宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)

2-題目名稱：宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)目錄 摘要與關(guān)鍵詞-2-一設(shè)計任務(wù)與要求-2-1.1設(shè)計任務(wù)-2-1.2設(shè)計要求-2-二方案比較、設(shè)計與論證-3-2.1總體設(shè)計方案-3-2.2人員流動情況記錄-3-2.3宿舍無人提示鎖門-3-2.4宿舍安防情況記錄-4-2.5信息傳輸及實時監(jiān)控-4-2.6貴重物品監(jiān)測-4-三單元模塊設(shè)計-5-3.1人體紅外感應(yīng)模塊-5-3.2煙霧感應(yīng)模塊-5-3.3宿舍人員進(jìn)出情況及人數(shù)記錄模塊-6-3.4宿舍無人提示鎖門模塊-6-3.5宿舍安防情況記錄模塊-6-3.6貴重物品監(jiān)測模塊-7-四系統(tǒng)調(diào)試與測量結(jié)果-7-4.1人體熱釋電紅外傳感器的測試-7-4.2煙霧傳感器的測試-7-4.3宿舍人員流動情況記錄的測試-8-4.4宿舍無人提示鎖門的測試-8-4.5宿舍安防情況記錄的測試-8-4.6監(jiān)控點多路監(jiān)控的測試-8-4.7貴重物品監(jiān)測的測試-8-4.8軟件結(jié)構(gòu)圖-8-五設(shè)計總結(jié)-9-附錄-10-附錄1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及程序結(jié)構(gòu)圖..-10-附錄2參考文獻(xiàn)-11-摘要：本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，通過12864液晶顯示，經(jīng)CC1101無線收發(fā)，實現(xiàn)了人體檢測、煙霧檢測、聲光報警、鍵盤輸入密碼解警、異地監(jiān)控、宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況、人數(shù)的記錄以及宿舍無人時提示鎖門各項功能。在完成了基本要求之外，還實現(xiàn)了人體檢測范圍達(dá)到3.2米、近期宿舍內(nèi)安防情況的記錄、宿舍貴重物品的監(jiān)測功能，構(gòu)建了一套低成本、低功耗、高實用的宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；CC1101無線收發(fā)；實時監(jiān)控；傳感器一、設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個報警系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生宿舍，能自動監(jiān)視宿舍內(nèi)的安全情況，有異常情況發(fā)生時能立即發(fā)出報警和求助信息。1.2設(shè)計要求基本要求（1）實現(xiàn)人體檢測與聲光報警功能。（2）實現(xiàn)煙霧檢測與聲光報警功能。（3）用鍵盤輸入密碼完成報警系統(tǒng)的解警等工作狀況。（4）實現(xiàn)異地監(jiān)控。（5）能反映宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況及人數(shù)的記錄。（6）宿舍無人時提示鎖門。發(fā)揮部分（1）人體檢測范圍5米左右。（2）能記錄最近幾天的宿舍安防情況。（3）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，可在監(jiān)控點監(jiān)控多個宿舍。（4）能檢測本宿舍貴重物品的進(jìn)出情況。二、方案比較、設(shè)計與論證2.1總體設(shè)計方案基于題目要求，系統(tǒng)可分為人體紅外感應(yīng)、煙霧感應(yīng)、聲光報警、鍵盤密碼解警、宿舍人員流動情況統(tǒng)計、宿舍無人提示鎖門、宿舍一周內(nèi)安防情況記錄、貴重物品監(jiān)測各模塊。為實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需對各模塊進(jìn)行論證，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2人員流動情況記錄方案一：采用人體熱釋電紅外傳感器感應(yīng)人體，當(dāng)有人走過時，會產(chǎn)生高低電平變化，單片機(jī)接收到電平變化后，將信號進(jìn)行處理，儲存為人員流動情況。但此方案對于人體的進(jìn)入及外出無法辨別，且由于人體熱釋紅外傳感器的特性，高電平需持續(xù)一段時間。若此時間段內(nèi)有多名人員走過就會產(chǎn)生誤差，故不采用此方案。

方案二：采用兩個光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時，反應(yīng)時間恰好相反。根據(jù)這個時間差將兩個光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。此方案實現(xiàn)簡單，可靠性高，故本系統(tǒng)采用此方案。2.3宿舍無人提示鎖門利用記錄人員流動的光電開關(guān)進(jìn)行判斷宿舍是否有人，根據(jù)光電開關(guān)記錄下的進(jìn)入人數(shù)及外出人數(shù)數(shù)目，當(dāng)人數(shù)為零時，則表示此時外出的人員為宿舍內(nèi)最后一名人員。這時觸發(fā)ISD4004語音芯片，播放語音提示鎖門。此方案可靠性高，可準(zhǔn)確產(chǎn)生提示信號，采用語音芯片提示，直接有效。2.4宿舍安防情況記錄采用AT24C02模塊。AT24C02價格低廉，工作電壓低，功耗小，支持硬件讀寫，可靠性高，數(shù)據(jù)保存時間長。通過單片機(jī)外接ROM，每隔一秒進(jìn)行一次寫操作，每隔一周對EEPROM進(jìn)行一次清零操作。當(dāng)有意外情況發(fā)生時，將寫入值計一次數(shù)。另外外部設(shè)置一個按鍵，當(dāng)要查看記錄值時可通過按鍵查看一周內(nèi)宿舍內(nèi)的安防情況。此方案可記錄時間長，掉電后可繼續(xù)保持記錄數(shù)據(jù)。2.5信息傳輸及實時監(jiān)控方案一：有線RS-232采用有線RS-232接口，接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。

方案二：有線RS485采用有線傳輸RS485，采用平衡驅(qū)動器電路，抗噪聲干擾性強(qiáng)。雖然傳輸距離有限，但最大也有1200米。對于學(xué)校宿舍的傳輸已經(jīng)足夠。方案三：無線收發(fā)nRF24L01nRF24L01為低功耗低電壓器件，傳輸速率快、價格適中，但其傳輸距離近，性能不穩(wěn)定。方案四：無線收發(fā)CC1101與nRF24L01相比，CC1101相對穩(wěn)定，傳輸距離較遠(yuǎn)，價格適中，而且考慮到知識應(yīng)用于本系統(tǒng)，故采用該方案。但是當(dāng)投入實際應(yīng)用當(dāng)中，采用有線RS485更實用。2.6貴重物品監(jiān)測方案一：利用磁性傳感器在貴重物品上安裝剛磁片，當(dāng)貴重物品進(jìn)出宿舍時，經(jīng)過磁性傳感器，檢測到剛磁片則進(jìn)行記錄與報警。但是磁性傳感器檢測距離太近，無法對筆記本大小的物品進(jìn)行準(zhǔn)確檢測。方案二：利用震動傳感器在每件貴重物品上隱蔽安裝震動傳感器，并且結(jié)合光電開關(guān)的人員進(jìn)出統(tǒng)計功能，當(dāng)貴重物品出入時振動傳感器感應(yīng)到物品出入，及時報警。此方案成本低廉，可靠性高，操作簡單。故本系統(tǒng)采用此方案。三、單元模塊設(shè)計3.1人體紅外感應(yīng)模塊當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。檢測距離達(dá)到了3.2米。如下圖2即為其感應(yīng)范圍圖。

圖2人體熱釋電紅外傳感器感應(yīng)范圍示意圖3.2煙霧感應(yīng)模塊采用MQ-2煙霧傳感器，其測量范圍廣，靈敏度高，恢復(fù)時間短等優(yōu)點使其成為檢測煙霧的首選傳感器。當(dāng)單片機(jī)接收到煙霧感應(yīng)值后，立即產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報警電路，產(chǎn)生報警信號，并將信號傳送至樓管室。煙霧感應(yīng)模塊的電路圖如圖3所示。 圖3煙霧傳感器電路圖3.3宿舍人員進(jìn)出情況及人數(shù)記錄模塊采用兩個光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后，門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時，反應(yīng)時間順序恰好相反。根據(jù)這個時間差將兩個光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。3.4宿舍無人提示鎖門模塊采用ISD4004語音芯片，在無人時自動提示最后離開宿舍的人員及時鎖好門窗。ISD4004電路圖如下圖4所示。圖4ISD4004語音電路圖3.5宿舍安防情況記錄模塊外部擴(kuò)展一塊AT24C02，用來儲存宿舍的安防情況，防止系統(tǒng)突然掉電后數(shù)據(jù)的丟失。AT24C02電路如圖5所示。圖5AT24C02電路3.6貴重物品監(jiān)測模塊此模塊采用震動傳感器原理，當(dāng)外部有微弱震動時，隱蔽貼在每個貴重物品上（如電腦主機(jī)箱）的震動傳感器內(nèi)部便會碰觸相連接，然后被單片機(jī)檢測到有電平變化，經(jīng)單片機(jī)處理后，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信息，同時系統(tǒng)記錄情況，完成對貴重物品的檢測功能，震動傳感器電路如圖6所示。圖6震動傳感器電路四、系統(tǒng)調(diào)試與測量結(jié)果4.1人體熱釋電紅外傳感器的測試人體熱釋紅外傳感器的測試就是將制作好的人體熱釋紅外傳感器的電源線引出，用萬用表檢測當(dāng)有人出現(xiàn)時，傳感器的信號輸出端是否為想要得到結(jié)果。若不是所要結(jié)果，則分析、查找原因完成調(diào)試。第一次測試第二次測試第三次測試第四次測試有人無人有人無人2.81V0.03V2.79V0.02V由于熱釋電紅外傳感器輸出最大電壓僅為2.81V,故在其輸出端加入一個反相器，這樣在程序上可以變得簡單，而且使得高低電平更加易于測試。4.2煙霧傳感器的測試煙霧傳感器的測試是測試當(dāng)煙霧傳感器檢測到煙霧時用萬用表測量輸出端是否為高電平。第一次測試第二次測試第三次測試第四次測試有煙無煙有煙無煙4.85V0.04V4.83V0.03V經(jīng)測試，煙霧傳感器檢測到煙霧時能夠正常輸出高電平。4.3宿舍人員流動情況記錄的測試宿舍人員流動情況記錄部分檢測時，需要宿舍內(nèi)人員進(jìn)出宿舍數(shù)次，該處用木片代替人員，查看12864液晶顯示能否正確顯示人員流動情況。經(jīng)測試，12864可以靈活顯示人數(shù)。4.4宿舍無人提示鎖門的測試此模塊的測試需要使得人數(shù)變?yōu)榱?。測試當(dāng)最后一個人走出門時語音能否播放鎖門提示。經(jīng)測試，語音可以及時播報信息。4.5宿舍安防情況記錄的測試宿舍安防情況記錄通過一個按鍵來查看記錄內(nèi)容，當(dāng)按下按鍵后，測試能否查看正確安防記錄數(shù)值。當(dāng)有意外情況發(fā)生時是否能正確存儲安防信息。經(jīng)測試，符合要求。4.6監(jiān)控點多路監(jiān)控的測試監(jiān)控點多路監(jiān)控的測試，需要在多個宿舍之間進(jìn)行。此處只是模擬一個宿舍之間進(jìn)行，當(dāng)宿舍發(fā)生意外狀況時，測試能否及時向樓管室主機(jī)發(fā)送安防信息。經(jīng)測試，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、及時地發(fā)送至主機(jī)。4.7貴重物品監(jiān)測的測試貴重物品監(jiān)測的測試需將震動傳感器打開，然后碰觸貴重物品，測試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確檢測到物品情況并及時報警。經(jīng)測試，系統(tǒng)可以及時報警。4.8軟件結(jié)構(gòu)圖圖7軟件結(jié)構(gòu)圖五、設(shè)計總結(jié)本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心、利用鍵盤輸入、12864液晶顯示、ISD4004語音錄放、CC1101無線數(shù)據(jù)傳輸、光電開關(guān)、人體熱釋電紅外傳感器、煙霧傳感器、振動傳感器，實現(xiàn)了以下設(shè)計要求：基本部分：人體檢測及聲光報警；煙霧檢測及聲光報警；用鍵盤輸入密碼完成解警；實現(xiàn)異地實時監(jiān)控；能反映宿舍人員的進(jìn)出情況及人數(shù)情況；宿舍無人時提示鎖門。發(fā)揮部分：人體檢測范圍3.2米；能記錄最近一段時間宿舍內(nèi)安防情況；主機(jī)實時監(jiān)控宿舍內(nèi)部安防情況；能對本宿舍貴重物品進(jìn)行有效監(jiān)測。通過這次設(shè)計，使我們認(rèn)識到一個作品的完成，團(tuán)隊合作精神是最重要的，一個作品的完成必須依靠團(tuán)隊的力量。本次設(shè)計，我們的動手能力以及專業(yè)水平得到了很大的鍛煉與提高。在這次作品設(shè)計當(dāng)中，我們基本上完成了題目的基本要求和發(fā)揮部分，其中網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控由于所學(xué)知識有限，未完成。本系統(tǒng)只實現(xiàn)了一對一實時監(jiān)控，未完成對多個宿舍的監(jiān)控。在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我們會不斷改進(jìn)，努力把專業(yè)知識學(xué)得更扎實。

附錄：附錄1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及程序結(jié)構(gòu)圖：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖程序結(jié)構(gòu)圖附錄2參考文獻(xiàn)：[1]郭天祥《新概念51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展電子工業(yè)出版社2009[2]徐科軍《傳感器與檢測技術(shù)》，第二版電子工業(yè)出版社2009.6[3]謝自美《電子線路設(shè)計·實驗·測試》（第三版）華中科技大學(xué)出版社2005.[4]楊素行《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程》（第三版）高等教育出版社2006[5]譚浩強(qiáng)《C程序設(shè)計》（第三版)清華大學(xué)出版社2008.2[6]趙燕《傳