。本文设计采用驻极体话筒将声音信号转换成51单片机能够识别的电信号来控制报警器发出警报，该设计使用元件少，电路简单、成本低廉，能迅速识别物体的撞击声，行人的脚步声，车辆行驶的震动声并转化为电信号，触发警报器发出警报，且成本低廉，使用寿命长，灵敏度高。该声控报警器可被广泛应用在家庭防盗以及企业生产中检测机械内部噪音的过程中，具有广泛的实际应用价值。

1 硬件设计

声控报警器系统设计按照所假定的条件和要求，确定主要的组成部分：主要控制芯片、声电转换模块、电压比较集成器LM358N、报警模块。

1.1 主要控制芯片AT89C52

AT89C52是8位单片机的一种，它具有低电压，高性能的特点，采用的是C51的内核。AT89C51与AT89C52在管脚排布及功能上都很相似的，AT89C51内部有8位可反复读写的只读存储器和256位的随机存取的数据存储，它采用的是兼容MCS51指令系统的存储技术［12］，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，它的内部有通用的8位中央处理器片和存储结构，它的功能有：对汇聚主IC的内部寄存器，对数据的RAM及外部接口等功能部件的初始化，AT89C52单片机在目前国内外的电子行业中有着广泛的市场［13］，见表1。

表1 AT89C52的各管脚功能

1.2 声电转换模块

声电转换模块是一个驻极体话筒。驻极体话筒价格低廉，体积小，构造简单，电声性比较好，大多被应用于小型录音机，无线话筒以及各种声控电路中。如图1所示，驻极体话筒有两个组成部分：声电转换和阻抗变换。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它的一面有一层金属薄膜和一层塑料薄片，经过高压电场驻极它的两边会带有一定的正负电荷。金属薄膜与极板组成一个电容。当金属薄膜膜片遇到声音产生的波振动时，引起两端的电场的变化，从而输出的电压会随声波变化而变化。金属薄膜与极板组成一个电容的电容量一般只有几十pF，所以它的阻抗非常大不能和音频放大器直接连接。实际使用过程中经常在中间连接一个场效应管或晶体管进行阻抗变换。

1.3 电压比较集成器LM358N

LM358是电压比较器，主要用来比较输入端两边电压的大小，然后使输出翻转，以达到控制的目的。LM358主要由两个独立的、高增益并且能够进行内部频率补偿的双运算放大器组成。LM358在额定工作条件下输出电流与电源的电压无关，即可适用于双电源模式，也可适合于电源电压变化较大的单电源模式，见表2。

图1 驻极体话筒结构

表2 电压比较集成器LM358N基本参数

1.4 报警模块

报警模块由一个LED闪烁指示灯和一个扬声器组成，见图2。

图2 报警模块

2 电路设计

2.1 声控电路

驻极体话筒将接收到的声音信号转换成比较小的电压信号，然后，微弱的电压信号经过两级放大器放大，放大后的信号电压通过迟滞比较器转变成单片机识别的高低电平信号，经过双向稳压管变成翻转单片机识别的电平信号，然后传给单片机的外部终端P3.5，如图3所示。

图3 声控电路

2.2 复位电路

整个系统通电时提供一个复位信号，使系统处于初始状态，电源稳定后经一定的延时撤销复位信号，以防由电路开关过程中的抖动而影响系统的正常反应。本设计采用的复位电路如，如图4所示。

图4 复位电路

2.3 时钟电路

在51单片机的里面有一个高增益的反相放大器，反相放大器构成振荡器，这个振荡器的引脚有输入引脚XTAL1和输出端引脚XTAL2。自激振荡器由引脚XTAL1和输出端引脚XTAL2连接这石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容构成一个稳定的自激振荡时钟电路，如图5所示。

图5 时钟电路

2.4 系统电路

利用驻极话筒作为接收器，将驻极话筒接收到的声音信号进行整流，滤波，放大后变为单片机能够识别的数字信号，然后将信号发送到51单片机，51单片机通过对信号的识别来控制扬声器发出报警声和闪烁LED灯的亮灭。

将单片机模块、声控模块、复位电路、时钟电路与报警模块正确连接，然后整个系统的电路图如图6所示。

3 测试与结果

当有声音时，声控电路通过LM358电压比较器控制，当声音高于设定的分贝大小时被驻极体话筒接收到，此时声控电路中的LM358正电压就会比负电压小，给单片机输入低电平，发光二极管接收到低电平就会发光。

无声音时LM358正输入电压比负输入电压大，单片机重新输出高电平，单片机识别后从P1输出高电平使发光二极管处于熄灭状态保持不变至再次接收到声音信号为止。

当声控报警器放在音箱前接收巨大噪音产生声波信号时，对报警器的工作并没有影响，说明报警器可以在超负荷噪音下工作，当声控报警器放在安静的室内没有任何噪音的情况下好几天，都未曾报警过一次，说明报警器在正常无故障情况下不会产生错误报警，即不会影响人们的正常工作生活。

图6 系统电路

［1］尚普咨询.2014-2017年中国防盗报警器材市场分析调研报告［R］.北京：尚普咨询，2015.

［2］张世栋.磁控报警器［J］.电气时代，1986（2）：11.

［3］王刚勤.振动报警器的制作［J］.中小企业科技信息，1998（6）：21.

［4］陈军良.便携式超声波报警器的研制［J］.农村电气化，2011（1）：59-61.

［5］肖军.微波报警器［J］.电气时代，1991（9）：10.

［6］董吉虹，白明，郎培，等.热释电红外报警器的设计［J］.天津理工大学学报，2007，23（5）：72-74.

［7］杨冬英.激光报警器系统的设计与实现［J］.电脑开发与应用，2014，27（11）：12-14.

［8］董晶，傅丹，杨夏.无人机视频运动目标实时检测及跟踪［J］.应用光学，2013，34（2）：255-259.

［9］赵连茂.德国创新光电感烟报警器英国造出新型灭火机器人［J］.劳动安全与健康，1999（6）：49.

［10］潘建新.声控报警器［J］.电子制作，2009（9）：20.

［11］谢福元，李纪辉.可视报警器初探［J］.中国安全防范，1993，1（3）：36-37.

［12］孙涵芳.MCS-51系列单片机原理及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1996：24-25.

［13］张毅刚.单片机原理及应用［M］.北京：高教出版社，2005：122-124.

（责任编辑：李堆淑）

Design of Acoustic Alarm Based on Single-chip Microcomputer

LI Shu-Ting
（College of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University，Shangluo726000，Shaanxi）

A kind of acoustic alarm system is designed by 51 single-chip microcomputer and electret condenser microphone is introduced.The voice converts signal by electret condenser microphone and put into 51 single-chip microcontroller to control sound alarm and light alarm.This acoustic alarm has simple structure，fast response，able to quickly identify voice，low hardware cost，high sensitivity and long service life.It can be widely used in home security and the production of noise detection，so it has important practical applications.

51 single-chip microcomputer；voice circuit；electret condenser microphone

TP277.1

A

1674-0033（2015）04-0011-04

10.13440/j.slxy.1674-0033.2015.04.004

2015-05-19

收稿日期：商洛学院教育教学改革研究项目（14JYJX115）

李书婷，女，陕西商州人，硕士，讲师