一種基于單片機的智能報警系統(tǒng)設(shè)計方案

　　摘 要：該系統(tǒng)以凌陽公司的16位單片機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，通過單片機做出報警動作。采用兩片凌陽單片機作為從站，達到異地網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的。采用雙光電開關(guān)的設(shè)計，感應(yīng)人員的進出情況。采用射頻信號發(fā)射與接收裝置，感應(yīng)貴重物品的進出。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出情況均有記錄。該設(shè)計主要創(chuàng)新點是采用單片機進行控制，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

　　本系統(tǒng)設(shè)計主要是滿足宿舍自動報警的需要，設(shè)計的目標是要實現(xiàn)語音報警、時間設(shè)定和顯示、燈光報警并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)報警等功能。

1 設(shè)計方案

　　1.1 主控制器的選擇

　　采用凌陽公司的16位單片機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)存儲密碼及各類數(shù)據(jù)的要求，且CPU時鐘頻率高達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)模塊實現(xiàn)較為方便，將發(fā)射機附在貴重物品上，接收機固定在門口，當貴重物品出入時，即可進行記錄。發(fā)射機與接收機電路結(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)計思想，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成。上位機進行鍵盤輸入、語音提示、報警和人員物品進出情況記錄。下位機進行煙霧檢測、人體紅外檢測、貴重物品檢測、人員進出情況檢測等數(shù)據(jù)采集工作。下位機通過無線收發(fā)模塊將檢測信號送入上位機。上位機進行數(shù)據(jù)處理并作出相應(yīng)動作。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 理論分析與計算

　　2.1 物品檢測電路的計算

　　采用無線發(fā)射與接收方式進行貴重物品檢測，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，為實現(xiàn)對宿舍安防情況進行異地監(jiān)控，采用一主兩從的方式進行模擬，其中主站可以實現(xiàn)對從站的搜索，實時顯示從站是否在線，并進行信息的接收處理、顯示、記錄與報警，從站進行信息獲取與發(fā)送。主站上可實現(xiàn)對從站信息的實時顯示，并將報警及貴重物品進出信息存儲在主站的FLASH 內(nèi)，省去了外接存儲芯片，可方便地讀取與顯示。利用人體傳感器并通過對進出宿舍的人員進行計數(shù)來確定宿舍內(nèi)人數(shù)，并提示鎖門。采用單片機內(nèi)部時鐘作為時間基準，通過鍵盤進行時間設(shè)定，用以記錄報警時間。利用單片機內(nèi)部的語音模塊實現(xiàn)語音報警，直觀實用。這種控制方案充分利用了單片機的片內(nèi)資源，使用外部器件少，簡單實用。

　　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，配以簡單的驅(qū)動電路即可實現(xiàn)煙霧檢測。煙霧傳感器電路如圖2所示。當未檢測到煙霧信號時，比較器輸出低電平；當傳感器檢測到煙霧信號時，比較器輸出5V高電平，報警器動作。

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。當有人從熱釋電傳感器通過時，BISS0001的Vo口輸出一正向脈沖，報警器動作。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 人員進出檢測設(shè)計

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

圖4 人員進出檢測電路圖

　　2.6 貴重物品檢測設(shè)計

　　為達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，當其出入宿舍時，與副邊線圈發(fā)生諧振，負載電壓發(fā)生變化，通過對負載的檢測即可記錄人員進出情況。電路如圖5所示。

圖5 貴重物品檢測電路圖

3 程序設(shè)計

　　主站系統(tǒng)加電后進行初始化并要求輸入密碼，密碼輸入正確即可對火災(zāi)、貴重物品、鍵盤等進行監(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各個傳感器狀態(tài)進行監(jiān)控并進行數(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

　　測試儀器及型號如表1所示。

　　表1 測試儀器及型號

　　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 人員進出情況測試

　　表3顯示的測試數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求。

　　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警并記錄，宿舍無人時能提示鎖門，無線網(wǎng)絡(luò)運行良好，密碼解警也很成功。人員和貴重物品的進出也可順利記錄。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)通過測試較好地實現(xiàn)了設(shè)計的各項要求。

　　主要創(chuàng)新是加入了語音報警功能，更加實用；加入從站搜索功能，可以實時顯示各從站的工作狀態(tài)；加入無人看守功能，并能在特定時段發(fā)現(xiàn)人員活動后立即發(fā)出報警；加入時鐘功能，可實現(xiàn)時間設(shè)定和顯示。