基于RS-485總線的宿舍智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
0 引言
現(xiàn)如今在學(xué)校的寢室里,學(xué)生貴重物品被盜、由于學(xué)生過(guò)失而引起著火等事故時(shí)有發(fā)生,這些都是一直以來(lái)困擾著學(xué)生、學(xué)工以及學(xué)校保衛(wèi)處的“大問題”。傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端,比如當(dāng)事故發(fā)生時(shí),防護(hù)鐵門、鐵欄桿就會(huì)成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng),便能很好地解決此類問題了。但是市場(chǎng)上防火防盜系統(tǒng)價(jià)格對(duì)大學(xué)生來(lái)講過(guò)高,本系統(tǒng)便是針對(duì)大學(xué)宿舍,從低成本的角度來(lái)設(shè)計(jì)制作的。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
本系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)監(jiān)控室和兩個(gè)宿舍來(lái)模擬,通過(guò)RS 485總線來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。考慮到現(xiàn)實(shí)中監(jiān)控室要能監(jiān)控整棟宿舍樓,因此采用功能強(qiáng)大的ARM7芯片LPC2103作為主機(jī)控制芯片,從機(jī)采用價(jià)格低廉的51系列單片機(jī)作為控制芯片。宿舍中采用熱釋電傳感器對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè),煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙火檢測(cè),紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍進(jìn)出人員數(shù)量的檢測(cè),主機(jī)通過(guò)RS 485總線對(duì)從機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控,當(dāng)有異常出現(xiàn)時(shí),宿舍和監(jiān)控室的報(bào)警裝置會(huì)同時(shí)響起,只有本宿舍成員在本宿舍通過(guò)輸入從機(jī)的密碼才可解除報(bào)警狀態(tài)。系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 硬件電路設(shè)計(jì)及相關(guān)理論分析
防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)硬件主要由七大部分組成:主機(jī)部分處理器電路,從機(jī)部分處理器電路,傳感器檢測(cè)電路部分,聲光報(bào)警電路,RS 485總線接口電路,鍵盤接口電路及顯示電路。
2.1 傳感器檢測(cè)及聲光報(bào)警電路
傳感器模塊由熱釋電傳感器、煙霧傳感器MQ211和紅外傳感器組成。
煙霧傳感器的內(nèi)部電阻是隨著煙霧的濃度的變化而變化,因此要將其轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號(hào),在此通過(guò)電壓比較器LM339和幾個(gè)相應(yīng)的分壓電阻構(gòu)成,具體電路設(shè)計(jì)如圖2所示。在通電狀態(tài)下測(cè)得傳感器的內(nèi)阻是130 kΩ左右,在煙霧較濃時(shí)內(nèi)阻為6 kΩ左右,在無(wú)煙時(shí)比較器的負(fù)端輸入為2.5 V左右,正端為1.2 V左右,有煙霧時(shí)負(fù)端為2.5 V,正端為3~5 V,此電路能很好地實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器采用RE200B和信號(hào)處理元件BISS0001及少量外接元件組成,電路如圖3所示。
紅外傳感器電路由紅外發(fā)射二極管及1838B組成,用單片機(jī)來(lái)檢測(cè)兩個(gè)傳感器低電平的先后順序來(lái)判斷人的進(jìn)出情況。其原理如圖4所示。聲光報(bào)警模塊由蜂鳴器、(紅,綠)發(fā)光二極管和NPN型三極管驅(qū)動(dòng)電路組成,具體電路圖如圖5所示。
2.2 RS 485通信電路
本模塊采用用于RS 485與RS 422通信的低功耗、限擺率收發(fā)器MAX485。MAX485的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制,可以實(shí)現(xiàn)最高2.5 Mb/s的傳輸速率。
3 軟件程序設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)軟件部分主要完成了系統(tǒng)及各個(gè)模塊初始化、警情信號(hào)檢測(cè)(火警/盜情)、系統(tǒng)設(shè)置、RS 485總線協(xié)議及聲光報(bào)警的程序設(shè)計(jì)。具體的程序流程圖如圖6,圖7所示。
4 通信協(xié)議
在RS 485總線通信系統(tǒng)中,由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響,數(shù)據(jù)傳播過(guò)程中很容易受到干擾或者信號(hào)衰減,造成通信失敗,因而需要設(shè)計(jì)一種傳輸協(xié)議,保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數(shù)據(jù)連接。本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集器與監(jiān)控室主機(jī)是一個(gè)簡(jiǎn)單的多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)通信。
4.1 波特率設(shè)置及通信方式的選擇
考慮到RS 485總線自身的特點(diǎn)并兼顧到數(shù)據(jù)通信的速度和穩(wěn)定性,波特率選擇2 400 b/s,這樣可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。由于通信是多對(duì)一的關(guān)系,串口選擇工作方式3。
4.2 數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式的確定
使用RS 485總線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時(shí),很容易遇上干擾,使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變,從而導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤??紤]到系統(tǒng)的實(shí)際要求,本設(shè)計(jì)采用8位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))校驗(yàn)方式。
CRC校驗(yàn)和的計(jì)算是一種循環(huán)計(jì)算。從數(shù)學(xué)角度看,CRC校驗(yàn)和是用生成多項(xiàng)式(算法規(guī)則)去除一個(gè)多項(xiàng)式(由數(shù)據(jù)塊表示),CRC校驗(yàn)為相除后所得的余項(xiàng)。CRC校驗(yàn)是對(duì)要傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)塊附加一些校驗(yàn)位,這些校驗(yàn)位(CRC校驗(yàn)位)由該數(shù)據(jù)塊算出,并隨同數(shù)據(jù)塊一并傳送。在接收端,對(duì)收到的數(shù)據(jù)塊重新按規(guī)定的算法計(jì)算CRC校驗(yàn)和,從而可以判別數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是否出錯(cuò)。
評(píng)論