宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)

摘 要：針對目前宿舍防火防盜報警系統(tǒng)現(xiàn)狀以及所存在的主要問題，提出了一種基于RS 485總線的宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用煙霧傳感器，紅外傳感器和熱釋電傳感器作為檢測元件，以Philips公司生產(chǎn)的32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器LPC2103作為主機部分的處理器，STC89C52作為從機部分的處理器，利用MAX485收發(fā)器芯片完成了智能報警系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了低誤報率，增強了系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：防火; 防盜; 傳感器; RS 485總線

中圖分類號：TN915.08-34 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0141-03

Intelligent Fireproof and Theftproof Alarm System for Dormitorys

WANG Zhi-qiu

(College of Mechanical and Electrical Engineering， QAU， Qingdao 266109， China)

Abstract： According to present situation of fireproof and theftproof alarm system for dormitorys and in order to solve the remaining main questions， a intelligent fireproof and theftproof alarm system based on RS485 bus is proposed for dormitorys. The photoelectric smoke sensor， infrared sensor and pyroelectric sensor are adopted as detection elements. The 32-bit ARM7TDMI-S CPU micro-controller LPC2103 produced by Philips Company is taken as a processor of the host machine， and STC89C52 as the processor of the slave machines. MAX485 transceiver chip is employed to complete intelligent alarm function. It reduced the 1-alarm rate and enhanced the reliability of the whole system.

Keywords： fireproof; theftproof; sensor; RS 485 bus

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)生過失而引起著火等事故時有發(fā)生，這些都是一直以來困擾著學(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，防護鐵門、鐵欄桿就會成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報警系統(tǒng)，便能很好地解決此類問題了。但是市場上防火防盜系統(tǒng)價格對大學(xué)生來講過高，本系統(tǒng)便是針對大學(xué)宿舍，從低成本的角度來設(shè)計制作的。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

本系統(tǒng)通過一個監(jiān)控室和兩個宿舍來模擬，通過RS 485總線來實現(xiàn)通信。考慮到現(xiàn)實中監(jiān)控室要能監(jiān)控整棟宿舍樓，因此采用功能強大的ARM7芯片LPC2103作為主機控制芯片，從機采用價格低廉的51系列單片機作為控制芯片。宿舍中采用熱釋電傳感器對人體進行檢測，煙霧傳感器實現(xiàn)煙火檢測，紅外傳感器實現(xiàn)對宿舍進出人員數(shù)量的檢測，主機通過RS 485總線對從機實時監(jiān)控，當(dāng)有異常出現(xiàn)時，宿舍和監(jiān)控室的報警裝置會同時響起，只有本宿舍成員在本宿舍通過輸入從機的密碼才可解除報警狀態(tài)。系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計及相關(guān)理論分析

防火防盜智能報警系統(tǒng)硬件主要由七大部分組成：主機部分處理器電路，從機部分處理器電路，傳感器檢測電路部分，聲光報警電路， RS 485總線接口電路，鍵盤接口電路及顯示電路。

2.1 傳感器檢測及聲光報警電路

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，在此通過電壓比較器LM339和幾個相應(yīng)的分壓電阻構(gòu)成，具體電路設(shè)計如圖2所示。在通電狀態(tài)下測得傳感器的內(nèi)阻是130 kΩ左右，在煙霧較濃時內(nèi)阻為6 kΩ左右，在無煙時比較器的負端輸入為2.5 V左右，正端為1.2 V左右，有煙霧時負端為2.5 V，正端為3~5 V，此電路能很好地實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器采用RE200B和信號處理元件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，用單片機來檢測兩個傳感器低電平的先后順序來判斷人的進出情況。其原理如圖4所示。聲光報警模塊由蜂鳴器、(紅，綠)發(fā)光二極管和NPN型三極管驅(qū)動電路組成，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)動器擺率不受限制，可以實現(xiàn)最高2.5 Mb/s的傳輸速率。

3 軟件程序設(shè)計

該系統(tǒng)軟件部分主要完成了系統(tǒng)及各個模塊初始化、警情信號檢測(火警/盜情)、系統(tǒng)設(shè)置、RS 485總線協(xié)議及聲光報警的程序設(shè)計。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)傳播過程中很容易受到干擾或者信號衰減，造成通信失敗，因而需要設(shè)計一種傳輸協(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)控室主機是一個簡單的多點對一點通信。

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，這樣可以傳輸更遠的距離。由于通信是多對一的關(guān)系，串口選擇工作方式3。

4.2 數(shù)據(jù)校驗方式的確定

使用RS 485總線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳輸錯誤。考慮到系統(tǒng)的實際要求，本設(shè)計采用8位的CRC(循環(huán)冗余校驗)校驗方式。

CRC校驗和的計算是一種循環(huán)計算。從數(shù)學(xué)角度看，CRC校驗和是用生成多項式(算法規(guī)則)去除一個多項式(由數(shù)據(jù)塊表示)，CRC校驗為相除后所得的余項。CRC校驗是對要傳送的一個數(shù)據(jù)塊附加一些校驗位，這些校驗位(CRC校驗位)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，對收到的數(shù)據(jù)塊重新按規(guī)定的算法計算CRC校驗和，從而可以判別數(shù)據(jù)傳輸過程是否出錯。

4.3 通信數(shù)據(jù)的編碼

為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性，本設(shè)計采用的數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。其中，前2個字節(jié)為起始同步信號，地址碼占用1個字節(jié)(0～255)，用它來標(biāo)示不同床位號；待發(fā)數(shù)據(jù)包括：煙霧傳感器信號(1 B)、紅外傳感器信號(1 B)、熱釋電傳感器信號(1 B)和采集時間(7 B)；校驗碼為8位的CRC校驗碼。傳輸順序為：煙霧傳感器信號、紅外傳感器信號、熱釋電傳感器信號(高位在前，低位在后)、采集時間(依次為：秒、分、小時、日、月、年)；當(dāng)發(fā)送應(yīng)答命令時，待發(fā)數(shù)據(jù)為2 B的0xCC或者0xBB。

4.4 RS 485的通信協(xié)議

本系統(tǒng)的RS 485總線通信采用輪詢的方法。主機向RS 485總線上發(fā)送各個從機的地址，對各個從機依次詢問查看從機部分是否有警報。如果某從機有警報，就會通過RS 485總線發(fā)送指令報告給主機，然后主機和該從機通信，從機發(fā)送數(shù)據(jù)包， 主機接受并解析該數(shù)據(jù)包，并作出相應(yīng)處理。主機會不斷的查詢各個從機的狀況，做到實時監(jiān)控。

5 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

本系統(tǒng)經(jīng)測試，傳感器性能穩(wěn)定，熱釋電傳感器檢測距離能達到5~8 m，煙霧傳感器能夠很好地實現(xiàn)防火功能；紅外傳感器很靈敏，可以有效地檢測出人員的進出情況；RS 485總線能夠很好地實現(xiàn)主機與從機之間的通信，做到實時監(jiān)控。各個模塊能夠很好地鏈接在一起，有較高的穩(wěn)定性。經(jīng)過多次調(diào)試，該系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計要求。整體效果令人滿意。

6 結(jié) 語

本文所述的宿舍智能化防火防盜報警系統(tǒng)為宿舍安防提供了一條可行途徑。該系統(tǒng)利用多傳感器檢測，通過RS 485總線自動實現(xiàn)對外求助，具有智能化、自動化特點，系統(tǒng)具有較為廣闊的應(yīng)用前景，對于日趨提高的安防要求，在系統(tǒng)今后的進一步改進中，可通過在探測器上加微處理器的方法，進行實時監(jiān)測。對于大學(xué)生宿舍的安全建設(shè)具有重要意義。

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作者簡介：

王至秋 男，1968年出生，工學(xué)學(xué)士，工程師，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電學(xué)院實驗中心副主任。主要研究方向為自動化與測試技術(shù)。