一種基于單片機(jī)的智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　摘 要：該系統(tǒng)以凌陽公司的16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制器，通過煙霧傳感器與人體熱釋電紅外傳感器分別感應(yīng)煙霧與人體紅外信號(hào)，通過單片機(jī)做出報(bào)警動(dòng)作。采用兩片凌陽單片機(jī)作為從站，達(dá)到異地網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的。采用雙光電開關(guān)的設(shè)計(jì)，感應(yīng)人員的進(jìn)出情況。采用射頻信號(hào)發(fā)射與接收裝置，感應(yīng)貴重物品的進(jìn)出。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)工作良好，幾天內(nèi)的人員與貴重物品進(jìn)出情況均有記錄。該設(shè)計(jì)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是采用單片機(jī)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是滿足宿舍自動(dòng)報(bào)警的需要，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警、時(shí)間設(shè)定和顯示、燈光報(bào)警并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警等功能。

1 設(shè)計(jì)方案

　　1.1 主控制器的選擇

　　采用凌陽公司的16位單片機(jī)SPCE061A 作為主控制器。由于SPCE061A 內(nèi)置有2KB的SRAM 和32KB的內(nèi)存FLASH,能滿足本系統(tǒng)存儲(chǔ)密碼及各類數(shù)據(jù)的要求，且CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)49.152MHz,能保證響應(yīng)的快速性，內(nèi)置的語音模塊更提高了系統(tǒng)人機(jī)界面的友好性。

　　1.2 異地監(jiān)控方案選擇

　　采用無線通信方式。使用無線收發(fā)模塊NRF2401進(jìn)行無線通信。這種通信方式不受線路長短影響，主從站位置可任意設(shè)置，布置比較靈活。

　　1.3 貴重物品檢測方案選擇

　　門框?qū)捯话阍?~2m,采用射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)較為方便，將發(fā)射機(jī)附在貴重物品上，接收機(jī)固定在門口，當(dāng)貴重物品出入時(shí)，即可進(jìn)行記錄。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)都較簡單，體積小，攜帶方便。

　　1.4 系統(tǒng)總體框圖

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。上位機(jī)進(jìn)行鍵盤輸入、語音提示、報(bào)警和人員物品進(jìn)出情況記錄。下位機(jī)進(jìn)行煙霧檢測、人體紅外檢測、貴重物品檢測、人員進(jìn)出情況檢測等數(shù)據(jù)采集工作。下位機(jī)通過無線收發(fā)模塊將檢測信號(hào)送入上位機(jī)。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作出相應(yīng)動(dòng)作。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 理論分析與計(jì)算

　　2.1 物品檢測電路的計(jì)算

　　采用無線發(fā)射與接收方式進(jìn)行貴重物品檢測，通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。選用通信頻率為8MHz,電感為47μH。

　　則：

　　2.2 控制方案分析

　　根據(jù)題目要求，為實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍安防情況進(jìn)行異地監(jiān)控，采用一主兩從的方式進(jìn)行模擬，其中主站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的搜索，實(shí)時(shí)顯示從站是否在線，并進(jìn)行信息的接收處理、顯示、記錄與報(bào)警，從站進(jìn)行信息獲取與發(fā)送。主站上可實(shí)現(xiàn)對(duì)從站信息的實(shí)時(shí)顯示，并將報(bào)警及貴重物品進(jìn)出信息存儲(chǔ)在主站的FLASH 內(nèi)，省去了外接存儲(chǔ)芯片，可方便地讀取與顯示。利用人體傳感器并通過對(duì)進(jìn)出宿舍的人員進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定宿舍內(nèi)人數(shù)，并提示鎖門。采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過鍵盤進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，用以記錄報(bào)警時(shí)間。利用單片機(jī)內(nèi)部的語音模塊實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警，直觀實(shí)用。這種控制方案充分利用了單片機(jī)的片內(nèi)資源，使用外部器件少，簡單實(shí)用。

　　2.3 煙霧探測模塊

　　采用MQ-2煙霧傳感器，它具有探測范圍廣，靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性優(yōu)，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，配以簡單的驅(qū)動(dòng)電路即可實(shí)現(xiàn)煙霧檢測。煙霧傳感器電路如圖2所示。當(dāng)未檢測到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出低電平；當(dāng)傳感器檢測到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出5V高電平，報(bào)警器動(dòng)作。

圖2 煙霧傳感器結(jié)構(gòu)圖

　　2.4 人體紅外探測模塊

　　采用芯片BISS0001配以熱釋電紅外傳感器KBS-6B和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式紅外人體傳感器。加裝菲涅爾透鏡大大提高了檢測范圍，很好的滿足了人體檢測需求。當(dāng)有人從熱釋電傳感器通過時(shí)，BISS0001的Vo口輸出一正向脈沖，報(bào)警器動(dòng)作。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)

　　2.5 人員進(jìn)出檢測設(shè)計(jì)

　　采用前后放置的兩個(gè)紅外光電開關(guān)，通過對(duì)開關(guān)順序的檢測確定人員進(jìn)/出宿舍。當(dāng)有人出宿舍時(shí)控制信號(hào)1先置高，然后控制信號(hào)2置高，通過對(duì)時(shí)序的判斷即可得出人員外出的結(jié)論。有人進(jìn)入時(shí)同理。檢測電路如圖4所示。

圖4 人員進(jìn)出檢測電路圖

　　2.6 貴重物品檢測設(shè)計(jì)

　　為達(dá)到貴重物品檢測的要求，將一單調(diào)諧回路諧振放大器至于卡片內(nèi)，卡片掛在貴重物品上，卡片向外發(fā)出射頻信號(hào)，當(dāng)其出入宿舍時(shí)，與副邊線圈發(fā)生諧振，負(fù)載電壓發(fā)生變化，通過對(duì)負(fù)載的檢測即可記錄人員進(jìn)出情況。電路如圖5所示。

圖5 貴重物品檢測電路圖

3 程序設(shè)計(jì)

　　主站系統(tǒng)加電后進(jìn)行初始化并要求輸入密碼，密碼輸入正確即可對(duì)火災(zāi)、貴重物品、鍵盤等進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控的情況作出相應(yīng)的處理。從站加電初始化后即開始對(duì)各個(gè)傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。其程序流程如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

4 測試數(shù)據(jù)與分析

　　4.1 測試儀器

　　測試儀器及型號(hào)如表1所示。

　　表1 測試儀器及型號(hào)

　　4.2 測試方法及測試數(shù)據(jù)

　　測試方法及測試數(shù)據(jù)如表2~表5所示。

　　表2 煙霧傳感器輸出電壓測試

　　表2的測試數(shù)據(jù)表明，煙霧傳感器性能良好。

　　表3 人員進(jìn)出情況測試

　　表3顯示的測試數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

　　表4 熱釋電紅外傳感器測試

　　表4的測試數(shù)據(jù)表明，熱釋電紅外傳感器工作良好。

　　表5 安全情況記錄測試

　　表5的測試結(jié)果表明，煙霧傳感器，人體熱釋電紅外傳感器均可正常報(bào)警并記錄，宿舍無人時(shí)能提示鎖門，無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行良好，密碼解警也很成功。人員和貴重物品的進(jìn)出也可順利記錄。通過鍵盤可查看幾天內(nèi)的宿舍安防狀況，所有信息均用LCD顯示，清晰直觀。

5 結(jié) 語

　　本系統(tǒng)通過測試較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。

　　主要?jiǎng)?chuàng)新是加入了語音報(bào)警功能，更加實(shí)用；加入從站搜索功能，可以實(shí)時(shí)顯示各從站的工作狀態(tài)；加入無人看守功能，并能在特定時(shí)段發(fā)現(xiàn)人員活動(dòng)后立即發(fā)出報(bào)警；加入時(shí)鐘功能，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定和顯示。