宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)設(shè)計＊

劉乃生，苑龍軍

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061；山東工業(yè)技師學(xué)院，山東 濰坊 261053）

校園人員密集，特別是學(xué)生公寓更是學(xué)生出入最頻繁的場所，無論是在正常的學(xué)習(xí)期間，還是在學(xué)校假期期間，宿舍防盜防火工作都非常嚴(yán)峻。各學(xué)校采取的措施是多種多樣的[1-2]，為了做好防盜防火工作，就需要設(shè)計一些更科學(xué)、更安全可靠的防盜防火報警系統(tǒng)，以保證學(xué)生人身及財產(chǎn)安全免受損失，為此本論文以STC89C52單片機(jī)為主控制器，設(shè)計了一款宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)，以作為防盜防火報警之用。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)可用分立元件結(jié)合模擬、數(shù)字相關(guān)知識將原件集成以實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)與功能，但這種方法設(shè)計過程復(fù)雜，電流結(jié)構(gòu)繁瑣，調(diào)試?yán)щy，穩(wěn)定性不高，為此本系統(tǒng)利用單片機(jī)輔以少量的模塊實(shí)現(xiàn)電路功能，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

硬件部分，系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為主控制器，人體檢測和煙霧檢測分別由人體紅外感應(yīng)裝置和光電式煙霧感應(yīng)裝置構(gòu)成；聲光報警功能則由蜂鳴器和發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)；獨(dú)立鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼解除報警功能；異地監(jiān)控由GSM Modem模塊實(shí)現(xiàn)，GSM Modem通過和單片機(jī)的互相連接通信實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控功能。軟件部分，可以通過軟件編程發(fā)揮單片機(jī)的控制作用，方便實(shí)現(xiàn)電路的邏輯功能。此方法既簡化了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，又充分發(fā)揮了各個模塊的作用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1 無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

GSM網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、信號穩(wěn)定、無同頻干擾、保密性好等特點(diǎn)，能處理大量的短消息、數(shù)據(jù)和傳真?zhèn)魉偷葮I(yè)務(wù)[3]。采用GSM網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程控制的傳輸媒介有效地降低了系統(tǒng)造價，并能實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控。本系統(tǒng)采用西門子TC35無線通信GSM模塊，該模塊自帶RS232通訊接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)、單片機(jī)的聯(lián)機(jī)通信，其工作電壓為3.3V～3.5V，可工作在900MHz和1800MHz兩個頻段。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模塊的短信息、第三組的二類傳真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式，通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)及控制信號的雙向傳輸[4]。

2.2 紅外感應(yīng)模塊

單純地利用D203S人體紅外熱釋電傳感器用于人體檢測的信號非常弱，需要配合紅外傳感信號處理器BISS0001進(jìn)行放大，這就需要擴(kuò)展外圍電路，難免會增加電路的復(fù)雜度。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外感應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)[5]，該模塊集成了BISS0001等部件，使得硬件電路更加簡單。人體熱釋電感應(yīng)模塊基于紅外線技術(shù)，全自動感應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入其探測范圍時輸出高電平，人體離開感應(yīng)范圍時則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。

2.3 煙霧感應(yīng)模塊

采用MQ2氣體傳感器可以實(shí)現(xiàn)煙霧檢測，煙霧探頭MQ2經(jīng)與放大電路等外圍電路相連后才可形成煙霧檢測模塊，并且MQ2也同常用于工業(yè)檢測方面，且功率很大，不適合長期工作[6]。本系統(tǒng)采用煙霧探測器實(shí)現(xiàn)煙霧檢測，該探測器為集成模塊，功耗極低，待機(jī)工作電流約為10μA，適合長時間工作，且滿足低碳環(huán)保的要求，電路簡便，穩(wěn)定性高，適合學(xué)生宿舍用。

2.4 聲光報警模塊

聲報警模塊由蜂鳴器構(gòu)成，當(dāng)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到第一個人走進(jìn)宿舍內(nèi)時，蜂鳴器會發(fā)出警報，持續(xù)幾秒關(guān)閉；同時當(dāng)煙霧感應(yīng)模塊感應(yīng)到煙霧時，蜂鳴器同樣會發(fā)出警報，并由鍵盤輸入密碼解除警報。

光報警模塊由兩個發(fā)光二極管構(gòu)成，當(dāng)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到人活動時，綠燈被點(diǎn)亮；當(dāng)煙霧感應(yīng)模塊感應(yīng)到煙霧時，紅燈被點(diǎn)亮。

2.5 獨(dú)立鍵盤

鍵盤輸入模塊由四個獨(dú)立鍵盤構(gòu)成，三位鍵盤完成密碼輸入工作，一位鍵盤完成密碼確認(rèn)工作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

主程序說明：系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化，單片機(jī)檢測人體紅外感應(yīng)模塊的輸出信號，判斷有無人進(jìn)入；同樣根據(jù)以上原理判斷是否有人外出，根據(jù)以上兩個判斷，由系統(tǒng)統(tǒng)計宿舍內(nèi)人員的出入情況；其次，由GSM Modem模塊根據(jù)系統(tǒng)指令將宿舍內(nèi)人員的統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)；最后，系統(tǒng)根據(jù)指令繼續(xù)進(jìn)行人數(shù)檢測。

中斷0說明：當(dāng)煙霧感應(yīng)模塊檢測到煙霧存在時，系統(tǒng)進(jìn)入中斷0狀態(tài)，聲光報警模塊開始發(fā)出報警信號，當(dāng)有解警信號輸入時，系統(tǒng)進(jìn)行終端返回，繼續(xù)執(zhí)行主程序。

中斷1說明：中斷1用于完成警報的解除。系統(tǒng)首先進(jìn)行按鍵掃描，判斷輸入數(shù)據(jù)是否與設(shè)定的警報解除密碼一致，如果密碼一致則警報解除，否則返回到中斷前狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行主程序。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人體感應(yīng)、煙霧感應(yīng)、聲光報警及異地監(jiān)控功能。在電路硬件設(shè)計上，選用性能穩(wěn)定的電路模塊而非分立元件實(shí)現(xiàn)，人體感應(yīng)及煙霧感應(yīng)由相應(yīng)的傳感器模塊實(shí)現(xiàn)；聲光報警由二極管及蜂鳴器實(shí)現(xiàn)；異地監(jiān)控功能由GSM modem模塊與單片機(jī)和手機(jī)的互相通信實(shí)現(xiàn)，并且可以通過手機(jī)對GSM modem進(jìn)行控制，以獲得所需信息。警報發(fā)生后可通過鍵盤或手機(jī)發(fā)送命令進(jìn)行解警。通過對各類型元器件的對比，考慮到設(shè)計成本和設(shè)計精度的要求，在充分保障系統(tǒng)可靠性的前提下，本論文選擇了成本低廉的元器件，降低了系統(tǒng)硬件投資并減少了軟件開發(fā)周期，對校內(nèi)學(xué)生宿舍防盜防火報警系統(tǒng)的開發(fā)提供了一定的指導(dǎo)。

[1]郭兆正.單片機(jī)遙控防盜報警系統(tǒng)[J].錦州師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，22（1）：37-39.

[2]劉純利，張玉山.單片機(jī)防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004，3（12）：71.

[3]王曄，牛小龍.基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2012，8（4）：873-874.

[4]周美麗，李建新，白宗文.基于 GSM 多功能防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（23）：167-168.

[5]王寧.智能監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

[6]文武松，王璐，曹龍漢.基于 TC35i的超聲波汽車防盜報警裝置設(shè)計[J].汽車工程學(xué)報，2003，（6）：55-57.