宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)F題

/編號：F甲2001宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)（F題）學校：魯東高校專業(yè)：電氣工程及其自動化參賽學生：張召向恒李剛指導老師：張平2010年9月20日宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)（F題）摘要：本體統(tǒng)是利用STC89C52作為主限制器，設計出的一套具有人體檢測、煙霧檢測、聲光報警、液晶顯示、異地監(jiān)控、語音播放等多功能的宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了上位機、人機交互界面、STC89C52單片機、NRF905無線放射接收模塊、人體紅外熱釋電傳感器、MQ-2煙霧傳感器、CH451矩陣鍵盤、12864液晶模塊、智能防丟器、凌陽語音播放模塊、DS1302時鐘模塊等硬件電路。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、成本低廉，經(jīng)測試，能夠完成題目基本要求和發(fā)揮部分的各項內(nèi)容且運行牢靠。關(guān)鍵詞：STC89C52，異地監(jiān)控，人體檢測，煙霧檢測Abstract：Thissystem,whousedSTC89C52asmaincontroller,designedadormitoryintellectualizedburglarproofandfireproofalarmsystem,withmandetection,smogdetection,alarming,liquidcrystaldisplaying,supervisingandcontrollinginanotherplace,speechplayingandsoon.Thissystemintegratedmanyhardwareelectriccircuits,suchasthepositionmachine,STC89C52processors,NRF905wirelessmodules,infraredsensors,MQ-2smogsensors,keyboardwithCH451,12864liquidcrystalmodules,speechplayingmodulesofLingyang,DS1302clockmodulesandsoon.Thewholesystemwithclearstructureandlowcosthasbeentestedtocompleteallthedesignofthistopicrequestedbythevariousindicatorsandreliableoperation.Keywords:STC89C52,superviseandcontrolamongdifferentplaces,humandetection,smogdetection系統(tǒng)方案設計和論證1.1方案設計和論證1.1.1異地監(jiān)控模塊方案一：上位機上位機是指人可以干脆發(fā)出操控叮囑的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變更（液壓，水位，溫度等）。由于其直觀、清晰、人性化的界面和便利簡易的操作，再加上計算機的普及，上位機已廣泛應用于工業(yè)限制和自動化領(lǐng)域。方案二：單片機+液晶單片機又稱單片微限制器,是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。由于體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、功能強大，單片機已廣泛應用于智能儀表、實時工控、通訊設備、家用電器等領(lǐng)域。方案選擇：雖然上位機價格稍貴一些，但界面直觀、操作便利、處理速度快、功能強大；單片機內(nèi)存有限，液晶顯示不穩(wěn)定，操作較繁瑣。綜合考慮，選擇方案一。主從機通信模塊方案一：RS232接口簡潔，操作簡潔，但傳輸距離較短。方案二：RS485RS485接口傳輸速度快，接受平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好。雖然傳輸距離有限，最大為1219米。方案三：NRF905無線放射接收模塊利用電磁波作為媒介進行通信，傳輸距離遠，功耗低，且體積小、質(zhì)量輕，具有高抗干擾實力和低誤碼率。方案選擇：RS485雖然傳輸距離有限，但對于本系統(tǒng)已足夠；NRF905無線模塊擺脫了線路的限制，通信便利。綜合考慮，我們依據(jù)不同的場合接受方案二和方案三兩套方案。從機限制器選擇方案一：接受可編程邏輯器件CPLD，可以實現(xiàn)各種困難的邏輯功能，速度快，限制功能強大、結(jié)構(gòu)靈敏，集成度高，易擴展各種功能，但價格較高，適合作為大規(guī)模限制系統(tǒng)的限制核心。方案二：接受STC公司的STC89C52單片機，功耗低，價格便宜，IO口可擴展，處理速度快，性能高，且編程便利。從適用度和價格兩方面考慮，選擇方案二。1.1.4電源模塊的選擇方案一：接受4節(jié)5號電池，這樣供電簡潔；但由于本系統(tǒng)涉及模塊較多，簡潔導致功率不足，電壓不穩(wěn)，嚴峻時可能導致單片機系統(tǒng)掉電，缺點比較明顯。方案二：接受開關(guān)電源供電，開關(guān)電源功耗小、效率高、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定，完全滿足本系統(tǒng)的要求。經(jīng)過比較，我們選擇方案二。從機顯示模塊選擇方案一：1602液晶模塊，限制便利，成本低廉；16*2單屏顯示內(nèi)容少，只能顯示英文字母和數(shù)字，不能顯示漢字；數(shù)據(jù)并行輸入，占用單片機IO口資源較多。方案二：12864液晶模塊，單屏顯示內(nèi)容多，不僅能顯示字母、數(shù)字，也能顯示漢字；串行輸入，僅占用單片機3個IO口，大大節(jié)約了IO口資源。經(jīng)過比較，我們選擇方案二。語音提示模塊選擇接受凌陽語音模塊，具有語音識別和語音播放功能，播放語音比較長，語音失真小，編程比較簡潔，限制較簡潔。人體檢測和煙霧檢測模塊本系統(tǒng)接受市面流行且成本低廉的紅外熱釋電傳感器實現(xiàn)人體檢測，MQ-2煙霧傳感器模塊實現(xiàn)煙霧檢測。鍵盤輸入模塊本系統(tǒng)接受CH451矩陣鍵盤模塊進行密碼輸入和報警器的解警等工作。1.2整體設計上位機STC89C52上位機STC89C52單片機NRF905無線發(fā)收總控臺（主機）STC89C52單片機DS1302時鐘芯片DS18B2012864液晶AT24C02光電傳感器紅外熱釋電傳感器煙霧傳感器矩陣鍵盤NRF905無線發(fā)收語音播放宿舍2（從機）宿舍1（從機）......理論分析和計算2.1熱釋電人體紅外傳感器工作原理熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等協(xié)作濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變更而變更。為了抑制因自身溫度變更而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個特征一樣的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變更并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能干脆運用因而須要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式該電阻阻抗高達104MΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場效應管應接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料制成確定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓特別微弱（通常僅有1mV左右），而且是一個變更的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度確定，通常為0.1～10Hz左右），所以應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的上下限，系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異樣狀況時則輸出低電平信號。MQ-2煙霧傳感器工作原理圖1MQ-2/MQ-2S煙霧傳感器運用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在煙霧或可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中煙霧濃度的增加而增大。運用簡潔的電路即可將電導率的變更轉(zhuǎn)換為和該氣體濃度相對應的輸出信號。圖1左圖是傳感器典型的靈敏度特性曲線。圖中縱坐標為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。Rs表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值；Ro表示傳感器在1000ppm氫氣中的電阻值。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于供應加熱電流。2.3NRF905無線放射接收模塊的工作原理RF905模塊運用Nordic公司的nRF905芯片開發(fā)而成。RF905單片無線收發(fā)器工作在433/868/915MHZ的ISM頻段，由一個完全集成的頻率調(diào)制器、一個帶解調(diào)器的接收器、一個功率放大器、一個晶體震蕩器和一個調(diào)整器組成。ShockBurst工作模式的特點是自動產(chǎn)生前導碼和CRC，可以很簡潔通過SPI接口進行編程配置。電流很低在放射功率為＋10dBm時放射電流為30mA，接收電流為12.5mA.進入POWERDOWN模式可以很簡潔實現(xiàn)節(jié)電.RF905一共有四種工作模式,其中有兩種活動RX/TX模式和兩種節(jié)電模式?；顒幽Ｊ綖镾hockBurstRX和ShockBurstTX；節(jié)電模式為掉電和SPI編程、STANDBY和SPI編程。nRF905工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP的設置來設定。3.電路設計3.1限制器模塊接受STC89C52單片機最小化系統(tǒng)作為限制器。實時檢測各傳感器模塊，并對數(shù)據(jù)按程序進行處理。詳細電路圖見附錄1。上位機總限制臺接受VB可視化界面，便利、直觀地顯示當前整套系統(tǒng)的監(jiān)測和報警狀況，并能夠?qū)ο到y(tǒng)進行操作限制。界面見附錄2。從機其他主要模塊紅外熱釋電傳感器模塊能夠進行人體監(jiān)測；MQ-2煙霧傳感器模塊負責對煙霧進行監(jiān)測；CH451矩陣鍵盤可以輸入密碼解警，也可以對時間進行設定；NRF905無線模塊實現(xiàn)主機和從機間的數(shù)據(jù)傳送；12864液晶模塊直觀顯示各宿舍人員進出、火警、盜警次數(shù)、寶貴物品進出、當前時間及溫度等狀況；語音播放模塊能夠進行聲音報警，并能夠在宿舍無人時提示鎖門，防丟器模塊能夠檢測宿舍寶貴物品的進出。各模塊電路圖見附錄3。程序設計系統(tǒng)的整體詳細軟件流程圖見附錄4。系統(tǒng)的部分程序代碼見附錄5系統(tǒng)測試和結(jié)果分析5．1基礎部分測試5.1.1測試儀器及工具：數(shù)字萬用表、電子鐘表、溫度計5.1.2測試方法：將一套從機安裝在一個屋內(nèi)，有人進出宿舍，在宿舍內(nèi)點燃一些紙，分別視察報警狀況、液晶屏顯示狀況、上位機監(jiān)控狀況。聲光報警后，按鍵輸入密碼，視察報警是否解除。宿舍最終一人即將離開時，視察語音提示鎖門狀況。5.1.3測試數(shù)據(jù)⑴人體測試進入人數(shù)出來人數(shù)報警次數(shù)解警次數(shù)液晶顯示室內(nèi)人數(shù)液晶顯示盜警次數(shù)屋內(nèi)是否已經(jīng)有人（默認1人）212210無212111無313320無430020有(2)煙霧測試煙霧次數(shù)5699報警次數(shù)5699(3)宿舍無人提示鎖門經(jīng)重復測試，當宿舍無人時語音提示精確，警示效果明顯。發(fā)揮部分測試5.2.1測試儀器及工具：數(shù)字萬用表、電子鐘表、溫度計5.2.2測試方法：將兩套從機分別安裝在兩個屋內(nèi)，有人進出宿舍，在宿舍內(nèi)點燃一些紙，分別視察報警狀況、液晶屏顯示狀況、上位機監(jiān)控狀況。聲光報警后，按鍵輸入密碼，視察報警是否解除。宿舍最終一人即將離開時，視察語音提示鎖門狀況。視察和記錄最近幾天各個宿舍的安防狀況，寶貴物品的進出狀況。通過電子鐘表觀測實時時鐘顯示時間的精確狀況，通過溫度計觀測測溫模塊的精確狀況。檢測利用無線遙控解除警報的狀況。(1)人體監(jiān)測范圍人體監(jiān)測距離（M）4.54.85.25.56.06.36.67.1是否監(jiān)測到有有有有有有有無通過以上數(shù)據(jù)證明人體檢測范圍在5米左右(2)宿舍安防狀況記錄進入人數(shù)出來人數(shù)報警次數(shù)解警次數(shù)液晶顯示室內(nèi)人數(shù)液晶顯示盜警次數(shù)212210212111313320430020經(jīng)網(wǎng)絡限制監(jiān)測其他宿舍數(shù)據(jù)均和預期無差距。寶貴物品編號1234進入次數(shù)2641流出次數(shù)2531報警次數(shù)0110(3)寶貴物品監(jiān)測經(jīng)監(jiān)測，寶貴物品流出流入和預警狀況正常。(4)室內(nèi)溫度和實時時鐘顯示實時時鐘顯示電子鐘顯示測溫模塊顯示溫度計顯示7:23:037:23:0331.2C31.2C10:47:3410:47:3428.6C28.7C15:42:2115:42:2127.3C27.2C19:39:0819:39:0835.6C35.4C(5)無線遙控解警此功能為額外附加功能，用于便利用戶遠程遙控，遙控距離可達50M，用戶可以在離開室內(nèi)后對室內(nèi)報警監(jiān)測進行遠程遙控，限制解警或開啟報警系統(tǒng)，經(jīng)測試，性能良好，運行正常結(jié)果分析由以上對本系統(tǒng)的測試結(jié)果可以看出，我們的系統(tǒng)在多次測試中都很好地完成了題目的基本要求和發(fā)揮部分。同時我們的很多新想法都在報警系統(tǒng)中得以實現(xiàn)，效果良好?！緟⒖嘉墨I】[1]單片機原理和應用及C51程序設計謝維成楊加國清華高校出版社[2]全國高校生電子設計競賽獲獎作品選編北京理工高校出版社[3]全國高校生電子設計競賽訓練教程黃智偉電子工業(yè)出版社[4]Protel99SE電路設計好用教程余家春中國鐵道出版社附錄1：限制器模塊電路圖附錄2：上位機操作界面附錄3：從機主要模塊電路圖附錄4：系統(tǒng)整體軟件流程圖附錄5：部分程序代碼附錄附錄1：限制器模塊電路圖附錄2：上位機操作界面附錄3：從機主要模塊電路圖附錄4：系統(tǒng)整體軟件流程圖附錄5：部分程序代碼voidmain(){ unsignedchartemp,temp2; unsignedinttemp1,temp3; lcdinit();InitCh451(); while(1) { if(yw==0) { while(!yw) { yanwuflag=ON; baojing(ON); } delay_ms(1); yanwucishu++; } if(yanwuflag==ON) { while(yanwuflag) { baojing(ON); } } if((gd1==0)&&(gd2==1))//檢測人進次數(shù) { while(!gd1) { delay_ms(10); if((gd2==0)&&(gd1==0)) { while(!gd1); delay_ms(1); while(!gd2); AnFangdata[8]++; delay_ms(1); break; } } delay_ms(10); } if((gd1==1)&&(gd2==0))//檢測人出次數(shù) { while(!gd2) { delay_ms(10); if((gd2==0)&&(gd1==0)) { while