一種基于單片機的智能報警系統設計方案

　　摘 要：該系統以凌陽公司的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，達到異地網絡監控的目的。采用雙光電開關的設計，感應人員的進出情況。采用射頻信號發射與接收裝置，感應貴重物品的進出。測試結果表明，系統工作良好，幾天內的人員與貴重物品進出情況均有記錄。該設計主要創新點是采用單片機進行控制，可以實現網絡監控。

　　本系統設計主要是滿足宿舍自動報警的需要，設計的目標是要實現語音報警、時間設定和顯示、燈光報警并實現網絡報警等功能。

1 設計方案

　　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 內置有2KB的SRAM 和32KB的內存FLASH,能滿足本系統存儲密碼及各類數據的要求，且CPU時鐘頻率高達49.152MHz,能保證響應的快速性，內置的語音模塊更提高了系統人機界面的友好性。

　　1.2 異地監控方案選擇

　　采用無線通信方式。使用無線收發模塊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置，布置比較靈活。

　　1.3 貴重物品檢測方案選擇

　　門框寬一般在1~2m,采用射頻收發模塊實現較為方便，將發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。發射機與接收機電路結構都較簡單，體積小，攜帶方便。

　　1.4 系統總體框圖

　　根據上述設計思想，系統總體框圖如圖1所示。系統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據采集工作。下位機通過無線收發模塊將檢測信號送入上位機。上位機進行數據處理并作出相應動作。

圖1 系統總體框圖

2 理論分析與計算

　　2.1 物品檢測電路的計算

　　采用無線發射與接收方式進行貴重物品檢測，通信距離與發射功率、接收靈敏度和工作頻率有關。選用通信頻率為8MHz,電感為47μH。

　　則：

　　2.2 控制方案分析

　　根據題目要求，為實現對宿舍安防情況進行異地監控，采用一主兩從的方式進行模擬，其中主站可以實現對從站的搜索，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送。主站上可實現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，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來確定宿舍內人數，并提示鎖門。采用單片機內部時鐘作為時間基準，通過鍵盤進行時間設定，用以記錄報警時間。利用單片機內部的語音模塊實現語音報警，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，響應恢復快，穩定性優，壽命長等優點，配以簡單的驅動電路即可實現煙霧檢測。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 煙霧傳感器結構圖

　　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。電路結構如圖3所示。

圖3 熱釋電紅外傳感器結構

　　2.5 人員進出檢測設計

　　采用前后放置的兩個紅外光電開關，通過對開關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 貴重物品檢測設計

　　為達到貴重物品檢測的要求，將一單調諧回路諧振放大器至于卡片內，卡片掛在貴重物品上，卡片向外發出射頻信號，當其出入宿舍時，與副邊線圈發生諧振，負載電壓發生變化，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 程序設計

　　主站系統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、貴重物品、鍵盤等進行監控，并根據監控的情況作出相應的處理。從站加電初始化后即開始對各個傳感器狀態進行監控并進行數據發送。其程序流程如圖6所示。

圖6 主程序流程圖

4 測試數據與分析

　　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 測試方法及測試數據

　　測試方法及測試數據如表2~表5所示。

　　表2 煙霧傳感器輸出電壓測試

　　表2的測試數據表明，煙霧傳感器性能良好。

　　表3 人員進出情況測試

　　表3顯示的測試數據符合設計要求。

　　表4 熱釋電紅外傳感器測試

　　表4的測試數據表明，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，無線網絡運行良好，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的宿舍安防狀況，所有信息均用LCD顯示，清晰直觀。

5 結 語

　　本系統通過測試較好地實現了設計的各項要求。

　　主要創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；加入無人看守功能，并能在特定時段發現人員活動后立即發出報警；加入時鐘功能，可實現時間設定和顯示。