一种基于超声波的闯入报警哨兵台的制作方法

本实用新型属于安防监控技术领域，具体涉及一种基于超声波的闯入报警哨兵台。

背景技术：

由于哨兵、岗位的重要性，哨兵容易成为不法分子攻击的对象。因此，执勤人员哨兵的安全一直是部队和公安部门高度关注的问题，执勤人员哨兵安全不仅关乎执勤人员自身的安全，更是关乎国家机关、重要建筑设施等重点警戒目标设立的安全和执勤任务能否圆满完成。因此，保护执勤人员哨兵安全，就显得十分重要。

现今缺少一种结构简单、设计合理的基于超声波的闯入报警哨兵台，能够对哨兵后方情况进行实时监测，当其他人员或事物靠近哨兵台，能给出报警提醒，有利于哨兵及时进行处置，保障哨兵的安全性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其结构简单，设计合理，能够对哨兵后方情况进行实时监测，当其他人员或事物靠近哨兵台，能给出报警提醒，有利于哨兵及时进行处置，保障哨兵的安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其特征在于：包括设置在哨兵台上的超声波检测模块和设置在哨兵台上且与所述超声波检测模块连接的监控报警模块，所述哨兵台上设立有哨兵，所述超声波检测模块包括设置在哨兵正左方的第一超声波测距模块、设置在哨兵左后方的第二超声波测距模块、设置在哨兵正后方的第三超声波测距模块、设置在哨兵右后方的第四超声波测距模块和设置在哨兵正右方的第五超声波测距模块，所述监控报警模块包括监控箱、设置在监控箱内的电子线路板和集成在所述电子线路板上的微控制器与报警模块，所述第一超声波测距模块、第二超声波测距模块、第三超声波测距模块、第四超声波测距模块和第五超声波测距模块均与微控制器连接，所述监控箱上设置有温度传感器，所述温度传感器的输出端与微控制器的输入端连接；所述监控箱上设置有太阳能供电模块和市电供电模块，所述监控箱内设置有锂电池，所述太阳能供电模块和所述市电供电模块均与锂电池连接。

上述的一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其特征在于：所述太阳能供电模块包括太阳能电池板和与所述太阳能电池板输出端相接的太阳能稳压模块，所述市电供电模块包括市电和与所述市电输出端相接的主充电保护电路，所述太阳能稳压模块和主充电保护电路为锂电池充电的充电回路中串联有第一继电器，所述第一继电器的输入端与微控制器的输出端相接，所述锂电池的输出端接有电流采样电路和电压采样电路，所述电流采样电路的输出端和电压采样电路的输出端均与微控制器的输入端相接。

上述的一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其特征在于：所述锂电池的输出端接有12v转5v电源模块和5v转3.3v电源模块；

所述报警模块包括语音报警模块和与所述语音报警模块输出端连接的报警器，所述语音报警模块的输入端与微控制器的输出端连接。

上述的一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其特征在于：所述监控箱的顶部设置有支撑杆，所述太阳能电池板的底部通过转轴转动安装在支撑杆上，所述太阳能电池板呈倾斜布设；

所述监控箱的侧面设置有喇叭出声口和用于接入市电的插口。

上述的一种基于超声波的闯入报警哨兵台，其特征在于：所述监控箱上还设置有光照传感器，所述光照传感器的输出端与微控制器的输入端连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型设置报警模块进行报警提醒，便于哨兵及时获取其他人员或事物靠近哨兵台的消息。

2、本实用新型设置太阳能供电模块和市电供电模块为锂电池供电，既能提高适应范围，又能减少能耗。

3、本实用新型设置第一超声波测距模块对哨兵的正左方进行检测，设置第二超声波测距模块对哨兵的左后方进行检测，设置第三超声波测距模块对哨兵的正后方进行检测，设置第四超声波测距模块对哨兵的右后方进行检测，设置第五超声波测距模块对哨兵的正右方进行检测，实现哨兵后方180度范围的监测，以便靠近哨兵台的其他人员或者或事物进行提醒，同时便于哨兵警觉其他人员或者或事物靠近哨兵台，从而便于预先采取防御措施，从而有利于哨兵及时进行处置，提高了哨兵的安全性。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，能够对哨兵后方情况进行实时监测，当其他人员或事物靠近哨兵台，能给出报警提醒，有利于哨兵及时进行处置，保障哨兵的安全性。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型监控箱的结构示意图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

图4为本实用新型太阳能供电模块、市电供电模块和蓄电池的电路连接关系示意图。

图5为本实用新型电流采集模块的电路原理图。

图6为本实用新型电压采集模块的电路原理图。

图7为本实用新型光照传感器的电路原理图。

图8为本实用新型语音报警模块和报警器的电路连接关系示意图。

图9为本实用新型超声波发射模块的电路原理图。

图10为本实用新型超声波接收模块的电路原理图。

图11为本实用新型12v转5v电源模块的电路原理图。

图12为本实用新型5v转3.3v电源模块的电路原理图。

附图标记说明:

1—第一超声波测距模块；2—第二超声波测距模块；

3—第三超声波测距模块；4—第四超声波测距模块；

5—第五超声波测距模块；6—温度传感器；

7—微控制器；8—语音报警模块；9—报警器；

10—市电；11—主充电保护电路；12—太阳能电池板；

12-1—转轴；12-2—支撑杆；13—太阳能稳压模块；

14—第一继电器；15—锂电池；16—电流采样电路；

17—电压采样电路；18—光照传感器；20—监控箱；

20-1—插口；20-2—喇叭出声口；

21—哨兵；22—哨兵台。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型包括设置在哨兵台22上的超声波检测模块和设置在哨兵台22上且与所述超声波检测模块连接的监控报警模块，所述哨兵台22上设立有哨兵21，所述超声波检测模块包括设置在哨兵21正左方的第一超声波测距模块1、设置在哨兵21左后方的第二超声波测距模块2、设置在哨兵21正后方的第三超声波测距模块3、设置在哨兵21右后方的第四超声波测距模块4和设置在哨兵21正右方的第五超声波测距模块5，所述监控报警模块包括监控箱20、设置在监控箱20内的电子线路板和集成在所述电子线路板上的微控制器7与报警模块，所述第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5均与微控制器7连接，所述监控箱20上设置有温度传感器6，所述温度传感器6的输出端与微控制器7的输入端连接；所述监控箱20上设置有太阳能供电模块和市电供电模块，所述监控箱20内设置有锂电池15，所述太阳能供电模块和所述市电供电模块均与锂电池15连接。

本实施例中，所述太阳能供电模块包括太阳能电池板12和与所述太阳能电池板12输出端相接的太阳能稳压模块13，所述市电供电模块包括市电10和与所述市电10输出端相接的主充电保护电路11，所述太阳能稳压模块13和主充电保护电路11为充电的充电回路中串联有第一继电器14，所述第一继电器14的输入端与微控制器7的输出端相接，所述锂电池15的输出端接有电流采样电路16和电压采样电路17，所述电流采样电路16的输出端和电压采样电路17的输出端均与微控制器7的输入端相接。

本实施例中，所述锂电池15的输出端接有12v转5v电源模块和5v转3.3v电源模块；

所述报警模块包括语音报警模块8和与所述语音报警模块8输出端连接的报警器9，所述语音报警模块8的输入端与微控制器7的输出端连接。

本实施例中，所述监控箱20的顶部设置有支撑杆12-2，所述太阳能电池板12的底部通过转轴12-1转动安装在支撑杆12-2上，所述太阳能电池板12呈倾斜布设；

所述监控箱20的侧面设置有喇叭出声口20-2和用于接入市电10的插口20-1。

本实施例中，所述监控箱20上还设置有光照传感器18，所述光照传感器18的输出端与微控制器7的输入端连接。

本实施例中，实际使用过程中，所述哨兵台22为正方形哨兵台，所述哨兵台22上分别设置有供第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5安装的第一t形支架、第二t形支架、第三t形支架、第四t形支架和第五t形支架。

本实施例中，所述第一t形支架、第二t形支架、第三t形支架、第四t形支架和第五t形支架均包括竖直杆和设置在竖直杆顶部的水平板。

本实施例中，所述第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5均安装在所述水平板上。

本实施例中，第一超声波测距模块1和第五超声波测距模块5对称布设，且发射的超声波方向相反，所述第二超声波测距模块2和第四超声波测距模块4对称布设。

本实施例中，第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5发射的超声波均向远离哨兵21的方向发射。

本实施例中，微控制器7可采用stm32f103zet6微控制器。

如图4所示，本实施例中，所述太阳能稳压模块13包括芯片max1771，所述芯片max1771的第1引脚与nmos管q4的栅极相接，所述芯片max1771的第2引脚分三路，第一路与肖特基二极管d3的阴极相接，第二路经电容c2接地，第三路为太阳能稳压模块13的输出端v1；所述芯片max1771的第3引脚和第4引脚接地，所述芯片max1771的第5引脚经电容c6接地，所述芯片max1771的第6引脚和第7引脚接地，所述芯片max1771的第8引脚分两路，一路经电阻r7接地，另一路与nmos管q4的源极相接；所述肖特基二极管d3的阳极分两路，一路与nmos管q4的漏极相接，另一路与电感l1的一端相接；所述电感l1的另一端分两路，一路与二端接口jp3的第1引脚连接，另一路经电容c8接地，所述二端接口jp3的第2引脚接地。

本实施例中，需要说明的是，太阳能稳压模块13的输出端v1输出12v电源，锂电池15为12v锂电池。

本实施例中，实际使用时，所述二端接口jp3的第1引脚与太阳能电池板12的正输出端相接，二端接口jp3的第2引脚与太阳能电池板12的负输出端相接。

如图4所示，本实施例中，所述主充电保护电路11包括变压器t1、整流桥d4和芯片lm7812，所述变压器t1的初级线圈的一端与市电10的一端相接，变压器t1的初级线圈的另一端与市电10的另一端相接，所述变压器t1的次级线圈的两端分别与整流桥d4的两个交流输入端相接，所述整流桥d4的正直流输出端分三路，第一路经电容c4接地，第二路经电容c10接地，第三路与芯片lm7812的vin引脚连接；所述整流桥d4的负直流输出端和芯片lm7812的gnd引脚接地，所述芯片lm7812的vout引脚分两路，一路经电容c11接地，另一路为主充电保护电路11的输出端v2。

如图4所示，本实施例中，所述第一继电器14包括继电器k1，所述继电器k1的线圈的一端与三极管q3的集电极相接，继电器k1的线圈的另一端与12v电源输出端相接，继电器k1的常开触点与太阳能稳压模块13的输出端v1相接，继电器k1的常闭触点与主充电保护电路11的输出端v2相接，继电器k1的主触点与蓄电池15的正极相接，所述蓄电池15的负极和三极管q3的发射极均接地，三极管q3的基极经电阻r6与微控制器7的pa1引脚相接。

如图5所示，本实施例中，所述电流采样电路16包括霍尔电流传感器acs712，所述霍尔电流传感器acs712的第1引脚和第2引脚的连接端接蓄电池15的正极输出端，所述霍尔电流传感器acs712的第3引脚和第4引脚的连接端接蓄电池15的负极输出端，所述霍尔电流传感器acs712的第8引脚分两路，一路接5v电源输出端，另一路经电容c1接地；所述霍尔电流传感器acs712的第7引脚与电阻r1的一端连接，所述电阻r1的另一端分两路，一路经电阻r3接地，另一路与二极管d2的阳极相接；所述二极管d2的阴极分两路，一路经电容c9接地，另一路为电流采样电路16的输出端；所述霍尔电流传感器acs712的第6引脚经电容c3接地，所述霍尔电流传感器acs712的第5引脚接地。

本实施例中，实际连接过程中，电流采样电路16的输出端与微控制器7的pf6引脚连接，电流采样电路16的输出端输出的模拟信号发送至微控制器7，微控制器7利用内部自带的adc模块进行模数转换处理，得到蓄电池15的放电电流值。

如图6所示，本实施例中，所述电压采样电路17包括电阻r5、电阻r9和运放l324，所述电阻r5的一端分两路，一路经电阻r9接地，另一路接运放l324的正相输入端；所述电阻r5的另一端接蓄电池15的正极输出端，所述运放l324的输出端分两路，一路接运放l324的反相输入端，另一路为电压采样电路17的输出端。

本实施例中，实际连接过程中，电压采样电路17的输出端与微控制器7的pf7引脚连接，电压采样电路17的输出端输出的模拟信号发送至微控制器7，微控制器7利用内部自带的adc模块进行模数转换处理，得到蓄电池15的放电电压值。

本实施例中，设置电流采样电路16实时检测蓄电池15的放电电流并将采集到的放电电流发送至微控制器7，电压采样电路17实时检测蓄电池15的放电电压并将采集到的放电电压发送给微控制器7，微控制器7对放电电流值和放电电压值处理得到蓄电池15的剩余电量，微控制器7将剩余电量与预先设定的剩余电量阈值进行比较，当剩余电量小于预先设定的剩余电量阈值时，微控制器7通过语音报警模块8控制报警器9发出报警。

本实施例中，光照传感器18为bh1750光照传感器，其体积小便于安装，可以检测宽范围的光强度。

如图7所示，本实施例中，实际连接过程中，所述光照传感器18的vcc引脚接3.3v电源输出端，所述光照传感器18的scl引脚分两路，一路经电阻r11接3.3v电源输出端，另一路接微控制器7的pb6引脚；所述光照传感器18的dat引脚分两路，一路经电阻r12接3.3v电源输出端，另一路接微控制器7的pb7引脚；所述光照传感器18的gnd接地，所述光照传感器18的addr引脚经电阻r10接地。

本实施例中，光照传感器18是为了对光照进行检测，并将检测到的光照强度发送至微控制器7，微控制器7将接收到的光照强度与设定的光照强度值进行比较，当光照传感器18检测到的光照强度小于设定的光照强度值，微控制器7通过语音报警模块8控制报警器9发出报警。

本实施例中，设置光照传感器18，是为了当光照传感器18检测到的光照强度小于设定的光照强度值且剩余电量小于预先设定的剩余电量阈值时，可通过市电10和主充电保护电路11输出12v为蓄电池15充电；当光照传感器18检测到的光照强度大于设定的光照强度值时，同时微控制器7控制第一继电器14接通太阳能稳压模块13，太阳能电池板11采集太阳能，并将采集到的太阳能转换为电能，通过太阳能稳压模块13为蓄电池15进行充电，使用效果好，节能环保，提高了适用范围。

本实施例中，设置插口20-1连接市电10，接通市电10，经过主充电保护电路11的降压和整流输出12v直流电，12v直流电为蓄电池15进行充电，蓄电池15充电完成后，断开市电10。

如图8所示，本实施例中，所述报警器9为扬声器spk1，所述语音报警模块8包括型号为xfs4243ce的芯片u13和型号为tpa2005d1的芯片u14，所述芯片u13的第1、3、5引脚均接地，所述芯片u13的第2引脚接3.3v电源输出端，所述芯片u13的第10引脚接微控制器7的pc11引脚，所述芯片u13的第8引脚接微控制器7的pc10引脚，所述芯片u13的第4引脚接电阻r28的一端，所述芯片u13的第6引脚接地，所述芯片u14的第1引脚和第6引脚接3.3v电源输出端，所述芯片u14的第3引脚经电容c22接电阻r28的另一端，所述芯片u14的第4引脚经电容c23接电阻r29的一端，所述电阻r29的另一端接地，所述芯片u14的第7引脚接地，所述芯片u14的第5引脚分两路，一路接电容c26的一端，另一路接电阻r30的一端，第三路与扬声器spk1的一端相接；所述芯片u14的第8引脚分两路，一路接电容c26的另一端，另一路接电阻r30的另一端，第三路与扬声器spk1的另一端相接。

本实施例中，所述第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5的结构均相同，且所述第一超声波测距模块1、第二超声波测距模块2、第三超声波测距模块3、第四超声波测距模块4和第五超声波测距模块5均包括超声波发射模块和超声波接收模块。

本实施例中，所述温度传感器6为ds18b20温度传感器，实际连接过程中，温度传感器6的dq输出端与微控制器7的pa12引脚连接。

本实施例中，设置温度传感器6，是为了检测超声波传播过程中空气的温度，并将检测到的温度发送至微控制器7，对超声波传播速度进行补偿，提高超声波测距的准确性。

如图9所示，本实施例中，所述超声波发射模块包括型号为74ls04的反向器ls1a、型号为74ls04的反向器ls2a、型号为74ls04的反向器ls3a、型号为74ls04的反向器ls4a、型号为74ls04的反向器ls5a和超声波发射探头t，所述反向器ls1a的输入端分三路，第一与微控制器7的pa8引脚连接，第二路与反向器ls4a的输入端连接，第三路与反向器ls5a的输入端连接；所述反向器ls1a的输出端分两路，一路与反向器ls2a的输入端连接，另一路与反向器ls3a的输入端连接；所述反向器ls2a的输出端分三路，一路经电阻r13接3.3v电源输出端，另一路接反向器ls3a的输出端，第三路接超声波发射探头t的一端；所述反向器ls4a的输出端分三路，一路经电阻r4接3.3v电源输出端，另一路接反向器ls5a的输出端，第三路接超声波发射探头t的另一端。

本实施例中，实际使用过程中，微控制器7pa8引脚输出40khz的方波信号，一路经一级反向器后送到超声波发射探头的另一端，另一路经两级反向器后送到超声波发射探头的一端。这种推挽连接形式将方波信号加到超声波发射探头的两端，可以提高超声波的发射强度。反向器ls1a的输出端采用两个反向器ls2a和反向器ls3a并联，用以提高驱动能力。上拉电阻r13和电阻r4，一方面可以提高反向器74ls04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波发射探头的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。

如图10所示，本实施例中，所述超声波接收模块包括芯片cx20106和超声波接收探头r，所述芯片cx20106的第1引脚分两路，一路经电容c12接地，另一路与超声波接收探头r的一端连接；所述超声波接收探头r的另一端接地，所述芯片cx20106的第6引脚经电容c7接地，所述芯片cx20106的第4引脚接地，所述芯片cx20106的第3引脚经电容c13接地，所述芯片cx20106的第2引脚分两路，一路与微控制器7的pa9引脚连接，另一路经串联的电阻r15和电容c5接地；所述芯片cx20106的第7引脚经电阻r14接5v电源输出端，所述芯片cx20106的第5引脚接电阻r16的一端，所述芯片cx20106的第8引脚分两路，一路接电阻r16的另一端，另一路接5v电源输出端。

本实施例中，实际使用过程中，超声波接收探头r接收到的超声波信号送往芯片cx20106的第1引脚，在芯片cx20106内部进行放大、滤波、积分比较和整形后，芯片cx20106的第7引脚输出脉冲信号echo至微控制器7的pa9引脚，当echo信号为高电平时，表示没有接收到超声波信号。一旦接收到超声波，echo产生下降沿。如果持续接收到超声波信号，则echo信号为周期性脉冲波。

本实施例中，实际使用过程中，设置电阻r15和电容c5，组成rc串联网络；设置电容c13是作为检波电容，确保瞬间响应灵敏度和检波输出的脉冲宽大变动适中。

本实施例中，实际使用过程中，超声波发射探头t可采用tct40-16t超声波发射探头，超声波接收探头r可采用tct40-16r超声波接收探头。

本实施例中，设置超声波发射模块和超声波接收模块，是为了当其他人员或者事物靠近哨兵台22时，超声波发射模块中超声波接收探头r发摄超声波，超声波接收探头r接收被反射回来的超声波信号，微控制器7统计超声波发射探头t发射时间和超声波接收探头r接收时间的时间差，微控制器7将1/2的时间差和超声波传播速度进行乘积处理得到其他人员或者事物距离超声波检测模块的测量间距，微控制器7将得到的测量间距与距离设定值进行比较，当测量间距不大于距离设定值时，微控制器7通过语音报警模块8控制报警器9发出报警。

如图11所示，本实施例中，所述12v转5v电源模块包括芯片lm7805，所述芯片lm7805的vin引脚分两路，一路与12v电源输出端相接，另一路经并联的电容c14和电容c15接地，所述芯片lm7805的vout引脚分两路，一路经电容c16接地，另一路为5v电源输出端，所述芯片lm7805的gnd引脚接地。

如图12所示，本实施例中，所述5v转3.3v电源模块包括芯片lm1117-3.3v，所述芯片lm1117-3.3v的第3引脚分三路，一路经电容c17接地，另一路经电容c18接地，第三路接5v电源输出端；所述芯片lm1117-3.3v的第1引脚接地，所述芯片lm1117-3.3v的第2引脚分三路，一路经电容c19接地，另一路经电容c20接地，第三路为3.3v电源输出端。

本实施例中，设置12v转5v电源模块和5v转3.3v电源模块，是为了微控制器7和其他用电模块的供电需求。

本实用新型具体使用时，第一超声波测距模块1对哨兵21的正左方进行检测，设置第二超声波测距模块2对哨兵21的左后方进行检测，设置第三超声波测距模块3对哨兵21的正后方进行检测，设置第四超声波测距模块4对哨兵21的右后方进行检测，设置第五超声波测距模块5对哨兵21的正右方进行检测，实现哨兵后方180度范围的检测，以便靠近哨兵台的其他人员或者或事物进行提醒，同时便于哨兵21能及时警觉其他人员或者或事物靠近哨兵台，从而便于预先采取防御措施，从而有利于哨兵及时进行处置，提高了哨兵的安全性。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，能够对哨兵后方情况进行实时监控，当其他人员或事物靠近哨兵台，能给出报警提醒，有利于哨兵及时进行处置，保障哨兵的安全性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。