防盗报警装置创新设计报告 1.需求背景 外出游玩时，人们一旦兴致高了，就容易放松对自己物品的看管。尤其在黄 金周这样人员密集的环境下，财物丢失后又难以寻回，这一方面造成了游客财产 上的损失，另一方面也没有了游玩的兴致，可谓是“赔了夫人又折兵”。 类似的，在乘长途汽车、火车时，人不可避免的要休息，而一旦进入睡眠状 态，警惕性最低的时候，不法分子最易有机可乘，盗走旅客的随身物品。 生活中，我们还常遇到这样的情况：离开家门时，忘了带文件、钱包等重要 物品，到了工作单位或是要用到这些重要物品时才想起。于是急急忙忙回家取， 不仅耽误了时间，而且在这种过度紧张的状态下，各种“倒霉事”一起发生，甚 至有可能给自己、他人或是单位造成严重损失。 因此，我们希望有一种这样的装置：当自己的随身物品被盗，或不在自己身 边时，它能及时、准确的发出某种形式的警报（如声音、光线）提醒自己，从而 避免发生不愉快的事情，阻止不法分子得逞。同时，这种装置也能提醒用户是否 忘记携带了随身物品。 考虑到实用性，在外观外形方面，要求该装置体积小，便于携带，并具有一 定的隐蔽性，不易被不法分子发现：由于丢失事件发生的不确定性，要求该装置 的可靠性高、连续使用时间长；“预防为主，防治结合”，还要求该装置具有快 速定位功能，能够在最不利情况下，即被盗时，帮助用户快速找回丢失物品。 2.概念设计 该装置应能达到防盗、示警和定位的目的。具体来说： 1)有效防止物品被偷，让用户不必随时随地担心财物安全，安心出游： 2)物品被偷后能及时发出警报，对小偷起到警示作用： 3)能够追踪被偷物品所在地，顺利找回被盗物
1 防盗报警装置创新设计报告 1. 需求背景 外出游玩时，人们一旦兴致高了，就容易放松对自己物品的看管。尤其在黄 金周这样人员密集的环境下，财物丢失后又难以寻回，这一方面造成了游客财产 上的损失，另一方面也没有了游玩的兴致，可谓是“赔了夫人又折兵”。 类似的，在乘长途汽车、火车时，人不可避免的要休息，而一旦进入睡眠状 态，警惕性最低的时候，不法分子最易有机可乘，盗走旅客的随身物品。 生活中，我们还常遇到这样的情况：离开家门时，忘了带文件、钱包等重要 物品，到了工作单位或是要用到这些重要物品时才想起。于是急急忙忙回家取， 不仅耽误了时间，而且在这种过度紧张的状态下，各种“倒霉事”一起发生，甚 至有可能给自己、他人或是单位造成严重损失。 因此，我们希望有一种这样的装置：当自己的随身物品被盗，或不在自己身 边时，它能及时、准确的发出某种形式的警报（如声音、光线）提醒自己，从而 避免发生不愉快的事情，阻止不法分子得逞。同时，这种装置也能提醒用户是否 忘记携带了随身物品。 考虑到实用性，在外观外形方面，要求该装置体积小，便于携带，并具有一 定的隐蔽性，不易被不法分子发现；由于丢失事件发生的不确定性，要求该装置 的可靠性高、连续使用时间长；“预防为主，防治结合”，还要求该装置具有快 速定位功能，能够在最不利情况下，即被盗时，帮助用户快速找回丢失物品。 2. 概念设计 该装置应能达到防盗、示警和定位的目的。具体来说： 1) 有效防止物品被偷，让用户不必随时随地担心财物安全，安心出游； 2) 物品被偷后能及时发出警报，对小偷起到警示作用； 3) 能够追踪被偷物品所在地，顺利找回被盗物
所以，该装置应能实现下述功能：当被盗物品离用户超出一定距离时，被盗 物品上的防盗装置接收到的信号减弱或无信号，触发被盗物品上的控制装置导通， 发出警报；当物品（防盗装置）距离发射器小于某一距离时，防盗装置上的接收 器接收到的红外信号增强，控制装置关闭，无警报。 根据需求，该装置需要两大功能一一防盗和定位，限于时间和条件，在此只 研究其最基本的防盗功能。根据所学内容，绘制其功能图如图1所示。 5m 警报 +声音（光线） 图1防盗装置功能图 对应的防盗功能解决方案如表1所示。其中，各解决方案所使用的电子电路 模块由电子元件组装而成。模块还包含附加的元件保护电路，增加安全性，延长 使用寿命。 表1防盗功能解决方案 功能 发射 感知 转化 警报 方案 1 红外发射器模块 红外接收器模块 电磁继电器模块 蜂鸣器 2 蓝牙发射器模块 蓝牙接收器模块 电压比较器模块 小灯 微波发射器模块 微波接收器模块 报警器 经过分析，实验中我们采用方案1，使用红外发射和接收模块、电磁继电器模 块、蜂鸣器、放大电路，来对上述创新进行初步的实现和验证。该验证装置的工 作原理说明如下： 红外发射管通电时发射波长为940nm的红外线。红外接收管与其反向偏置安 装，在940nm的红外线照射下会产生电流。由于红外接收管产生的电流较小，所 以需要经过放大电路的放大后，才能控制电磁继电器。红外发射管与红外接收管 之间的有效距离理论上为10米。在有效距离内，红外接收管中有电流产生，电磁 2
2 所以，该装置应能实现下述功能：当被盗物品离用户超出一定距离时，被盗 物品上的防盗装置接收到的信号减弱或无信号，触发被盗物品上的控制装置导通， 发出警报；当物品（防盗装置）距离发射器小于某一距离时，防盗装置上的接收 器接收到的红外信号增强，控制装置关闭，无警报。 根据需求，该装置需要两大功能——防盗和定位，限于时间和条件，在此只 研究其最基本的防盗功能。根据所学内容，绘制其功能图如图 1 所示。 图 1 防盗装置功能图 对应的防盗功能解决方案如表 1 所示。其中，各解决方案所使用的电子电路 模块由电子元件组装而成。模块还包含附加的元件保护电路，增加安全性，延长 使用寿命。 表 1 防盗功能解决方案 功能 方案 发射 感知 转化 警报 1 红外发射器模块 红外接收器模块 电磁继电器模块 蜂鸣器 2 蓝牙发射器模块 蓝牙接收器模块 电压比较器模块 小灯 3 微波发射器模块 微波接收器模块 报警器 经过分析,实验中我们采用方案1，使用红外发射和接收模块、电磁继电器模 块、蜂鸣器、放大电路,来对上述创新进行初步的实现和验证。该验证装置的工 作原理说明如下： 红外发射管通电时发射波长为940nm的红外线。红外接收管与其反向偏置安 装，在940nm的红外线照射下会产生电流。由于红外接收管产生的电流较小，所 以需要经过放大电路的放大后，才能控制电磁继电器。红外发射管与红外接收管 之间的有效距离理论上为10米。在有效距离内，红外接收管中有电流产生，电磁
继电器通电，使蜂鸣器报警电路维持在断开状态，不发出警报。当超过有效距离， 红外接收器接收不到信号或是信号很微弱，电磁继电器中无电流通过，报警电路 闭合，蜂鸣器发出警报。 3.人员分工 实现过程包括三个阶段，根据每一阶段的内容，分别布置任务。 第一阶段，讨论和设计功能图，完成实验前的准备工作。按照各功能模块进 行资料收集和整理，具体分工见表2。 表2第一阶段的人员分工 模块 发射 感知 转化 警报 常玮 周宇成 负贵人员 李波 吴族平 何陈乘 田子俊 备注 组长吴族平负责购买元件和工具 第二阶段，电路图设计和实物连接。主要由李卓韡进行电路图设计和仿真， 指导进行电路焊接和连接。其他组员参与实物连接。 第三阶段，制作PPT和汇报。组长吴族平制作PPT部分的主要内容，何陈乘 整理、制作PPT图片和视频。归纳以上内容，我们组的试验分工见表3。 表3人员分工 姓名 人员分工 吴族平 转化功能模块的资料收集和整理，元件和工具购买，电路实物连接，PPT制作。 李卓韡 两次方案电路设计和仿真，电路连接指导。 常玮 感知功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 何陈乘 感知功能模块资料收集和整理，电路实物连接，PPT制作。 李波 发射功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 周宇成 警报功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 田子俊 警报功能模块资料收集和整理，电路实物连接
3 继电器通电，使蜂鸣器报警电路维持在断开状态，不发出警报。当超过有效距离， 红外接收器接收不到信号或是信号很微弱，电磁继电器中无电流通过，报警电路 闭合，蜂鸣器发出警报。 3. 人员分工 实现过程包括三个阶段，根据每一阶段的内容，分别布置任务。 第一阶段，讨论和设计功能图，完成实验前的准备工作。按照各功能模块进 行资料收集和整理，具体分工见表 2。 表 2 第一阶段的人员分工 模块 发射 感知 转化 警报 负责人员 李波 常玮 何陈乘 吴族平 周宇成 田子俊 备注 组长吴族平负责购买元件和工具 第二阶段，电路图设计和实物连接。主要由李卓韡进行电路图设计和仿真， 指导进行电路焊接和连接。其他组员参与实物连接。 第三阶段，制作 PPT 和汇报。组长吴族平制作 PPT 部分的主要内容，何陈乘 整理、制作 PPT 图片和视频。归纳以上内容，我们组的试验分工见表 3。 表 3 人员分工 姓名 人员分工 吴族平 转化功能模块的资料收集和整理，元件和工具购买，电路实物连接，PPT 制作。 李卓韡 两次方案电路设计和仿真，电路连接指导。 常玮 感知功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 何陈乘 感知功能模块资料收集和整理，电路实物连接，PPT 制作。 李波 发射功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 周宇成 警报功能模块资料收集和整理，电路实物连接。 田子俊 警报功能模块资料收集和整理，电路实物连接
4.实现过程及结果 4.1.实现步骤 1)电路设计 先模块后整体。根据不同的功能模块所需元件及其参数，通过计算分析，把 每一个模块的电路图先画好，当所有四个功能模块电路都画好之后，根据功能布 局连接整体电路。 2)电路仿真测试 在电脑仿真系统上输入所画电路和各元件参数，进行系统仿真。仿真检测通 过，则可进行下一步骤。否则需重新调试，改变更换元件或电源，直到仿真通过。 3)电路手工连线 根据仿真通过的电路图，实际连接。接通电源后测试可行，则进行下一步骤。 4)电路板焊接 4.2.初始方案 IRL1:: 02 NPN R1 10k RE 红外线发射模块 红外接收模 电磁继电器 块 模块 D2 LEO-REO 蜂鸣器装置 图2初始方案电路图
4 4. 实现过程及结果 4.1. 实现步骤 1) 电路设计 先模块后整体。根据不同的功能模块所需元件及其参数，通过计算分析，把 每一个模块的电路图先画好，当所有四个功能模块电路都画好之后，根据功能布 局连接整体电路。 2) 电路仿真测试 在电脑仿真系统上输入所画电路和各元件参数，进行系统仿真。仿真检测通 过，则可进行下一步骤。否则需重新调试，改变更换元件或电源，直到仿真通过。 3) 电路手工连线 根据仿真通过的电路图，实际连接。接通电源后测试可行，则进行下一步骤。 4) 电路板焊接 4.2. 初始方案 图 2 初始方案电路图 红外线发射模块 红外接收模 块 电磁继电器 模块 蜂鸣器装置
根据试验原理和元件，设计了如图2所示的电路。连接电路后发现其基本功 能只实现了部分：由于电流过小，无法使电磁继电器导通，因而电磁继电器模块 不能正常工作，导致最终的功能与目标功能相反。即原目标功能要求当发射模块 与接收模块在一定距离之内时，蜂鸣器关闭，不振动发声；在一定距离之外时， 使蜂鸣器打开振动发声以提醒物主物品离开。而现在是发射模块与接收模块在一 定距离之内时，蜂鸣器打开，振动发声；在一定距离之外时，使蜂鸣器关闭，不 振动发声。产生上述结果的可能原因是红外接收器电流过低（电源为3V),因此 考虑使用高电压和电路放大装置。 电磁继电器 4.3.改进方案 模块 IRL1 Q2 NPN R1 RLINK 。。 LED-RED RL1 R5 10k BUZ2.... 红外发射装置 红外接收装置 BUZZER 蜂鸣器模块 8g8“4由g8gg”88”88gg8年出g80g。8g 图2改进方案电路图 和初始方案相比，新方案的改进包括： 1)电源电压由3V增强为6V(虽然有些元件的额定电压是5V,但是由于电路中 阻值较大，因而不会对元件产生损害)，有利于电磁继电器导通： 2)采用电流指示灯D3,直观的显示电路的状态： 3)采用三极管Q2放大电路，增强电路中电流，结果表明能够实现其设计功能。 4.4.实现结果 改进方案的实物如图3和图4所示。改进方案实现了基本的防盗功能，即当
5 根据试验原理和元件，设计了如图 2 所示的电路。连接电路后发现其基本功 能只实现了部分：由于电流过小，无法使电磁继电器导通，因而电磁继电器模块 不能正常工作，导致最终的功能与目标功能相反。即原目标功能要求当发射模块 与接收模块在一定距离之内时，蜂鸣器关闭，不振动发声；在一定距离之外时， 使蜂鸣器打开振动发声以提醒物主物品离开。而现在是发射模块与接收模块在一 定距离之内时，蜂鸣器打开，振动发声；在一定距离之外时，使蜂鸣器关闭，不 振动发声。产生上述结果的可能原因是红外接收器电流过低（电源为 3V），因此 考虑使用高电压和电路放大装置。 4.3. 改进方案 图 2 改进方案电路图 和初始方案相比，新方案的改进包括： 1) 电源电压由 3V 增强为 6V（虽然有些元件的额定电压是 5V，但是由于电路中 阻值较大，因而不会对元件产生损害），有利于电磁继电器导通； 2) 采用电流指示灯 D3，直观的显示电路的状态； 3) 采用三极管 Q2 放大电路，增强电路中电流，结果表明能够实现其设计功能。 4.4. 实现结果 改进方案的实物如图 3 和图 4 所示。改进方案实现了基本的防盗功能，即当 红外发射装置 红外接收装置 蜂鸣器模块 电磁继电器 模块
发射模块与接收模块在一定距离之内时，蜂鸣器关闭，不振动发声；在一定距离 之外时，使蜂鸣器打开振动发声以提醒物主物品离开。但是其接收距离只有约 1m,小于预期和理论结果。 图3发射装置 图4接受和处理装置 5.存在的问题 1)理论接收距离很远，但是实际接收距离不到1m,严重影响使用效果： 2)易受周围光环境影响，必须设法减小周围光对接收装置的影响： 3)接收角度低。在使用遮挡物时，其接收角度很小，几乎只有10°左右，其元 件的理论接收值为90°； 4)易受遮挡物影响，当实体物品遮挡在发射和接收的路线当中，红外线不能贯 穿，导致电路失效。 5)目前的各解决方案均存在功能单调、灵活性低的缺点。相对于手机等当代电 子产品而言，我们在设计中使用的是元件组成的装置，运算功能弱。 6.可能的改进方案 采用蓝牙装置代替红外接收和发射装置，相比而言它具有以下优点： 1)传输距离远： 2)不易受外界环境的影响： 3)传输角度大： 4)不受遮挡物影响，因此能够大范围的覆盖物品和用户周围空间。 然而，蓝牙装置耗电量相对较大，因此其使用的持续时间可能大大减少。 6
6 发射模块与接收模块在一定距离之内时，蜂鸣器关闭，不振动发声；在一定距离 之外时，使蜂鸣器打开振动发声以提醒物主物品离开。但是其接收距离只有约 1m，小于预期和理论结果。 图 3 发射装置 图 4 接受和处理装置 5. 存在的问题 1) 理论接收距离很远，但是实际接收距离不到 1m，严重影响使用效果； 2) 易受周围光环境影响，必须设法减小周围光对接收装置的影响； 3) 接收角度低。在使用遮挡物时，其接收角度很小，几乎只有 10°左右，其元 件的理论接收值为 90°； 4) 易受遮挡物影响，当实体物品遮挡在发射和接收的路线当中，红外线不能贯 穿，导致电路失效。 5) 目前的各解决方案均存在功能单调、灵活性低的缺点。相对于手机等当代电 子产品而言，我们在设计中使用的是元件组成的装置，运算功能弱。 6. 可能的改进方案 采用蓝牙装置代替红外接收和发射装置，相比而言它具有以下优点： 1) 传输距离远； 2) 不易受外界环境的影响； 3) 传输角度大； 4) 不受遮挡物影响，因此能够大范围的覆盖物品和用户周围空间。 然而，蓝牙装置耗电量相对较大，因此其使用的持续时间可能大大减少
此外，可以考虑用单片机处理信号，再把处理的信号和蜂鸣器等连接起来形 成更强大的防盗系统，这需要进一步的研究。 7
7 此外，可以考虑用单片机处理信号，再把处理的信号和蜂鸣器等连接起来形 成更强大的防盗系统，这需要进一步的研究