宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)F題

/編號：F甲2001宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)（F題）學(xué)校：魯東高校專業(yè)：電氣工程及其自動化參賽學(xué)生：張召向恒李剛指導(dǎo)老師：張平2010年9月20日宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)（F題）摘要：本體統(tǒng)是利用STC89C52作為主限制器，設(shè)計(jì)出的一套具有人體檢測、煙霧檢測、聲光報(bào)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(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了上位機(jī)、人機(jī)交互界面、STC89C52單片機(jī)、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(shí)鐘模塊等硬件電路。整個(gè)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(xiàng)內(nèi)容且運(yùn)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(shè)計(jì)和論證1.1方案設(shè)計(jì)和論證1.1.1異地監(jiān)控模塊方案一：上位機(jī)上位機(jī)是指人可以干脆發(fā)出操控叮囑的計(jì)算機(jī)，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(jì)算機(jī)的普及，上位機(jī)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)限制和自動化領(lǐng)域。方案二：單片機(jī)+液晶單片機(jī)又稱單片微限制器,是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。由于體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、功能強(qiáng)大，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域。方案選擇：雖然上位機(jī)價(jià)格稍貴一些，但界面直觀、操作便利、處理速度快、功能強(qiáng)大；單片機(jī)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(jī)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(jìn)行通信，傳輸距離遠(yuǎn)，功耗低，且體積小、質(zhì)量輕，具有高抗干擾實(shí)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(jī)限制器選擇方案一：接受可編程邏輯器件CPLD，可以實(shí)現(xiàn)各種困難的邏輯功能，速度快，限制功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)靈敏，集成度高，易擴(kuò)展各種功能，但價(jià)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(jī)，功耗低，價(jià)格便宜，IO口可擴(kuò)展，處理速度快，性能高，且編程便利。從適用度和價(jià)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(dǎo)致功率不足，電壓不穩(wěn)，嚴(yán)峻時(shí)可能導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)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(jī)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(jī)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(jī)3個(gè)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(shí)現(xiàn)人體檢測，MQ-2煙霧傳感器模塊實(shí)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(jìn)行密碼輸入和報(bào)警器的解警等工作。1.2整體設(shè)計(jì)上位機(jī)STC89C52上位機(jī)STC89C52單片機(jī)NRF905無線發(fā)收總控臺（主機(jī)）STC89C52單片機(jī)DS1302時(shí)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(jī)）宿舍1（從機(jī)）......理論分析和計(jì)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(yīng)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(gè)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(yīng)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(yùn)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(dá)104MΩ，故引入的Ｎ溝道結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)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(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jìn)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(fù)極性的。當(dāng)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(shí)，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(gè)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(gè)變更的信號，同時(shí)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(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。當(dāng)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(shí)，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(shí)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(yùn)用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧或可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧濃度的增加而增大。運(yùn)用簡潔的電路即可將電導(dǎo)率的變更轉(zhuǎn)換為和該氣體濃度相對應(yīng)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(biāo)為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標(biāo)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(gè)用于信號取出，2個(gè)用于供應(yīng)加熱電流。2.3NRF905無線放射接收模塊的工作原理RF905模塊運(yùn)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(gè)完全集成的頻率調(diào)制器、一個(gè)帶解調(diào)器的接收器、一個(gè)功率放大器、一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)整器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很簡潔通過SPI接口進(jìn)行編程配置。電流很低在放射功率為＋10dBm時(shí)放射電流為30mA，接收電流為12.5mA.進(jìn)入POWERDOWN模式可以很簡潔實(shí)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。活動模式為ShockBurstRX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(shè)置來設(shè)定。3.電路設(shè)計(jì)3.1限制器模塊接受STC89C52單片機(jī)最小化系統(tǒng)作為限制器。實(shí)時(shí)檢測各傳感器模塊，并對數(shù)據(jù)按程序進(jìn)行處理。詳細(xì)電路圖見附錄1。上位機(jī)總限制臺接受VB可視化界面，便利、直觀地顯示當(dāng)前整套系統(tǒng)的監(jiān)測和報(bào)警狀況，并能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行操作限制。界面見附錄2。從機(jī)其他主要模塊紅外熱釋電傳感器模塊能夠進(jìn)行人體監(jiān)測；MQ-2煙霧傳感器模塊負(fù)責(zé)對煙霧進(jìn)行監(jiān)測；CH451矩陣鍵盤可以輸入密碼解警，也可以對時(shí)間進(jìn)行設(shè)定；NRF905無線模塊實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送；12864液晶模塊直觀顯示各宿舍人員進(jìn)出、火警、盜警次數(shù)、寶貴物品進(jìn)出、當(dāng)前時(shí)間及溫度等狀況；語音播放模塊能夠進(jìn)行聲音報(bào)警，并能夠在宿舍無人時(shí)提示鎖門，防丟器模塊能夠檢測宿舍寶貴物品的進(jìn)出。各模塊電路圖見附錄3。程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體詳細(xì)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(chǔ)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(jì)5.1.2測試方法：將一套從機(jī)安裝在一個(gè)屋內(nèi)，有人進(jìn)出宿舍，在宿舍內(nèi)點(diǎn)燃一些紙，分別視察報(bào)警狀況、液晶屏顯示狀況、上位機(jī)監(jiān)控狀況。聲光報(bào)警后，按鍵輸入密碼，視察報(bào)警是否解除。宿舍最終一人即將離開時(shí)，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(jìn)入人數(shù)出來人數(shù)報(bào)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(rèn)1人）212210無212111無313320無430020有(2)煙霧測試煙霧次數(shù)5699報(bào)警次數(shù)5699(3)宿舍無人提示鎖門經(jīng)重復(fù)測試，當(dāng)宿舍無人時(shí)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(jì)5.2.2測試方法：將兩套從機(jī)分別安裝在兩個(gè)屋內(nèi)，有人進(jìn)出宿舍，在宿舍內(nèi)點(diǎn)燃一些紙，分別視察報(bào)警狀況、液晶屏顯示狀況、上位機(jī)監(jiān)控狀況。聲光報(bào)警后，按鍵輸入密碼，視察報(bào)警是否解除。宿舍最終一人即將離開時(shí)，視察語音提示鎖門狀況。視察和記錄最近幾天各個(gè)宿舍的安防狀況，寶貴物品的進(jìn)出狀況。通過電子鐘表觀測實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示時(shí)間的精確狀況，通過溫度計(jì)觀測測溫模塊的精確狀況。檢測利用無線遙控解除警報(bào)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(jìn)入人數(shù)出來人數(shù)報(bào)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(luò)限制監(jiān)測其他宿舍數(shù)據(jù)均和預(yù)期無差距。寶貴物品編號1234進(jìn)入次數(shù)2641流出次數(shù)2531報(bào)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(yù)警狀況正常。(4)室內(nèi)溫度和實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示電子鐘顯示測溫模塊顯示溫度計(jì)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(yuǎn)程遙控，遙控距離可達(dá)50M，用戶可以在離開室內(nèi)后對室內(nèi)報(bào)警監(jiān)測進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，限制解警或開啟報(bào)警系統(tǒng)，經(jīng)測試，性能良好，運(yùn)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(shí)我們的很多新想法都在報(bào)警系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)，效果良好?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]單片機(jī)原理和應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)謝維成楊加國清華高校出版社[2]全國高校生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編北京理工高校出版社[3]全國高校生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程黃智偉電子工業(yè)出版社[4]Protel99SE電路設(shè)計(jì)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(jī)操作界面附錄3：從機(jī)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(jī)操作界面附錄3：從機(jī)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(jìn)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