高校宿舍防火防盜及熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

周來秀

摘要：為實現(xiàn)高校宿舍有效防火、防盜以及宿舍熱水供應(yīng)智能化目標，設(shè)計的系統(tǒng)綜合考慮火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F氣敏傳感器采集的兩種信號作為是否有火災發(fā)生的依據(jù)，采用人體熱釋電感應(yīng)電路實現(xiàn)防盜功能，利用DS18B20溫度傳感器采集水溫，并通過PWM波對水溫實時調(diào)控。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠解決高校宿舍的防火防盜及學生使用熱水的問題。

關(guān)鍵詞：宿舍管理系統(tǒng)；防火；防盜；PWM；無線傳輸

中圖分類號： TN 702 文獻標識碼： A 文章編號：1009-3044（2014）25-6005-03

Design of Fireproof and Theft-proof and Hot Water Suply System for College Dormitory

ZHOU Lai-xiu

（Department of Communication and Electronic Engineering， Hunan City University， Yiyang 413000， China）

Abstract： In order to achieve an effective fireproof， theft-proof and intelligent goal of hot water supply for college dormitory， in this paper， system design considering the flame sensor and smoke gas sensor acquisition of two signals as the basis of whether there is a fire， Using human pyroelectric sensing circuit to achieve anti-theft feature Use DS18B20 temperature sensors collect temperature and water temperature in real time via PWM wave regulation. Experimental results show that： the system can effectively solve the college dorm fire alarm and students to use hot water problems.

Key word： dormitory management system； fireproof； theft-proof； PWM；wireless transmission

目前，高校學生宿舍使用大功率器件導致的火災事件時有發(fā)生，這給學生的人身財產(chǎn)安全造成嚴重的影響。同時學校宿舍盜竊事件也時常發(fā)生，尤其是學生電腦丟失事件最為嚴重，影響惡劣。另外，針對目前部分高校只能在固定時段供應(yīng)熱水且水溫夏熱冬冷不可調(diào)的情況，本系統(tǒng)還增加了智能熱水加熱功能。針對上述現(xiàn)狀，該文以MSP430G2553單片機為主控芯片，設(shè)計制作了一種具有防火防盜及熱水供應(yīng)智能化的宿舍管理系統(tǒng)。

1 硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計方案

宿舍防火防盜及熱水供應(yīng)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。本系統(tǒng)主要是由無線傳輸模塊、火焰?zhèn)鞲衅髂K及煙霧傳感器模塊等組成防火硬件組成部分；由人體感應(yīng)模塊、蜂鳴器報警模塊組成防盜硬件組成部分；由功率放大及DS18B20溫度傳感器等組成加熱部分。系統(tǒng)采用兩塊MSP430G2553單片機分別作為主機和從機。防火部分是由從機將火源和煙霧信號通過無線發(fā)送模塊傳輸數(shù)據(jù)，主機通過無線接收模塊接收數(shù)據(jù)，LCD12864顯示數(shù)據(jù)且蜂鳴器報警。防盜部分則是由從機控制，當通過人體熱釋電感應(yīng)到人體時，蜂鳴器產(chǎn)生報警功能。加熱部分主要是將按鍵設(shè)定溫度值和DS18B20溫度傳感器采集溫度值輸送給單片機，通過單片機比較兩者差值，再根據(jù)兩者不同差值調(diào)整單片機輸出不同占空比PWM波，從而驅(qū)動功率放大器，實現(xiàn)恒溫效果。

1.2 各模塊功能

1.2.1 無線傳輸模塊

無線傳輸模塊主要采用NRF24L01作為核心芯片，該芯片內(nèi)置硬件CRC檢錯，且正常工作電壓范圍：+1.9V-+3.3V，同時具有低功耗特性[1]。無線傳輸模塊同時具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。因此系統(tǒng)采用了兩塊電路原理圖一樣的無線傳輸模塊，分別作為無線發(fā)射模塊和無線接收模塊。當傳感器電路同時檢測到火源和煙霧時，通過從機部分MSP430G2553單片機控制無線發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，主機MSP430G2553單片機通過無線接收模塊接收數(shù)據(jù)。

1.2.2 防火報警模塊

為了提高系統(tǒng)判斷火源的準確性，防火報警模塊將綜合考慮火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F氣敏傳感器采集的信號來判斷火源，以降低誤報率。當煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅魍瑫r檢測到信號時，報警器報警，并顯示宿舍號。

其工作過程：火焰?zhèn)鞲衅鲗⒒鹧姘l(fā)散出的紅外信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過LM358運算放大器將此信號放大，然后傳送至三極管的基極，三極管輸出端輸出的高低電平再傳送給單片機。該模塊主要是用來檢測宿舍內(nèi)是否存在火源，當有火焰存在時，則信號輸出端輸出低電平。煙霧傳感器MQ-2將宿舍內(nèi)煙霧濃度轉(zhuǎn)換成為電信號，當煙霧濃度超過一定范圍值時，MQ-2的DOUT輸出端輸出低電平，否則輸出高電平。當單片機接收的這兩個信號均為低電平時，無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至主機，主機模塊就顯示發(fā)生火災的宿舍號，同時報警。

2.2.3 人體感應(yīng)模塊

人體感應(yīng)模塊采用紅外專用芯片BISS0001[2]和LH1778探頭，人體熱釋電感應(yīng)主要是通過感應(yīng)人體所釋放紅外線的方式工作。該模塊具有兩個功能特點：一方面是全自動感應(yīng)：人進入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平；另一方面是光敏控制：白天或者光線強時不感應(yīng)，還需要另外焊接光敏電阻。利用此模塊可以夜間檢測宿舍樓臺是否有盜竊人員，若檢測到有盜竊人員，則會產(chǎn)生報警，以實現(xiàn)防盜功能。

1.2.4 熱水控制模塊

熱水控制模塊用獨立按鍵來設(shè)置水的溫度值，采用DS18B20溫度傳感器采集水的溫度，并采用推挽式功率放大模塊作為驅(qū)動電路，利用PWM波[3]對水的溫度實時調(diào)控，不同的占空比加熱強度不同，以實現(xiàn)不同程度的加熱功能。

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)上電后，通過軟件配置對主控芯片端口進行初始化，同時配置各個端口的輸入輸出方向以及功能端口。本系統(tǒng)分為主機部分和從機部分。分別由兩塊MSP430G2553芯片控制。主機程序主要實現(xiàn)功能：主機的無線接收模塊檢測是否接收從機信號，若接收到從機數(shù)據(jù)，則通過LCD1602顯示數(shù)據(jù)，并通過蜂鳴器產(chǎn)生報警。從機程序主要完成三個功能：一是防火功能，控制芯片端口檢測煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞯男盘柺欠裢瑫r產(chǎn)生，若同時產(chǎn)生，則通過無線傳輸模塊將信號傳給主機部分；二是防盜功能，檢測端口人體感應(yīng)情況，當檢測到人體時，單片機將驅(qū)動蜂鳴器產(chǎn)生報警信號；三是宿舍用水加熱部分，檢測按鍵設(shè)定溫度值和溫度傳感器所采集到的溫度值是否在允許誤差范圍內(nèi)，若在誤差范圍內(nèi)，則恒溫，若超過誤差范圍，則通過PWM驅(qū)動加熱，以實現(xiàn)熱水恒溫功能。從機部分流程圖如圖2所示。

4 結(jié)論

本文主要以MSP430G2553為核心器件，輔以傳感器模塊、無線模塊等硬件電路設(shè)計并制作了一種智能宿舍管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要完成三個功能：防火、防盜以及熱水加熱功能。測試結(jié)果表明各模塊實現(xiàn)了相應(yīng)的功能：當系統(tǒng)同時檢測到煙霧和火焰時，LCD12864顯示相應(yīng)的寢室號，蜂鳴器產(chǎn)生報警，從而達到防火的目的；防盜部分：當人體熱釋電檢測到人體時，蜂鳴器產(chǎn)生報警功能；水加熱部分：水溫加熱范圍30-60℃。

參考文獻：

[1] 劉志平，趙國良.基于NRF24L01的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸[J].應(yīng)用科技，2008，35（3）：55-58.

[2] 楊進松，王軍利.一種熱釋電紅外無線報警器設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)， 2012，35（15）： 35-36.

[3] 李濤，王圓妹.基于PWM的模糊PID溫度控制系統(tǒng)研究[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27（10）： 32-34.