采用51單片機設計的宿舍智能防火防盜報警系統

　　0 引言

　　現如今在學校的寢室里，學生貴重物品被盜、由于學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生、學工以及學校保衛(wèi)處的“大問題”。傳統的防范措施存在很大的弊端，比如當事故發(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，便能很好地解決此類問題了。但是市場上防火防盜系統價格對大學生來講過高，本系統便是針對大學宿舍，從低成本的角度來設計制作的。

　　1 系統組成及工作原理

　　本系統通過一個監(jiān)控室和兩個宿舍來模擬，通過RS 485總線來實現通信。考慮到現實中監(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，煙霧傳感器實現煙火檢測，紅外傳感器實現對宿舍進出人員數量的檢測，主機通過RS 485總線對從機實時監(jiān)控，當有異常出現時，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)。系統的詳細結構圖如圖1所示。

　　2 硬件電路設計及相關理論分析

　　防火防盜智能報警系統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。

　　煙霧傳感器的內部電阻是隨著煙霧的濃度的變化而變化，因此要將其轉化為變化的電壓信號，在此通過電壓比較器LM339和幾個相應的分壓電阻構成，具體電路設計如圖2所示。在通電狀態(tài)下測得傳感器的內阻是130 kΩ左右，在煙霧較濃時內阻為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電平的轉換。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的驅動器擺率不受限制，可以實現最高2.5 Mb/s的傳輸速率。

　　3 軟件程序設計

　　該系統軟件部分主要完成了系統及各個模塊初始化、警情信號檢測(火警/盜情)、系統設置、RS 485總線協議及聲光報警的程序設計。具體的程序流程圖如圖6，圖7所示。

　　4 通信協議

　　在RS 485總線通信系統中，由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，數據傳播過程中很容易受到干擾或者信號衰減，造成通信失敗，因而需要設計一種傳輸協議，保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數據連接。本系統中，數據采集器與監(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據通信的速度和穩(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系，串口選擇工作方式3。

　　4.2 數據校驗方式的確定

　　使用RS 485總線通信技術傳輸數據時，很容易遇上干擾，使傳輸數據發(fā)生改變，從而導致傳輸錯誤。考慮到系統的實際要求，本設計采用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。從數學角度看，CRC校驗和是用生成多項式(算法規(guī)則)去除一個多項式(由數據塊表示)，CRC校驗為相除后所得的余項。CRC校驗是對要傳送的一個數據塊附加一些校驗位，這些校驗位(CRC校驗位)由該數據塊算出，并隨同數據塊一并傳送。在接收端，對收到的數據塊重新按規(guī)定的算法計算CRC校驗和，從而可以判別數據傳輸過程是否出錯。

　　4.3 通信數據的編碼

　　為保證數據傳輸的可靠性和準確性，本設計采用的數據幀格式如表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)，用它來標示不同床位號;待發(fā)數據包括：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);當發(fā)送應答命令時，待發(fā)數據為2 B的0xCC或者0xBB。

　　4.4 RS 485的通信協議

　　本系統的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)送數據包，主機接受并解析該數據包，并作出相應處理。主機會不斷的查詢各個從機的狀況，做到實時監(jiān)控。

　　5 系統測試與結果分析

　　本系統經測試，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。經過多次調試，該系統實現了設計要求。整體效果令人滿意。

　　6 結語

　　本文所述的宿舍智能化防火防盜報警系統為宿舍安防提供了一條可行途徑。該系統利用多傳感器檢測，通過RS 485總線自動實現對外求助，具有智能化、自動化特點，系統具有較為廣闊的應用前景，對于日趨提高的安防要求，在系統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。對于大學生宿舍的安全建設具有重要意義。