基于單片機的警報系統(tǒng).doc

基于WT588D宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)作者:iushiyuan 標簽：WT588D智能防盜防火報警系語音報警系2010-10-13 12:02 星期三 晴基于WT588D宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)摘要：本設計以超低功耗單片機MSP430F149為控制核心實現(xiàn)了宿舍智能防盜防火報警功能。其中含人體紅外檢測，煙霧檢測及聲光報警，安防數(shù)據(jù)存儲等模塊。在設計中，人體紅外檢測實現(xiàn)了最遠距離9.6米；煙霧傳感器檢測能在0.5秒內快速反應，在掉電的情況下可存儲安防監(jiān)控數(shù)據(jù)；具有事故語音播報等功能。除此之外考慮宿舍安防特點，設計中還添加了貴重物品檢測功能；用VB語言編寫上位機監(jiān)控程序，通過無線通信實現(xiàn)組網(wǎng)異地監(jiān)控；監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲可在數(shù)據(jù)庫內進行查詢；外人強制開門時自動錄像，短信報警和真人語音報警,視頻發(fā)送到主人郵箱等功能。另考慮到節(jié)能安全的效果，設計中還加入太陽能電池板、鉛酸蓄電池以便在突然停電情況下供電。關鍵詞：MSP430F149；人體紅外傳感器；煙霧傳感器；無線模塊；組網(wǎng)監(jiān)控WT588D語音模塊Abstract:This design achieved such functions as intelligent burglary-resisting and fire prevention in dormitories，taking super-low consumption series MSP430F149 as control core. Modules including infrared detection over human body, smoke detection, the valuables detection,data storage ,acousto-optic alarm, etc. are carried out in the design. Among them, in maximum distance and frequency, the infrared detection module achieved the effects of 9.6m. Smoke sensor could react rapidly within 0.5seconds and storage can store the monitoring data under the condition of power failure. And the function of voice broadcast upon accidents is also included.Apart from these functions, in view of dormitory security, VB Language was adopted in this design to write the PC monitor procedure. Then net-forming monitoring was realized via wireless communication and monitoring data could also be stored within database for data query. Additionally, when a stranger tries to force the door, the camera could automatically record a video and then inform the master by means of a short message. Meanwhile, it could also send the video to the masters mailbox, playing a role in burglary-prevention and collecting crime evidences. Lastly, taking safety of energy conservation into consideration, solar panels, lead-acid battery are applied in this design to supply power in case of sudden loss of power.Keywords: MSP430F149; human infrared sensor; smoke sensor; wireless module;net-forming monitor WT588D一、方案論證與比較 根據(jù)題目要求以及從設計的客觀實際情況出發(fā)，我們對單片機的控制系統(tǒng)、上位機的設計方式、通訊方式的選擇進行了詳細論證與比較，具體內容如下：11控制器的選擇與論證方案一：采用MCS-51系列單片機。MCS-51系列單片機是8位單片機，具有價格低廉，技術成熟，使用簡單的特點。但是MCS-51系列單片機的I/O口少，RAM、ROM容量小，運算速度低，執(zhí)行一條指令是1us，功能單一，功耗高。方案二：采用MSP430F149單片機。此款單片機是TI（德州儀器公司）推出的一種超低功耗16位工業(yè)級混合微處理器，60KB的Flash，2KB的RAM，有48個I/O口。這款單片機的特點是低電壓，低功耗（五種低功耗模式），具有高速的運算處理能力，執(zhí)行一條指令時間是0.125us,穩(wěn)定的串行數(shù)據(jù)通信能力，適合于低功耗要求的場合。方案選擇：基于功耗低的設計要求，我們在比較了MSP430 與MCS-51的處理速度，功耗高低和串口通信的前提下，選擇了MSP430F149單片機作為本系統(tǒng)的主要控制芯片。12上位機監(jiān)控的設計與論證方案一：采用VB語言進行組網(wǎng)監(jiān)控軟件的設計。VB語言是一種可視化、面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應用程序。VB同時還具有可視化的集成開發(fā)環(huán)境、結構化程序設計、強大的數(shù)據(jù)庫管理以及動態(tài)數(shù)據(jù)交換等功能。利用微軟封裝好的MSComm控件，可以設計良好的人機交互界面，安裝簡便易行。方案二：采用組態(tài)軟件進行組網(wǎng)監(jiān)控軟件的設計。利用組態(tài)軟件的內部控件和通用控件可以方便、快捷的進行軟件的開發(fā)。組態(tài)軟件沒有通用單片機驅動，且單片機需要根據(jù)組態(tài)軟件的通信協(xié)議進行通信配置，通信的實現(xiàn)過程比較復雜。方案選擇：為了簡化單片機通信的配置過程，最大限度的降低成本，在最短的時間內開發(fā)出功能完善的上位機監(jiān)控軟件，我們采用VB語言進行上位機監(jiān)控軟件的開發(fā)。13通訊方式的選擇和設計方案一：使用單片機自帶的串口進行通訊，不需要增加任何器件就可以實現(xiàn)多機主從通訊。使用簡單，通訊距離較近。方案二：使用RS232接口通訊。傳輸距離15米之內可以進行有效通訊，超出距離會產生通訊干擾；方案三：使用RS485接口實現(xiàn)二線差分方式通訊，通訊抗干擾好，測試監(jiān)控距離可達到500m，有利于實現(xiàn)多機通訊。方案選擇：因為上位機需要監(jiān)控多個宿舍，需要實現(xiàn)多機通訊。同時要求遠距離通信，信息抗干擾性強，RS485通訊滿足設計需要，選擇用485通信模式。14報警方式的選擇和設計 方案一：使用WT588D的話,不須要錄音,是flash作存儲, 重復下載語音可達5萬次,用直接用下載器配合上位機軟件就可以下載電腦的聲音,而且音質好,操作簡單,連接電路也方便方案二：使用WTV-SR,錄音和放音時間長,可以隨意選flash的容量,更可以上傳下載電腦的聲音,隨意操作,但缺點就是要用到下載器和上位機軟件,方案三：使用WTR-S4模塊,錄音音質好,同時也是用flash來做存貯,可以隨意選擇容量,外圍電路少,對于客戶來說是很容易接受方案選擇：因為上位機需要監(jiān)控多個宿舍，需要實現(xiàn)多機通訊。同時要求遠距離通信，信息抗干擾性強，RS485通訊滿足設計需要，選擇用485通信模式。二、理論分析與參數(shù)計算21系統(tǒng)的方案設計與結構框圖 根據(jù)宿舍防火防盜功能的實現(xiàn)，充分考慮各方面的因素，制定了完整的設計方案。本方案包括三大部分：宿舍監(jiān)控、樓管監(jiān)控室和無線通信。宿舍監(jiān)控部分以MSP430F149為控制核心，包括人體紅外檢測、溫度傳感器、煙霧傳感器、振動傳感器、輸入模塊、數(shù)據(jù)存儲、電磁鎖、語音模塊、液晶顯示等模塊。樓管監(jiān)控室是以VB編寫的上位機為核心，組合了短信貓、打印機、攝像頭等模塊。無線通信模塊作為宿舍監(jiān)控與樓管監(jiān)控室的連接部分，起到雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?。其原理方框圖如圖1所示。圖1 宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)總體框圖22系統(tǒng)功能實現(xiàn) 221宿舍監(jiān)控部分本設計通過紅外對管來檢測宿舍內人員的進出情況，并且對房間內部的人數(shù)進行統(tǒng)計。在宿舍無人的狀況下，如果人體紅外檢測到有人在活動，說明有人非法進入，啟動報警系統(tǒng)。利用熱釋電人體紅外的紅外線感應功能檢測房間內部人體活動情況，在輸入密碼正確進入屋內的情況下，人體紅外不起作用。貴重物品檢測是通過一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收芯片PT2262與PT2272來實現(xiàn)的,當貴重物品上的接收模塊接收不到發(fā)射信號時，說明貴重物品被帶出宿舍，這時通過單片機串行通信進行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，在上位機通過GSM手機短信模塊將貴重物品出入情況發(fā)送到宿舍成員手機上。煙霧傳感器檢測到煙霧濃度高時，通過單片機的外部中斷通知單片機，交給單片機處理，做出聲光報警。溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，存儲器采用24C08存儲人員出入情況、溫度、貴重物品移動等檢測數(shù)據(jù)，液晶顯示用12864實時顯示各種數(shù)據(jù)。本部分的創(chuàng)新是：使用了震動傳感器、溫度傳感器和太陽能電池三個模塊。在設計中將震動傳感器鑲嵌在貴重物品上，當傳感器被輕微碰到就能檢測出來，單片機根據(jù)情況進行處理，以保護貴重物品。溫度傳感器配合煙霧傳感器，從而判斷是煙氣從外進入還是火災發(fā)生，這樣可以很好的布置火災營救工作，以減少學生的生命財產損失。利用太陽能電池板和蓄電池組合進行突然斷電情況下供電，以免因電費不夠或其他原因給學生帶來不便。222樓管監(jiān)控室部分該部分是本設計的創(chuàng)新部分，我們較好的利用電腦網(wǎng)絡進行宿舍組網(wǎng)監(jiān)控。樓管監(jiān)控室主要是用安裝好上位機軟件的PC機來代替，我們用VB里面封裝好的MSCOM控件，通過串行接口安裝了打印機、手機短信模塊和攝像頭等模塊。在出現(xiàn)偷盜或者火災等事件時，上位機通過TC35I手機短信通知主人，并且啟動攝像頭錄像監(jiān)控以備警方調查取證。我們還利用TCP/IP協(xié)議件將監(jiān)控數(shù)據(jù)和視頻發(fā)送到社長指定的郵箱里，以助于舍友在外地及時查詢宿舍狀況。本設計還創(chuàng)新性的觸摸屏，當電腦開不了機或者其他原因時作為備用監(jiān)控方案，簡單的控制各個宿舍的開門和關門情況，以保障同學們正常的日常休息。 23熱釋電人體紅外檢測參數(shù)的確定本設計中對人體的檢測使用熱釋電人體紅外傳感器，用BISS0001芯片處理人體紅外檢測到的信號,將處理后信號交給單片機處理。BISS0001芯片的原理圖如附圖1所示，現(xiàn)就具體參數(shù)論證如下。任何物體都會發(fā)射出紅外線輻射能，其中紅外線最長波長和溫度的關系為：（2-1）式中 為最大波長， 為絕對溫度。人體的正常溫度為3637.5，即309310.5K其輻射的最強的紅外線的波長為 ，（2-2）所以人體紅外的中心波長為9.65 。菲涅耳透鏡只允許10 左右的紅外線透過。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號放大6070db，就可以檢測1020m處人的活動。參考電源VM0.5VDD，VR0.2VDD，VH0.7VDD，VL0.3VDD，噪聲系數(shù)為VZ=0.9(VH-VL)。根據(jù)人體紅外電路圖（附圖4）計算出兩級運放后運放放大倍數(shù)，（2-3）RR1、RC1，輸出延遲時間Tx的調節(jié)端；RR2、RC2，觸發(fā)封銷時間Ti的調節(jié)端。其中根據(jù)電容充放電計算出輸出延遲時間 觸發(fā)封銷時間 。通過調節(jié)輸出延遲時間和觸發(fā)封銷時間可以調節(jié)人體紅外傳感器的檢測頻率 ，（2-4）三、系統(tǒng)硬件設計與分析根據(jù)設計要求，用Altium Designer專業(yè)繪圖軟件繪制出了系統(tǒng)總體電路圖如附圖2所示。下面將對電路的重點部分進行詳細論述，具體如下：31單片機最小系統(tǒng)設計與分析 MSP430單片機最小系統(tǒng)由430單片機芯片、復位電路、AD電壓電路、晶振電路、JTAG下載電路組成。本系統(tǒng)主要是對執(zhí)行器件采集數(shù)據(jù)并控制其有效運行，同時與上位機進行全雙工數(shù)據(jù)通信。最小系統(tǒng)電路圖如附圖3所示。32人體檢測電路設計與分析傳感器檢測BISS0001接收人體紅外傳感器輸出的電信號首先經(jīng)內部運算放大器OP1進行前置放大，由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大。再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延遲時間定時器輸出。輸出信號經(jīng)LM339電壓比較器轉換為單片機可以識別的高低電平交給單片機進行處理。熱釋電人體紅外電路圖如附圖4所示。33煙霧檢測電路設計與分析本設計中煙霧傳感器采用MQ-2,在可燃氣體或煙霧中MQ-2煙霧傳感器的電阻會有相應的變化。由于當有煙霧產生時引起傳感器變化的是電阻，所以用附圖5中所示電路圖，可以將電信號轉換為電壓。將電壓信號經(jīng)過LM339電壓比較器轉換為單片機能夠識別的電平，調節(jié)兩個滑動變阻器可以調節(jié)煙霧檢測的靈敏度。LM324電壓跟隨電路可以使比較輸出電壓比較穩(wěn)定的傳輸給單片機的接口，有煙霧時輸出3.3V，沒有煙霧時輸出是0V。煙霧傳感器電路如附圖5所示。34振動傳感器電路設計與分析該震動傳感器內部有壓電片，震動時帶動壓電片震動，從而產生電壓信號，輸出電壓Uout是在0.10.2V之間。輸出地電壓信號先采用差分運放電路進行放大，這樣能夠很好的抑制共模信號，有助于小信號的放大。經(jīng)過放大后，再經(jīng)過減法電路將放大的電壓信號采集出來。振動傳感器電路如附圖6所示，R38、R43為r，R37、R42為cr，R39為ar1，R41為br1，R40為r1，根據(jù)電路分析計算得輸出電壓 ，（3-1）35語音播報電路設計語音電路使用唯創(chuàng)公司生產的WT588D語音模塊，該模塊采用flash做存儲技術，每個采樣值可直接存儲在flash單元中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調和效果聲，從而避免了一般固體錄音電路因量化或壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。該電路很好的實現(xiàn)了對語音播報提示鎖門功能的實現(xiàn)的實現(xiàn)。語音播報電路如附圖7所示。36貴重物品檢測電路 貴重物品檢測是利用一對帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無線遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272來實現(xiàn)的。其中發(fā)射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡潔。將PT2262掛在貴重物品上，PT2272接收PT2262發(fā)送的數(shù)據(jù)，當PT2272接收不到發(fā)送的數(shù)據(jù)時，說明貴重物品被帶出房間（我們可以通過調節(jié)電位器來改變接收的距離，使其恰好調節(jié)到門口的距離）。具體硬件電路圖如附圖8所示。 37無線通信模塊設計 JZ863無線模塊可以實現(xiàn)單片機與上位機的無線通信，從而實現(xiàn)上位機對下位機的數(shù)據(jù)采集和控制功能。四、系統(tǒng)軟件設計41單片機程序流程圖MSP430單片機主程序實現(xiàn)密碼控制、人數(shù)紀錄、語音提示鎖門、鎖門等基本功能。程序流程圖如圖2所示。首先將系統(tǒng)加電開始，程序進入初始化設置，進入輸入密碼狀態(tài)，然后系統(tǒng)進行鍵盤掃描，如果此時輸入密碼正確，解鎖，然后鍵盤掃描，進入檢測溫度日期狀態(tài)、修改密碼狀態(tài)、查看檢測數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)、查看當前宿舍出入情況及人數(shù)狀態(tài)，如果當前人數(shù)為0，語音提示鎖門，按下確定鍵鎖門，進入輸入密碼狀態(tài)。在整個系統(tǒng)運行中對煙霧檢測控制和貴重物品檢測控制采用中斷處理，對人體檢測控制通過當前檢測人數(shù)判斷是否執(zhí)行中斷處理，若人數(shù)大于0不執(zhí)行中斷，若等于0時則打開中斷執(zhí)行對人體的檢測，若檢測到煙霧超標、非法入室或貴重物品丟失時聲光報警，主程序運行到輸入密碼解警狀態(tài)，鍵盤掃描，若輸入密碼正確，解除報警，然后進入輸入密碼開門狀態(tài)。圖2 程序流程圖42上位機軟件的設計上位機軟件使用VB語言編寫，主要實現(xiàn)以下功能：1、權限登錄：在登錄窗口需要輸入登錄人的用戶名和密碼，樓管和學生登錄有不同的權限設置，如附圖9所示；2房間狀態(tài)顯示及控制功能：顯示門狀態(tài)、煙霧情況、宿舍人數(shù)、非法入室情況、宿舍溫度、貴重物品數(shù)量，同時還設置有功能按鈕，菜單中還有一些系統(tǒng)功能，如附圖10所示；3、手機短信設置：設置短信接收方電話號碼、短信內容等，如附圖11所示；4、宿舍記錄查詢表：包括記錄編號、宿舍溫度、宿舍非法入室情況、宿舍煙霧狀況等數(shù)據(jù)，該表格還具有快速查詢功能，具體如附圖12所示； 5、攝像監(jiān)控：在出現(xiàn)緊急情況時，安裝在樓道的攝像頭會自動啟動進行錄像記錄并自動存儲，方便警方采證破案。五 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析51紅外對管發(fā)射端正向電壓V與正向電流I的測試 測試工具：多功能萬用電表發(fā)射二極管兩端正向電壓V與正向電流I，測試結果如表1和圖2所示：表1 電壓電流數(shù)據(jù)記錄表V（v） 1.0 1.1 1.14 1.16 1.18 1.2 1.22I（mA） 0.07 0.24 0.47 0.73 1.47 1.98 3.82V（v） 1.24 1.26 1.28 1.3 1.32 1.34 1.36I（mA） 5.76 6.94 8.20 10.50 13.0 18.65 20.6圖2 電壓電流二維表通過數(shù)據(jù)測試分析知，電位器串入電路的電阻值安全范圍是95歐180歐，當電阻值太低時紅外發(fā)射管就會燒壞，太高時發(fā)射光就會很低接收管感應不到。52人體紅外距離和頻率測試（1）將人體紅外傳感器接上示波器后當沒有人時輸出電壓為0.56V，當有人時輸出波形為0.6V，只相差0.03V左右的電壓差。（2）根據(jù)BIS0001芯片的頻率計算公式（公式2-4所示），通過改變R1、C1、R2、C2來改變頻率大小來改變檢測頻率大小，用馬表和萬用表測算人體紅外反應時間，再轉換為頻率值 ，具體測算數(shù)據(jù)如下表2所示：表2 人體紅外頻率測試表R1/（） C1/(F) R2/() C2/F f/（HZ）5.1103 110-10 1.0106 110-7 0.413.6103 110-10 1.5105 110-7 2.775.1103 110-10 1.0105 110-7 3.84（3）根據(jù)BIS0001芯片的二級放大電路的放大倍數(shù)公式（公式2-3所示）通過改變R21、R23、R24、R25的大小來改變測試距離遠近，使用米尺測試最遠檢測距離數(shù)據(jù)如表3所示：表3 人體紅外檢測距離測定表R21/（） R23/（） R24/（） R25/（） L/（m）48103 1106 4.0106 9.7103 3.238.6103 1106 2.2106 6.6103 6.545103 1.5106 3.2106 3.2103 9.2六、結語本設計通過MSP430單片機作為控制器結合VB編寫的上位機實現(xiàn)了宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)的基本部分和發(fā)揮部分，還創(chuàng)新性的加入了一些設計使該系統(tǒng)更加高效安全穩(wěn)定。本設計成本低，不僅可以安裝在學生宿舍，還可以安裝在職工宿舍、賓館、居民小區(qū)等人群密集的地方，對于提高人民的生命財產安全具有重要意義。經(jīng)過這一段時間的努力，雖然該設計能夠達到競賽要求的水平，但是該設計還有許多不足，我們考慮使用宿舍局域網(wǎng)通信傳輸媒介，這比無線通信更加安全高速。參考文獻1 華成英 童詩白著 . 模擬電子技術基礎（第四版）. 北京市西城區(qū)德外大街4號：高等教育出版社，2006.2 飛思科技產品研發(fā)中心 . MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講 . 北京海淀區(qū)萬壽路：電子工業(yè)出版社，2007.3 黃繼昌著 . 電子元器件應用手冊 . 北京市崇文區(qū)夕照寺街14號：人民郵電出版社，2004.4 譚浩強著 . C程序設計（第三版）. 北京：清華大學出版社，2005.5 2010年山東省大學生電子設計競賽 編號：F甲0210題目（F題）：宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng) 參 賽 學 生：周蒙、陰啟東、馬超 學校 / 學 院：濟南大學控制學院 賽前指導教師：張智杰、馬靜附錄附圖1附圖1 BISS0001紅外傳感器信號處理器原理圖附圖2附圖2 系統(tǒng)總體電路圖附圖3附圖3 MSP430單片機最小系統(tǒng)附圖4附圖4 熱釋電人體紅外電路圖附圖5附圖5 煙霧傳感器電路圖附圖6附圖6 振動傳感器電路圖附圖7附圖7 語音播報電路附圖8圖8 貴重物品保護電路設計附圖9附圖9 軟件登錄界面附圖10附錄10 宿舍狀態(tài)顯示畫面附圖11圖11 手機短信設置畫面附圖12附圖12 數(shù)據(jù)查詢記錄畫面附錄13 部分程序清單/*宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)*/#include #include cryfucns.h#include displaydata.h#include 18B20.h#include DS1302.h#include jianpan.h#include EEPROM.h#include ADC.h#include keyrenti.h#include UART.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define chumoping (P5IN & 0xff)#define fmqk P6OUT|=BIT5 /蜂鳴器打開#define fmqg P6OUT&=BIT5; /蜂鳴器關閉/#define kaimen P6OUT|=BIT1/#define guanmen P6OUT&=BIT1unsigned char shuzi=0123456789;uchar dN6;/要顯示的6位溫度數(shù)字void Disp_Numb(uint temper);void Delay_kms(uin