宿舍智能防盗防火警报系统F题.doc

编号：F甲2001 宿舍智能防盗防火报警系统（F题） 学校：鲁东大学 专业：电气工程及其自动化 参赛学生：张召 向恒 李刚 指导教师：张平 联系电话2010年9月20日 宿舍智能防盗防火报警系统（F题） 摘要：本体统是利用STC89C52作为主控制器，设计出的一套具有人体检测、烟雾检测、声光报警、液晶显示、异地监控、语音播放等多功能的宿舍智能防盗防火报警系统。系统集成了上位机、人机交互界面、STC89C52单片机、NRF905无线发射接收模块、人体红外热释电传感器、MQ-2烟雾传感器、CH451矩阵键盘、12864液晶模块、智能防丢器、凌阳语音播放模块、DS1302时钟模块等硬件电路。整个系统结构清晰、成本低廉，经测试，能够完成题目基本要求和发挥部分的各项内容且运行可靠。关键词：STC89C52，异地监控，人体检测，烟雾检测Abstract：This system, who used STC89C52 as main controller ,designed a dormitory intellectualized burglarproof and fireproof alarm system, with man detection, smog detection, alarming, liquid crystal displaying, supervising and controlling in another place ,speech playing and so on. This system integrated many hardware electric circuits, such as the position machine,STC89C52 processors,NRF905 wireless modules, infrared sensors,MQ-2 smog sensors, keyboard with CH451,12864 liquid crystal modules, speech playing modules of Lingyang,DS1302 clock modules and so on. The whole system with clear structure and low cost has been tested to complete all the design of this topic requested by the various indicators and reliable operation.Keywords: STC89C52, supervise and control among different places, human detection, smog detection1. 系统方案设计与论证1.1 方案设计与论证1.1.1 异地监控模块 方案一：上位机 上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。由于其直观、清晰、人性化的界面和方便简易的操作，再加上计算机的普及，上位机已广泛应用于工业控制和自动化领域。 方案二：单片机+液晶 单片机又称单片微控制器,是把一个计算机系统集成到一个芯片上。由于体积小、质量轻、价格便宜、功能强大，单片机已广泛应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、家用电器等领域。 方案选择：虽然上位机价格稍贵一些，但界面直观、操作方便、处理速度快、功能强大；单片机内存有限，液晶显示不稳定，操作较繁琐。综合考虑，选择方案一。1.1.2 主从机通信模块方案一：RS232 接口简单，操作容易，但传输距离较短。方案二：RS485RS485接口传输速度快，采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。虽然传输距离有限，最大为1219米。方案三：NRF905无线发射接收模块利用电磁波作为媒介进行通信，传输距离远，功耗低，且体积小、质量轻，具有高抗干扰能力和低误码率。方案选择：RS485虽然传输距离有限，但对于本系统已足够；NRF905无线模块摆脱了线路的限制，通信方便。综合考虑，我们根据不同的场合采用方案二和方案三两套方案。1.1.3 从机控制器选择方案一：采用可编程逻辑器件 CPLD，可以实现各种复杂的逻辑功能，速度快，控制功能强大、结构灵活，集成度高，易扩展各种功能，但价格较高，适合作为大规模控制系统的控制核心。方案二：采用STC公司的STC89C52单片机，功耗低，价格便宜，IO口可扩展，处理速度快，性能高，且编程方便。从适用度和价格两方面考虑，选择方案二。1.1.4 电源模块的选择方案一：采用4节5号电池，这样供电简单；但由于本系统涉及模块较多，容易导致功率不足，电压不稳，严重时可能导致单片机系统掉电，缺点比较明显。 方案二：采用开关电源供电，开关电源功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定，完全满足本系统的要求。经过比较，我们选择方案二。1.1.5 从机显示模块选择方案一：1602液晶模块，控制方便，成本低廉；16*2单屏显示内容少，只能显示英文字母和数字，不能显示汉字；数据并行输入，占用单片机IO口资源较多。方案二：12864液晶模块，单屏显示内容多，不仅能显示字母、数字，也能显示汉字；串行输入，仅占用单片机3个IO口，大大节约了IO口资源。经过比较，我们选择方案二。1.1.6 语音提示模块选择采用凌阳语音模块，具有语音识别和语音播放功能，播放语音比较长，语音失真小，编程比较简单，控制较容易。1.1.7 人体检测与烟雾检测模块本系统采用市面流行且成本低廉的红外热释电传感器实现人体检测，MQ-2烟雾传感器模块实现烟雾检测。1.1.8 键盘输入模块本系统采用CH451矩阵键盘模块进行密码输入和报警器的解警等工作。 1.2整体设计上位机STC89C52单片机NRF905无线发收 总控台（主机）STC89C52单片机DS1302 时钟芯片DS18B2012864 液晶AT24C02光电传感器红外热释电传感器烟雾传感器矩阵键盘NRF905无线发收语音播放宿舍2（从机） 宿舍1（从机） . . . . . . 2. 理论分析与计算2.1 热释电人体红外传感器工作原理热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104M，故引入的沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.110Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。2.2 MQ-2烟雾传感器工作原理图1 MQ-2/MQ-2S烟雾传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在烟雾或可燃气体时，传感器的电导率随空气中烟雾浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 左图是传感器典型的灵敏度特性曲线。图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值；Ro 表示传感器在1000ppm 氢气中的电阻值。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。 2.3 NRF905无线发射接收模块的工作原理RF905模块使用Nordic公司的nRF905芯片开发而成。RF905 单片无线收发器工作在433/868/915MHZ 的ISM 频段，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。电流很低在发射功率为10dBm 时发射电流为30mA，接收电流为12.5mA.进入POWERDOWN 模式可以很容易实现节电.RF905一共有四种工作模式, 其中有两种活动RX/TX 模式和两种节电模式。活动模式为ShockBurst RX和ShockBurst TX；节电模式为掉电和SPI编程、STANDBY和SPI编程。nRF905 工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP 的设置来设定。 3. 电路设计 3.1 控制器模块采用STC89C52单片机最小化系统作为控制器。实时检测各传感器模块，并对数据按程序进行处理。详细电路图见附录1。3.2 上位机总控制台 采用VB可视化界面，方便、直观地显示当前整套系统的监测与报警情况，并能够对系统进行操作控制。界面见附录2。3.3 从机其他主要模块红外热释电传感器模块能够进行人体监测；MQ-2烟雾传感器模块负责对烟雾进行监测；CH451矩阵键盘可以输入密码解警，也可以对时间进行设定；NRF905无线模块实现主机与从机间的数据传送；12864液晶模块直观显示各宿舍人员进出、火警、盗警次数、贵重物品进出、当前时间及温度等情况；语音播放模块能够进行声音报警，并能够在宿舍无人时提示锁门，防丢器模块能够检测宿舍贵重物品的进出。各模块电路图见附录3。4. 程序设计4.1 系统的整体详细软件流程图见附录4。4.2 系统的部分程序代码见附录55. 系统测试与结果分析51 基础部分测试 5.1.1 测试仪器及工具：数字万用表、电子钟表、温度计 5.1.2 测试方法：将一套从机安装在一个屋内，有人进出宿舍，在宿舍内点燃一些纸，分别观察报警情况、液晶屏显示情况、上位机监控情况。声光报警后，按键输入密码，观察报警是否解除。宿舍最后一人即将离开时，观察语音提示锁门情况。 5.1.3 测试数据 人体测试 进入人数出来人数报警次数解警次数液晶显示室内人数液晶显示盗警次数屋内是否已经有人（默认1人）212210无212111无313 320无430020有(2)烟雾测试烟雾次数5699报警次数5699(3)宿舍无人提示锁门 经重复测试，当宿舍无人时语音提示准确，警示效果明显。5.2 发挥部分测试5.2.1 测试仪器及工具：数字万用表、电子钟表、温度计 5.2.2 测试方法：将两套从机分别安装在两个屋内，有人进出宿舍，在宿舍内点燃一些纸，分别观察报警情况、液晶屏显示情况、上位机监控情况。声光报警后，按键输入密码，观察报警是否解除。宿舍最后一人即将离开时，观察语音提示锁门情况。观察和记录最近几天各个宿舍的安防情况，贵重物品的进出情况。通过电子钟表观测实时时钟显示时间的准确情况，通过温度计观测测温模块的准确情况。检测利用无线遥控解除警报的情况。(1)人体监测范围人体监测距离（M）4.54.85.25.56.06.36.67.1是否监测到有有有有有有有无 通过以上数据证明人体检测范围在5米左右(2)宿舍安防情况记录进入人数出来人数报警次数解警次数液晶显示室内人数液晶显示盗警次数212210212111313 320430020 经网络控制监测其他宿舍数据均与预期无差距。贵重物品编号1234进入次数2641流出次数2531报警次数0110(3)贵重物品监测经监测，贵重物品流出流入与预警情况正常。(4)室内温度与实时时钟显示实时时钟显示电子钟显示测温模块显示温度计显示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)无线遥控解警 此功能为额外附加功能，用于方便用户远程遥控，遥控距离可达50M，用户可以在离开室内后对室内报警监测进行远程遥控，控制解警或开启报警系统，经测试，性能良好，运行正常5.3 结果分析由以上对本系统的测试结果可以看出，我们的系统在多次测试中都很好地完成了题目的基本要求和发挥部分。同时我们的很多新想法都在报警系统中得以实现，效果良好。【参考文献】1单片机原理与应用及C51程序设计 谢维成 杨加国 清华大学出版社2全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编 北京理工大学出版社3全国大学生电子设计竞赛训练教程 黄智伟 电子工业出版社 4 Protel99SE 电路设计实用教程 余家春 中国铁道出版社附录1：控制器模块电路图附录2：上位机操作界面附录3：从机主要模块电路图附录4：系统整体软件流程图附录5：部分程序代码 附录附录1：控制器模块电路图附录2：上位机操作界面附录3：从机主要模块电路图 附录4：系统整体软件流程图附录5：部分程序代码void main()unsigned char temp,temp2;unsigned int temp1,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) /检测人进次数 while(!gd1) delay_ms(10); if(gd2=0)&(gd1=0) while(!gd1); delay_ms(1); while(!gd2); AnFangdata8+; delay_ms(1); break; delay_ms(10); if(gd1=1)&(gd2=0) /检测人出次数 while(!gd2) delay_ms(10); if(gd2=0)&(gd1=0) while(!gd2); delay_ms(1); while(!gd1); AnFangdata9+; delay_ms(1); break; delay_ms(10); switch(ScreenCode) case ScreenMain: ScreenMainDisp();break; case ScreenTimeTempr: ScreenTimeTemprDisp();break; case ScreenTimeSet: ScreenTimeSetDisp();break; default:break; temp=ch451doutPIN;if(temp&(1ch451dout)=0) KeyCode=ch451_read();if(KeyCode=key41)ScreenCode=ScreenMain; / LedDisp(KeyCode,0); switch(ScreenCode) case ScreenMain: KeyScreenMain();break; case ScreenTimeTempr: KeyScreenTimeTempr();break; caseScreenTimeSet: ScreenTimeSetDisp();break;/不用另设键 default:break; 袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅