宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)

2-題目名稱：宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)目錄 摘要與關(guān)鍵詞-2-一設(shè)計(jì)任務(wù)與要求-2-1.1設(shè)計(jì)任務(wù)-2-1.2設(shè)計(jì)要求-2-二方案比較、設(shè)計(jì)與論證-3-2.1總體設(shè)計(jì)方案-3-2.2人員流動(dòng)情況記錄-3-2.3宿舍無(wú)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(shí)時(shí)監(jiān)控-4-2.6貴重物品監(jiān)測(cè)-4-三單元模塊設(shè)計(jì)-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(wú)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(cè)模塊-7-四系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)量結(jié)果-7-4.1人體熱釋電紅外傳感器的測(cè)試-7-4.2煙霧傳感器的測(cè)試-7-4.3宿舍人員流動(dòng)情況記錄的測(cè)試-8-4.4宿舍無(wú)人提示鎖門的測(cè)試-8-4.5宿舍安防情況記錄的測(cè)試-8-4.6監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控的測(cè)試-8-4.7貴重物品監(jiān)測(cè)的測(cè)試-8-4.8軟件結(jié)構(gòu)圖-8-五設(shè)計(jì)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(guò)12864液晶顯示，經(jīng)CC1101無(wú)線收發(fā)，實(shí)現(xiàn)了人體檢測(cè)、煙霧檢測(cè)、聲光報(bào)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(wú)人時(shí)提示鎖門各項(xiàng)功能。在完成了基本要求之外，還實(shí)現(xiàn)了人體檢測(cè)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(cè)功能，構(gòu)建了一套低成本、低功耗、高實(shí)用的宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；CC1101無(wú)線收發(fā)；實(shí)時(shí)監(jiān)控；傳感器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生宿舍，能自動(dòng)監(jiān)視宿舍內(nèi)的安全情況，有異常情況發(fā)生時(shí)能立即發(fā)出報(bào)警和求助信息。1.2設(shè)計(jì)要求基本要求（1）實(shí)現(xiàn)人體檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（2）實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（3）用鍵盤輸入密碼完成報(bào)警系統(tǒng)的解警等工作狀況。（4）實(shí)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(wú)人時(shí)提示鎖門。發(fā)揮部分（1）人體檢測(cè)范圍5米左右。（2）能記錄最近幾天的宿舍安防情況。（3）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，可在監(jiān)控點(diǎn)監(jiān)控多個(gè)宿舍。（4）能檢測(cè)本宿舍貴重物品的進(jìn)出情況。二、方案比較、設(shè)計(jì)與論證2.1總體設(shè)計(jì)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(bào)警、鍵盤密碼解警、宿舍人員流動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)、宿舍無(wú)人提示鎖門、宿舍一周內(nèi)安防情況記錄、貴重物品監(jiān)測(cè)各模塊。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需對(duì)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(dòng)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(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高低電平變化，單片機(jī)接收到電平變化后，將信號(hào)進(jìn)行處理，儲(chǔ)存為人員流動(dòng)情況。但此方案對(duì)于人體的進(jìn)入及外出無(wú)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(shí)間。若此時(shí)間段內(nèi)有多名人員走過(guò)就會(huì)產(chǎn)生誤差，故不采用此方案。

方案二：采用兩個(gè)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(shí)，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(shí)，反應(yīng)時(shí)間恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號(hào)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(duì)進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。此方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性高，故本系統(tǒng)采用此方案。2.3宿舍無(wú)人提示鎖門利用記錄人員流動(dòng)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(shí)，則表示此時(shí)外出的人員為宿舍內(nèi)最后一名人員。這時(shí)觸發(fā)ISD4004語(yǔ)音芯片，播放語(yǔ)音提示鎖門。此方案可靠性高，可準(zhǔn)確產(chǎn)生提示信號(hào)，采用語(yǔ)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(jià)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(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)單片機(jī)外接ROM，每隔一秒進(jìn)行一次寫操作，每隔一周對(duì)EEPROM進(jìn)行一次清零操作。當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)，將寫入值計(jì)一次數(shù)。另外外部設(shè)置一個(gè)按鍵，當(dāng)要查看記錄值時(shí)可通過(guò)按鍵查看一周內(nèi)宿舍內(nèi)的安防情況。此方案可記錄時(shí)間長(zhǎng)，掉電后可繼續(xù)保持記錄數(shù)據(jù)。2.5信息傳輸及實(shí)時(shí)監(jiān)控方案一：有線RS-232采用有線RS-232接口，接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL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(shí)，波特率為20Kbps。接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)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(shí)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(dòng)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(duì)于學(xué)校宿舍的傳輸已經(jīng)足夠。方案三：無(wú)線收發(fā)nRF24L01nRF24L01為低功耗低電壓器件，傳輸速率快、價(jià)格適中，但其傳輸距離近，性能不穩(wěn)定。方案四：無(wú)線收發(fā)CC1101與nRF24L01相比，CC1101相對(duì)穩(wěn)定，傳輸距離較遠(yuǎn)，價(jià)格適中，而且考慮到知識(shí)應(yīng)用于本系統(tǒng)，故采用該方案。但是當(dāng)投入實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，采用有線RS485更實(shí)用。2.6貴重物品監(jiān)測(cè)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(shí)，經(jīng)過(guò)磁性傳感器，檢測(cè)到剛磁片則進(jìn)行記錄與報(bào)警。但是磁性傳感器檢測(cè)距離太近，無(wú)法對(duì)筆記本大小的物品進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。方案二：利用震動(dòng)傳感器在每件貴重物品上隱蔽安裝震動(dòng)傳感器，并且結(jié)合光電開關(guān)的人員進(jìn)出統(tǒng)計(jì)功能，當(dāng)貴重物品出入時(shí)振動(dòng)傳感器感應(yīng)到物品出入，及時(shí)報(bào)警。此方案成本低廉，可靠性高，操作簡(jiǎn)單。故本系統(tǒng)采用此方案。三、單元模塊設(shè)計(jì)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(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。檢測(cè)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(cè)量范圍廣，靈敏度高，恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)使其成為檢測(cè)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(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并將信號(hào)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(gè)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(shí)，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(shí)，反應(yīng)時(shí)間順序恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號(hào)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(duì)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(wú)人提示鎖門模塊采用ISD4004語(yǔ)音芯片，在無(wú)人時(shí)自動(dòng)提示最后離開宿舍的人員及時(shí)鎖好門窗。ISD4004電路圖如下圖4所示。圖4ISD4004語(yǔ)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(lái)儲(chǔ)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(cè)模塊此模塊采用震動(dòng)傳感器原理，當(dāng)外部有微弱震動(dòng)時(shí)，隱蔽貼在每個(gè)貴重物品上（如電腦主機(jī)箱）的震動(dòng)傳感器內(nèi)部便會(huì)碰觸相連接，然后被單片機(jī)檢測(cè)到有電平變化，經(jīng)單片機(jī)處理后，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信息，同時(shí)系統(tǒng)記錄情況，完成對(duì)貴重物品的檢測(cè)功能，震動(dòng)傳感器電路如圖6所示。圖6震動(dòng)傳感器電路四、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)量結(jié)果4.1人體熱釋電紅外傳感器的測(cè)試人體熱釋紅外傳感器的測(cè)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(wàn)用表檢測(cè)當(dāng)有人出現(xiàn)時(shí)，傳感器的信號(hào)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(cè)試第二次測(cè)試第三次測(cè)試第四次測(cè)試有人無(wú)人有人無(wú)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(gè)反相器，這樣在程序上可以變得簡(jiǎn)單，而且使得高低電平更加易于測(cè)試。4.2煙霧傳感器的測(cè)試煙霧傳感器的測(cè)試是測(cè)試當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量輸出端是否為高電平。第一次測(cè)試第二次測(cè)試第三次測(cè)試第四次測(cè)試有煙無(wú)煙有煙無(wú)煙4.85V0.04V4.83V0.03V經(jīng)測(cè)試，煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧時(shí)能夠正常輸出高電平。4.3宿舍人員流動(dòng)情況記錄的測(cè)試宿舍人員流動(dòng)情況記錄部分檢測(cè)時(shí)，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(dòng)情況。經(jīng)測(cè)試，12864可以靈活顯示人數(shù)。4.4宿舍無(wú)人提示鎖門的測(cè)試此模塊的測(cè)試需要使得人數(shù)變?yōu)榱?。測(cè)試當(dāng)最后一個(gè)人走出門時(shí)語(yǔ)音能否播放鎖門提示。經(jīng)測(cè)試，語(yǔ)音可以及時(shí)播報(bào)信息。4.5宿舍安防情況記錄的測(cè)試宿舍安防情況記錄通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)查看記錄內(nèi)容，當(dāng)按下按鍵后，測(cè)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(shí)是否能正確存儲(chǔ)安防信息。經(jīng)測(cè)試，符合要求。4.6監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控的測(cè)試監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控的測(cè)試，需要在多個(gè)宿舍之間進(jìn)行。此處只是模擬一個(gè)宿舍之間進(jìn)行，當(dāng)宿舍發(fā)生意外狀況時(shí)，測(cè)試能否及時(shí)向樓管室主機(jī)發(fā)送安防信息。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)送至主機(jī)。4.7貴重物品監(jiān)測(cè)的測(cè)試貴重物品監(jiān)測(cè)的測(cè)試需將震動(dòng)傳感器打開，然后碰觸貴重物品，測(cè)試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確檢測(cè)到物品情況并及時(shí)報(bào)警。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)可以及時(shí)報(bào)警。4.8軟件結(jié)構(gòu)圖圖7軟件結(jié)構(gòu)圖五、設(shè)計(jì)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(yǔ)音錄放、CC1101無(wú)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(dòng)傳感器，實(shí)現(xiàn)了以下設(shè)計(jì)要求：基本部分：人體檢測(cè)及聲光報(bào)警；煙霧檢測(cè)及聲光報(bào)警；用鍵盤輸入密碼完成解警；實(shí)現(xiàn)異地實(shí)時(shí)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(wú)人時(shí)提示鎖門。發(fā)揮部分：人體檢測(cè)范圍3.2米；能記錄最近一段時(shí)間宿舍內(nèi)安防情況；主機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控宿舍內(nèi)部安防情況；能對(duì)本宿舍貴重物品進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我們認(rèn)識(shí)到一個(gè)作品的完成，團(tuán)隊(duì)合作精神是最重要的，一個(gè)作品的完成必須依靠團(tuán)隊(duì)的力量。本次設(shè)計(jì)，我們的動(dòng)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(jì)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(shí)有限，未完成。本系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了一對(duì)一實(shí)時(shí)監(jiān)控，未完成對(duì)多個(gè)宿舍的監(jiān)控。在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，我們會(huì)不斷改進(jìn)，努力把專業(yè)知識(shí)學(xué)得更扎實(shí)。

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(yǔ)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(cè)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(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)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(jiǎn)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(jì)》（第三版)清華大學(xué)出版社2008.2[6]趙燕《傳