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1、 宿舍智能防盗防火报警系统 2010 年 9 月 20 日 宿舍智能防盗防火报警系统 目目 录录 摘摘 要要1 1 一、一、 方案设计与论证方案设计与论证2 2 1.1主控系统的选择2 1.2电源模块的选择3 1.3无线收发模块的选择3 1.4显示模块的选择3 1.5火灾监测模块的选择4 1.6人员监测模块的选择4 1.7贵重物品监测模块的选择4 二、二、 硬件设计硬件设计5 5 2.1系统设计5 2.2部分单元电路6 2.2.1 自制可调稳压电源模块6 2.2.2 键盘模块6 2.2.3 烟雾传感器模块7 三、三、 软件设计软件设计7 7 四、四、 系统测试与结果分析系统测试与结果分析9 9
2、 4.1测试环境9 4.2测试方法9 4.3测试结果10 4.3.1 传感器的测量10 4.3.2 无线传输距离的测量11 4.3.3 语音密码功能校验11 4.3.4 下图为工作状态 LCD 显示界面.11 4.4测试结果分析12 五、五、 设计总结设计总结1212 六、六、 参考文献：参考文献：1212 七、七、 附录附录1313 附 1：部分元器件清单13 附 2：系统使用说明书13 附 3：部分电路图图纸14 3.1 自制放大电路及其仿真图14 3.2 热释电红外传感器原理图14 3.3 自制 LED 显示电路原理图15 3.4 PT2262 发射电路原理图.15 附 4：主要 C 程
3、序.16 宿舍智能防盗防火报警系统 第 0 页 共 16 页 摘摘 要要 宿舍智能防盗防火报警系统采用 SPCE061A 单片机作为主控端与宿舍监控端的控制核心， 包括无线收发模块、热释电人体红外传感器、烟雾传感器、光电传感器、键盘模块、LCD 液晶显示模块、声光报警模块等外围设备。 上位机与主控端直接通信，实现人机交互，体现智能化。主控端可以与各监控端无线 通信，能显示当前各监控端的安全信息与人员进出情况，并能发送一些安防提示信息。监 控端具有人体监测、烟雾监测、声光报警、语音提示、键盘解码等功能。烟雾传感器放大 电路、声光报警电路、键盘电路、稳压电源电路均为自制电路，经过测试均达到较好效果
4、。 利用无线通信实现主控端对各宿舍监控端传感器模块的控制。经过测试，本系统能够 很好的完成题目各项要求。 关键字：SPCE061A 上位机 烟雾传感器 热释电人体红外传感器 无线通信 一、一、方案设计与论证方案设计与论证 本宿舍智能防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电 子探测、智能控制和无线通信相结合，从而形成一个智能防盗、防火报警系统。系统总体 由烟雾传感器、热释电人体红外传感器、键盘模块，语音提示模块，无线传输模块组成， 系统组成如图 1.1 所示。 主控室 宿舍1 宿舍n 光电开关 热释电人体 红外传感器 烟雾传感器 金属传感器 控制部分 监测部分 显示部分
5、发光二 极管 LCD显 示 喇叭 图 1.1 系统框图 为了较好的实现系统各个监测模块的功能和彼此之间的配合衔接，并且考虑到性价比， 我们对系统各部分做了几个方案并对其进行了设计对比论证，具体论证如下： 1.11.1 主控系统的选择主控系统的选择 方案一：采用通用的 51 单片机作为主控制器。51 单片机通用灵活、价格低廉、使用 方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩 展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满足本设计要求。 方案二：可编程逻辑器件 CPLD,它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用 范围宽、开发工具先进、设计制
6、造成本低、标准产品无需测试等特点，可实现较大规模的 电路设计。但是，该器件主要依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使程序设计复杂，难 以使用，运算速度太快。CPLD 同样难以满足本设计的需要。 方案三：采用凌阳公司的 SPCE061A 单片机。凌阳 61 单片机 RAM，ROM 空间大、指令周 期短、运算速度快、低功耗、低电压、程序易于编写和调试，且具有 DSP 功能、支持在线 仿真。开发更加容易，使整个系统变得更加简单，性价比较高，C 语言与汇编语言可以互 相调用，具有 10 位 A/D 转换和两路 D/A 转换器，有强大的数模转换功能。 宿舍智能防盗防火报警系统 第 1 页 共 16 页 通
7、过分析比较之后，为了获得丰富的接口资源，基于 61 单片机简单易学且性价比高等 特点，我们采用方案三。 1.21.2 电源模块的选择电源模块的选择 方案一：采用 1.5 伏干电池。体积小，重量轻，使用灵活方便。但是不满足长时间的 持续供电。 方案二：采用直流稳压电源。输出精度高，0 到 32V 可调，调节范围大，使用简单， 但是体积重量较大，不方便携带。 方案三：自制 0 到 24V 直流稳压电源。体积小，重量轻，携带方便，输出电压可调。 为避免单片机与外围模块电源之间的干扰、本着轻便节约的思路，单片机供电我们采 用方案一，其外围模块供电我们采用方案三。 1.31.3 无线收发模块的选择无线收
8、发模块的选择 方案一：利用凌阳 SPCE061A 单片机配备的无线收发模组，它能精确的收发信号实现各 节点与主控室之间的通信，频率较高，价格昂贵，不适用于公寓监测系统的大面积推广。 方案二：采用常用的 PT2272/2262 系列实现无线收发，芯片为 CMOS 工艺制造，功耗低， 外围电路简单，电压工作范围宽，数据可达到 6 位，地址码多。收发距离远，测量精度高。 综合分析上述方案，为满足设计需要，我们采用方案二。 1.41.4 显示模块的选择显示模块的选择 方案一：使用 LED 数码管显示。该方案控制部分简单，且 LED 数码管比较直观，可视 化强。但是只能显示非常有限的符号与数字，占用资源
9、较多且信息量少，显然不能胜任设 计复杂的显示功能。 方案二：采用 LCD 显示。自带字库，有丰富的文字和图形显示功能，有良好的人机交 换界面。LCD 的全中文界面显示，使得显示内容丰富，易于人机交流。 考虑到显示内容较多、方便人机交流我们选用 LCD 液晶显示器。 1.51.5 火灾监测模块的选择火灾监测模块的选择 方案一：由于火灾产生时会散发出大量的热，因此我们考虑采用热敏传感器。当温度 达到热敏传感器的临界值时，会发出报警，但是温度难以控制，无法把握，并且当热度很 高时就已经很难控制。 。 方案二：采用半导体式 CO 探测器。具有灵敏度高，相应速度快等优点。但是传感器潮 湿后失效退化，长时
10、间后敏感度会下降。 方案三：采用烟雾传感器。当烟雾探头碰到烟雾或者某些特定的气体时烟雾探头内部 阻值发生变化，传送出高电平，再经过外电路传给单片机，再由其发生信号。 综合上述讨论，我们采用方案三，不仅能监测到火灾发生时的情况，而且还能有效的 控制宿舍内抽烟的频率。 1.61.6 人员监测模块的选择人员监测模块的选择 方案一：采用光电开关。能监测到人员通过，经济实用，并且监测距离适中，性价比 较高，适用于公寓监控系统。 方案二：利用图像识别的原理。先提前把宿舍人员信息存储起来，对宿舍的人员进行 辨别，当非本宿舍人员进入时便提示并报警，直到宿舍人承认并消除报警后再停止报警， 利用图像识别不仅能实现
11、报警功能，而且还能实现记录进入人的面貌，但是其成本高，推 广起来不方便，不适用于学校宿舍的推广。 方案三：采用热释电人体红外传感器。菲涅尔滤光片能有效地让人体辐射的红外线通 过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。在电子防盗、人体探测器 宿舍智能防盗防火报警系统 第 2 页 共 16 页 领域中，应用广泛，技术性能稳定。本身不发生任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性 好，价格低廉。 考虑到现实环境因素，人员出入情况选择方案一，宿舍内人员有无情况选择方案三。 1.71.7 贵重物品监测模块的选择贵重物品监测模块的选择 方案一:采用振动传感器。将振动的加速度转换成与之成比例的电压输
12、出。可以检测环 境振荡及低振荡，当物体移动时就报警，达到实时检测，但是其抗干扰能力低，而且麻烦， 不利于一些经常移动的物体检测。 方案二：根据超市等一些大型场合的防偷盗检测原理，采用贴条形码的形式，将贵重 物品的表面贴上条形码，将检测装置放置在宿舍的门口，当物品被拿出时便报警。 方案三：采用金属传感器。考虑到宿舍的一些大部分贵重物品如电脑，手机，MP3 等 是金属的，因此可以采用金属传感器来检测是否被拿出宿舍，以此来监测贵重物品。 综合上述方案，考虑推广普及成本及监测效果，我们采用方案三。 二、二、硬件设计硬件设计 2.12.1 系统设计系统设计 整个系统由 SPCE061A 单片机控制，利用
13、无线收发模块实现单片机之间的通信，宿舍单 元的单片机控制各传感器的工作状态，并对其进行监测。主控室主要由声光报警、LCD 显 示与键盘控制模块组成。系统结构如图 2.1 所示。 宿舍单元 SPCE061A单 片机 宿舍单元 SPCE061A单 片机 主控室 SPCE061A单 片机 热热释释电电红红 外外传传感感器器 光光电电开开关关 烟烟雾雾传传感感器器 键键盘盘控控制制端端 键键盘盘控控制制端端键键盘盘控控制制端端 声声光光报报警警 热热释释电电红红 外外传传感感器器 光光电电开开关关 烟烟雾雾传传感感器器 无无 线线 通通 信信 无无 线线 通通 信信 LCD显显示示 上位机 图 2.1
14、 系统结构图 2.22.2 部分单元电路部分单元电路 2.2.12.2.1自制可调稳压电源模块自制可调稳压电源模块 所需元器件：变压器（220/24V） 、二极管 IN4007、稳压芯片 LM317。 电路经过 220/24V 变压器将市电转换为可以利用的 24V 电压，再经过电桥的整流，电 容滤波，LM317 稳压，最终达到基本稳定的电压将其输出。可以调节变阻器 R2 的阻值来改 变输出电压，选择需要的电压值。稳压电源电路如图 2.1 所示。 宿舍智能防盗防火报警系统 第 3 页 共 16 页 图 2.1 稳压电源电路 2.2.22.2.2键盘模块键盘模块 4*4 键盘采用线选法。先扫描行线
15、，并都送高电平，另外四根作为接收线，并从接收 线取得一个数据 keyfirst，然后把刚才的接收线作为扫描线，并都送高电平，把刚才的扫 描线作为接收线，并从接收线取得一个数据 keylast，通过对这两个数据的处理即可得出 是哪个键按下。其电路原理图如图 2.2 所示： 图 2.2 4*4 键盘原理图 1*8 键盘采用共阴极接法，另外八条作为数据采集线，单片机时刻扫描数据采集线， 当扫描到低电平时代表相应按键按下。其电路图如图 2.3 所示： 图 2.3 1*8 键盘原理图 2.2.32.2.3烟雾传感器模块烟雾传感器模块 所需元器件：MQ-2 烟雾传感器、LM324 芯片、发光二极管、滑动变
16、阻器等。 本电路通过烟雾传感器对烟雾进行检测，检测结果经过电容滤波，U1B 进行电压的比 较，通过 U1A 进行放大，输出开关变量给单片机，单片机对其电平的高低做出判断，进行 宿舍智能防盗防火报警系统 第 4 页 共 16 页 相应的处理。用发光二极管查看电路是否工作。烟雾传感器电路如图 2.4 所示。 图 2.4 烟雾传感器原理图 三、三、软件设计软件设计 程序主要分为主控端程序与各监控端程序，主控端主要实现对监测端传来的信息的处 理及保存，及时的反馈到监控端，还实现与上位机的通信。检测端主要对各传感器监测到 的信号进行分析，并及时传给主控端，做出相应的判断与处理。 宿舍智能防盗防火报警系统
17、 第 5 页 共 16 页 开始 各模块初始 化 传感器检 测 有无异常 Y N 语音提示 关门 烟雾传感器检 测 光电开关 记录人员进出 情况 Y 热释电人体红 外传感器检测 N Y 是否是最后 一人 Y N 声光报 警 将监测信息通过无 线传输给控制端 是否第一 人进入 Y N 输入解锁码 密码是否 正确 声光报警 等待解警 Y N 图 3.1 监测点程序框图 宿舍智能防盗防火报警系统 第 6 页 共 16 页 开始 各模块初始化 时钟显示 接收信息 PC机存储最近一年 信息、可查询 状况节点 位置 信息处理 信息处理 B A 无线发送无线发送 采集 信息 发送控 制信息 存储近七天信 息
18、 图 3.2 主控程序流程图 四、四、系统测试与结果分析系统测试与结果分析 4.14.1 测试环境测试环境 模拟宿舍房间布局，成比例的制作一个系统模拟平台，并将热释电人体红外传感器， 烟雾传感器等模块放在适当的位置，达到完全模拟宿舍房间的功能。并且另外模拟主控室 房间。 4.24.2 测试方法测试方法 采用先局部后整体的方法，分模块进行测试，测试成功之后将各个模块整合，进行总 体测试，记录数据，并对其进行分析。 首先将各个传感器关闭，测试无线传输的距离，在检测的最佳距离范围内开启各个传 宿舍智能防盗防火报警系统 第 7 页 共 16 页 感器，分别测试各传感器的功能实现情况，并对其进行记录。
19、4.34.3 测试结果测试结果 4.3.14.3.1 传感器的测量传感器的测量 各端口初始化，并开各传感器、打开主控端与监控端无线通信，进行整体测量，经过 多次测量取有效值，得数据如下： 表 2 各传感器测量数据表 类别 宿舍 宿舍现有 人员 是否有烟雾 及吸烟人 密码是否 错误 LCD 显示部分是否发出提 示或报警 A 无人有是A 宿舍 异常 0 人提示并报警 A 无人无是A 宿舍 异常 0 人提示并报警 A 无人有否A 宿舍 异常 0 人提示并报警 A 无人无否A 宿舍 正常 0 人提示关门 A 一人有是A 宿舍 异常 0 人报警无提示 A 一人无是A 宿舍 异常 0 人报警无提示 A 一
20、人有否A 宿舍 异常 0 人报警无提示 A 一人无否A 宿舍 正常 0 人无 B 无人有是B 宿舍 异常 1 人提示并报警 B 无人无是B 宿舍 异常 0 人提示并报警 B 无人有否B 宿舍 异常 0 人提示并报警 B 无人无否B 宿舍 正常 0 人提示关门 B 一人有是B 宿舍 异常 0 人报警无提示 B 一人无是B 宿舍 异常 1 人报警无提示 B 一人有否B 宿舍 异常 1 人报警无提示 B 一人无否B 宿舍 正常 0 人无 4.3.24.3.2 无线传输距离的测量无线传输距离的测量 我们采用 PT2272/2262 无线传输模块，并利用自制 LED 数码管显示二进制数据，20m 发送数
21、据 0001，40m 发送数据 0010，50m 发送数据 0100，60m 发送数据 1000。显示数据如 下： 表 1 无线传输距离测量显示 以上数据表明 PT2272/2262 正常工作范围 0 到 50m。 4.3.34.3.3 语音密码功能校验语音密码功能校验 初始密码设为 123，根据语音提示进行密码修改和密码解警。 表 3 语音解码功能校验数据表 20m40m50m60m 10001001001000100 20001001000100010 30001001001000100 距离 次数 宿舍智能防盗防火报警系统 第 8 页 共 16 页 123 次 数输入现象输入现象输入现象
22、 1123 请输入新密 码 456 请再次输入密 码 456 密码修改成功 2123 请输入新密 码 789 请再次输入密 码 456 两次输入密码 不相同 3456 请输入密码 567 请输入密码 124 报警 4.3.44.3.4 下图为工作状态下图为工作状态 LCDLCD 显示界面显示界面 4.44.4 测试结果分析测试结果分析 从测试数据可以看出，宿舍防盗防火报警系统运行正常，能按照题目要求进行测试周 围环境的变化，并发出报警。其中的无线传输模块可以达到 50m 左右，能很好的符合题目 的要求，各模块测试也基本正常，基本上实现了各功能的测试，创新部分的语音密码功能 也符合了我们的思路。
23、 五、五、设计总结设计总结 经过这四天三夜的努力，我们实现了题目的基本要求，发挥部分也大部分实现了功能。 通过不断的硬件试验和程序调试，宿舍防盗防火报警系统能较好的按照题目的要求运行。 但是好的结果总是经历不平凡的坎坷，期间我们曾不断调试烟雾传感器的精确度，让其达 到比较精确地目的。由于时间紧，工作量大，加之我们经验不足，水平有限，系统还存在 很多需要改进的地方。经过改进，相信系统会更加具有说服力，并且更加美观大方。 本次竞赛极大地锻炼了我们各方面的能力，我们懂得了合作的重要性与思维的无限性。 虽然我们遇到了很多困难与障碍，但是总体上成功与挫折交织，困难与希望并存，今后我 们将继续努力，争取更
24、大进步。 科技落实生活，创新改变生活，希望人人都能驰骋在无限思维的海洋中。 六、六、参考文献：参考文献： 1 罗亚飞凌阳十六位单片机应用基础北京航空航天大学出版社，2005.5 2 谭浩强 C 语言程序设计（第二版） 清华大学出版社，1999.12 3 高峰单片微型计算机原理与接口技术北京科学出版社 4 阎石数字电子技术基础高等教育出版社，2006.5 5 童诗白 模拟电子技术基础高等教育出版社，2006.5 6 曾兴雯高频电子线路高等教育出版社 2004.1 7 黄智伟无线发射与接收电路设计北京航天航空大学出版社，2004.5 宿舍智能防盗防火报警系统 第 9 页 共 16 页 七、七、附录
25、附录 附附 1 1：部分元器件清单：部分元器件清单 序号名称型号数量功能 1 单片机SPCE061A 单片机 3 控制 2 热释电人体红外传感器 PIR3 检测是否有人 3 烟雾传感器 MQ-22 检测烟雾 4 LCD 液晶显示屏 SPLC701B1 显示 5 键盘自制 3 控制 6 光电开关 6 检测人员进出 7 声光报警器自制 3 报警 8 金属探测器 3 贵重物品进出 9 芯片、电阻等若干 附附 2 2：系统使用说明书：系统使用说明书 键盘的功能如下表，当需要修改密码时按修改密码键即可实现，剩余三个为保留键， 当需要时可以设置其功能，让其实现特定功能，第一个人进入宿舍时需要输入密码，当三
26、 次输入密码错误时，会发出声光报警，输入错误便不报警。 如果金属探测器监测到信号时会发出报警，需要输入密码解警，否则一直报警，主控 室同样可以解警。 附附 3 3：部分电路图图纸：部分电路图图纸 3.13.1 自制放大电路及其仿真图自制放大电路及其仿真图 所需元器件：芯片 LM324、220k 滑动变阻器 本电路为最基本的放大电路，其功能只是实现信号的放大作用，可以用于有放大功能 的电路，电路利用 LM324 的放大作用，再添加一些基本的外围电路，达到稳定的放大，并 且能够达到不失真的效果。在输入信号为电压 200mV，频率为 60HZ 是输入电压值时，将可 调变阻器调到最大时输出电压可以达到
27、 3.953V。放大倍数大约为 15 倍。放大电路及其仿 真结果如图 7.1 所示 确认确认8 保留保留 475 清除清除 1 保留保留 6 保留保留 2 9 3 修改修改 密码密码 0 宿舍智能防盗防火报警系统 第 10 页 共 16 页 图 7.1 放大电路 3.23.2 热释电红外传感器原理图热释电红外传感器原理图 所需元器件：BISS0001、RE200B、极性电容 该电路由热释电人体红外传感器及其主要的芯片 BISS0001 组成，其间加一些外围电路 来实现热释电的检测功能，将检测结果经过 Vo 输出给控制器。热释电人体红外传感器如图 7.2 所示 图 7.2 热释电人体红外传感器
28、3.33.3 自制自制LEDLED显示电路原理图显示电路原理图 所需器件：发光二极管、八段数码管、ULN2003N 芯片、三极管 8050、电阻数码管中的 段选先经过三极管 8050 放大后再连接到数码管上，目的是让数码管显示亮度提高，段选经 过芯片 ULN2003A，连接到排针上。发光二极管连接到 G7 短，有其进行控制。LED 显示电路 如图 7.3 所示 宿舍智能防盗防火报警系统 第 11 页 共 16 页 图 7.3 LED 显示电路原理图 3.43.4 PT2262PT2262发射电路原理图发射电路原理图 所需器件：芯片 PT2262、三极管 8050、电阻电容若干。其电路图如图所示
29、 7.4 所示 图 7.4 PT2262 电路图 附附 4 4：主要：主要 C C 程序程序 主控端程序：主控端程序： #include“SPCE061A.h“ unsigned DataA,DataB,RSAT,RSBT,Flag,Temp,CountR,CountS ,Data; main() SystemInit(); /系统端口初始化 LCD501_Init(0x00);/LCD 模块显示初始化 宿舍智能防盗防火报警系统 第 12 页 共 16 页 LCD501_SetPaintMode(0); LCD501_SetContrast(10); LCD501_FontSet(0); Ke
30、yInit();/键盘模块初始化 *P_INT_Ctrl |=0x0010;/开中断 _asm(“INT IRQ,FIQ“); RSAT=0;/变量初始化 RSBT=0; while(1) StartDisp();/显示欢迎界面，进入主菜单 DISPSS(A);/显示 A 宿舍信息 DISPSS(B);/显示 B 宿舍信息 DispTime();/显示系统时间 Receive();/接收各监测端 *P_Watchdog_Clear=0x0001;/清看门狗 监测端主函数：监测端主函数： #include“Key.h“ #define P_IOA_Data(volatile unsigned i
31、nt *)0x7000 #define P_IOA_Buffer(volatile unsigned int *)0x7001 #define P_IOA_Dir(volatile unsigned int *)0x7002 #define P_IOA_Attrib(volatile unsigned int *)0x7003 #define P_IOB_Data(volatile unsigned int *)0x7005 #define P_IOB_Buffer(volatile unsigned int *)0x7006 #define P_IOB_Dir(volatile unsign
32、ed int *)0x7007 #define P_IOB_Attrib(volatile unsigned int *)0x7008 #define P_Watchdog_Clear (volatile unsigned int *)0x7012 #define P_SystemClock (volatile unsigned int *)0x7013 #define P_INT_Ctrl(volatile unsigned int *)0x7010 #define P_INT_Clear(volatile unsigned int *)0x7011 #define P_INT_Ctrl_N
33、ew(volatile unsigned int *)0x702D unsigned CountS,CountR,Flag=0x08,Temp,DT,TT,WCFlag,NCFlag,ANJIAN; /4 代表 A 监测点，8 代表 B 监测点,0 代表主控端 extern void F_FlashWrite1Word(unsigned int addr,unsigned int Value); /声明外部存储记录函数 extern void F_FlashErase(unsigned int sector); /声明外部擦除存储 void main() unsigned Temp,uiKey
34、; Key_Init(); /键盘初始化 宿舍智能防盗防火报警系统 第 13 页 共 16 页 SystemInit(); /系统端口初始化 P_INT_Ctrl|=0x034d;/开中断 _asm(“INT IRQ,FIQ“); Temp=*P_IOA_Data;/保留 A 口高八位 *P_IOA_Data=Temp PlaySnd(0); /语音提示进入欢迎模式 while(1) KeyInput(); /键盘扫描 CountS=PassWordYZ();/密码验证 if(Smoke() SoundLight(); /声光报警 FirstIn();/第一个人进入房间需要输入密码 CloseD();/最后一个人出去提示关门 FlagRS();/发送当前人数至主控端 SendRS(RS); *P_Watchdog_Clear=0x0001;/清看门狗 int Delay() /延时函数 int DelayValue = 0; for (DelayValue = 0; DelayValue 0x100; DelayValue+) *P_Watchdog_Clear = 1;