10电子竞赛宿舍智能防盗防火报警系统论文设计

1、20102010 年山东省大学生电子设计竞赛年山东省大学生电子设计竞赛论文设计论文设计编 号： F甲3105 题 目：宿舍智能防盗防火报警系统学生姓名： 王金保 赵建行 宋磊磊 指导教师： 郑桂兴 单承刚 2010 年 9 月 20 日目目 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 21.1主控系统的选择.21.2电源模块的选择.31.3无线收发模块的选择.31.4显示模块的选择.31.5火灾监测模块的选择.41.6人员监测模块的选择.41.7贵重物品监测模块的选择.4二、二、 硬件设计硬件设计 .5 52.1系统设计.52.2部分单元电路.62.2.1 自制可调稳压

2、电源模块 .62.2.2 键盘模块 .62.2.3 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 94.1测试环境.94.2测试方法.94.3测试结果.104.3.1 传感器的测量.104.3.2 无线传输距离的测量.114.3.3 语音密码功能校验.114.3.4 下图为工作状态 LCD 显示界面.114.4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.143.1 自制

3、放大电路及其仿真图.143.2 热释电红外传感器原理图.143.3 自制 LED 显示电路原理图.153.4 PT2262 发射电路原理图.15附 4：主要 C 程序.16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

4、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。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AbstractDormitory intelligent security fire alarm system adopts SPCE061A as the master and the monitoring control core and dormitory including wireless transceiver

5、 module, pyroelectric infrared sensors, smoke sensor body, photoelectric sensors, keyboard module, LCD LCD module, sound-light alarm module peripherals.PC and control the direct communication, realize human-machine interaction, intelligent. The control and monitoring can be wireless communication, c

6、an display the current safety information and the monitoring of personnel entering and leaving the situation, and can send some security message. The monitor has human monitoring, smoke, monitoring, sound-light alarm, audio, keyboard decoding etc. Function. Smoke sensor amplifier circuit, sound-ligh

7、t alarm circuit, keyboard circuit, manostat circuits are homemade circuit, after testing achieved better effect.Using the wireless realization of each dormitory master control module monitoring sensor. Through testing, this system can very good complete title requirements.Keywords: SPCE061A Principa

8、l Computer Smoke Sensors Pyroelectric infrared sensor body Wireless communications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发光二极管LCD显示喇叭图 1.1 系统框图为了较

9、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

10、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。通过分析比较之后，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

11、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

12、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

13、，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

14、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

15、除干扰。在电子防盗、人体探测器领域中，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

16、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

17、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 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

18、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。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，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

19、 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

20、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。开始各模块初始化传感器检测有无异常YN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NY 是否是最后一人YN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YN输入解锁码 密码是否正确声光报警等待解警YN图 3.1 监测点程序框图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BA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

21、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感器，分别测试各传感器的功能实现情况，并对其进行记录。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

22、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

23、 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

24、码修改和密码解警。表 3 语音解码功能校验数据表123次数输入现象输入现象输入现象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 20m40m50m60m100010010010001002000100100010001030001001001000100距离次数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

25、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。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

26、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，2005.52 谭浩强 C 语言程序设计（第二版） 清华大学出版社，1999.123 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，2006.55 童诗白 模拟电子技术基础高等教育出版社，2006.56 曾兴雯高频电子线路高等教育出版社 2004.17 黄

27、智伟无线发射与接收电路设计北京航天航空大学出版社，2004.5七、七、 附录附录 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4LCD 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

28、三次输入密码错误时，会发出声光报警，输入错误便不报警。确认确认8475清除清除162930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

29、大时输出电压可以达到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。热释保留保留保留保留保留保留修改修改密码密码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

30、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：#includeSPCE061A.hunsigned DataA,Data

31、B,RSAT,RSBT,Flag,Temp,CountR,CountS ,Data;main() SystemInit(); /系统端口初始化 LCD501_Init(0 x00);/LCD 模块显示初始化LCD501_SetPaintMode(0);LCD501_SetContrast(10);LCD501_FontSet(0);KeyInit();/键盘模块初始化*P_INT_Ctrl |=0 x0010;/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

32、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=0 x0001;/清看门狗监测端主函数：监测端主函数：#includeKey.h#define P_IOA_Data(volatile unsigned int *)0 x7000#define P_IOA_Buffer(volatile unsigned int *)0 x7001#define P_IOA_Dir(volatile unsigned int *)0 x7002#define P_IOA_Attrib(volatile unsigned int *)0 x7003#define P_IOB_Data(volatile unsigned int *)0 x7005#define P_IOB_Buffer(volatile unsigned int *)0 x7006#define P_IOB_Dir(