基于RS-485總線的宿舍智能防火防盜報警系統設計

　　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生，這些都是一直以來困擾著學生、學工以及學校保衛處的“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。考慮到現實中監控室要能監控整棟宿舍樓，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總線對從機實時監控，當有異常出現時，宿舍和監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。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（循環冗余校驗）校驗方式。

　　CRC校驗和的計算是一種循環計算。從數學角度看，CRC校驗和是用生成多項式（算法規則）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。