實(shí)訓(xùn)室遠(yuǎn)程智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐又又，韋政

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校，深圳518049）

實(shí)訓(xùn)室遠(yuǎn)程智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐又又，韋政

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校，深圳518049）

針對(duì)職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)室安全管理方式存在的不足，設(shè)計(jì)一種室內(nèi)安防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成：報(bào)警主控端和數(shù)據(jù)采集終端。系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合兩種無(wú)線技術(shù)：采集終端與主控端的通信采用2.4GHz無(wú)線通信，而主控端與遠(yuǎn)程用戶的通信采用無(wú)線移動(dòng)技術(shù)，GSM通信。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集門、窗、電的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，立即運(yùn)行短信報(bào)警程序，將報(bào)警短信發(fā)送到實(shí)訓(xùn)室管理員手機(jī)，通知管理員室內(nèi)異常情況，從而實(shí)現(xiàn)真正的智能安防。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)期的安防效果，具有一定實(shí)用意義。

0 引言

實(shí)訓(xùn)室作為職業(yè)院校的核心和培養(yǎng)高技能人才的搖籃，每年承擔(dān)著大量的實(shí)訓(xùn)任務(wù)。對(duì)于這些重要的學(xué)習(xí)場(chǎng)所，高標(biāo)準(zhǔn)的安防措施[1]是不容忽視的。因此學(xué)校的實(shí)訓(xùn)室都安排有專門的工作人員對(duì)其進(jìn)行管理。實(shí)訓(xùn)室管理員每天都要進(jìn)行巡視，檢查實(shí)訓(xùn)室的門、窗、電是否關(guān)閉。有的實(shí)訓(xùn)室晚上也對(duì)學(xué)生開放，經(jīng)常有學(xué)生甚至老師在用完實(shí)訓(xùn)室后忘記關(guān)窗或電閘，甚至忘了關(guān)門，而實(shí)訓(xùn)室管理員無(wú)法及時(shí)地監(jiān)控到這些安全隱患，從而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此設(shè)計(jì)了一種智能報(bào)警系統(tǒng)[2]，其中數(shù)據(jù)采集終端利用傳感器采集各種信息，如門磁傳感器采集門或窗的開閉信息，若門或窗在實(shí)訓(xùn)室沒(méi)有人使用的時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有關(guān)閉，數(shù)據(jù)采集終端會(huì)將該信息通過(guò)無(wú)線傳輸方式[3]傳送至報(bào)警主控端，主控端將立即啟動(dòng)報(bào)警程序，將報(bào)警短信[3]發(fā)送到實(shí)訓(xùn)室管理員的手機(jī)上，以便管理員進(jìn)行及時(shí)地處理，防范于未然。系統(tǒng)還具有供管理員輸入手機(jī)號(hào)碼、查詢報(bào)警記錄、顯示報(bào)警信息、顯示室內(nèi)溫濕度、顯示當(dāng)前時(shí)間等多種功能，有很高的實(shí)用性。

1 實(shí)訓(xùn)室遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

該系統(tǒng)由兩部分組成，一是基于ARM處理器（STM32F103）的報(bào)警主控端；一是基于MCU（STM8S103）的數(shù)據(jù)采集終端，根據(jù)采集數(shù)據(jù)的不同，又分為窗開關(guān)信息采集端、門開關(guān)信息采集端和電閘開關(guān)信息采集端。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合了兩種無(wú)線通信技術(shù)：數(shù)據(jù)采集終端與報(bào)警主控端的通信采用了NRF24L01無(wú)線通信模塊，而主控端與遠(yuǎn)程用戶的通信采用了無(wú)線移動(dòng)技術(shù)，GSM通信[4]。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)框圖

（2）系統(tǒng)報(bào)警主控端結(jié)構(gòu)框圖

報(bào)警主控端主要負(fù)責(zé)接收?qǐng)?bào)警信息，對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行處理，控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信到預(yù)先設(shè)置的綁定手機(jī)上。同時(shí)能供實(shí)訓(xùn)室管理員通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)防周期設(shè)置、報(bào)警電話設(shè)置、查詢報(bào)警記錄，并控制顯示器顯示報(bào)警信息。此外還具有檢測(cè)室內(nèi)溫濕度、顯示當(dāng)前時(shí)間等多種功能。因此報(bào)警主控端結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

圖2 報(bào)警主控端結(jié)構(gòu)框圖

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)據(jù)采集終端主要負(fù)責(zé)采集門、窗、電閘有沒(méi)有關(guān)閉等信息，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)RF無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到報(bào)警主控端。因此，數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

圖3 數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)框圖

1.2 系統(tǒng)的功能

智能安防報(bào)警系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)室的安全問(wèn)題，當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)異常時(shí)，需要采取必要的措施并及時(shí)通知用戶，因此本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能數(shù)據(jù)采集終端部分在實(shí)訓(xùn)室無(wú)人使用的時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測(cè)室內(nèi)情況，如門窗有沒(méi)有關(guān)閉、電閘有沒(méi)有關(guān)閉等，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到報(bào)警主控端。

（2）短信報(bào)警功能當(dāng)檢測(cè)到門或窗沒(méi)有關(guān)閉、電閘沒(méi)有關(guān)閉，同時(shí)又處于設(shè)防周期內(nèi)時(shí)，報(bào)警主控端控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信到預(yù)先設(shè)置的綁定手機(jī)上，提醒其室內(nèi)的異常情況。此時(shí)管理員可以根據(jù)手機(jī)上報(bào)警的具體情況，從而做出相應(yīng)處理。

（3）設(shè)備學(xué)習(xí)功能在初次安裝報(bào)警系統(tǒng)的房間內(nèi)，實(shí)訓(xùn)室管理員可以通過(guò)主控端的人機(jī)交互模塊先進(jìn)行設(shè)備學(xué)習(xí)，以便報(bào)警主控端辨認(rèn)不同的數(shù)據(jù)采集端。

（4）參數(shù)設(shè)置功能實(shí)訓(xùn)室管理員能通過(guò)主控端的人機(jī)交互模塊設(shè)置報(bào)警電話、設(shè)防周期和當(dāng)前時(shí)間等參數(shù)。

（5）記錄查詢功能能記錄報(bào)警信息（報(bào)警端的名稱、狀態(tài)和時(shí)間），可供管理員查詢。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU選型

微控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，因此其選型尤為重要。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端和報(bào)警主控端兩個(gè)部分組成，由于功能不同，所以選用了不同的MCU。

（1）ARM報(bào)警主控端芯片選擇

報(bào)警主控端選用意法半導(dǎo)體公司的STM 32F103RB芯片作為控制核心，選擇理由如下：ARM 32位的Cortex-M3CPU[5]，性能強(qiáng)大，便于功能擴(kuò)展；128K字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器和20K字節(jié)SRAM；2個(gè)SPI接口，便于與NRF24L01無(wú)線通信模塊通信；2個(gè)IIC接口，便于與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片AT24C32和時(shí)鐘芯片DS1307通信；同等價(jià)位的MCU芯片中，其資源最豐富。

（2）數(shù)據(jù)采集終端芯片選擇

數(shù)據(jù)采集終端選用意法半導(dǎo)體公司的STM8S103芯片作為控制核心，選擇理由如下：每一塊芯片都有一個(gè)全球唯一的ID號(hào)，可以為每一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端提供一個(gè)唯一的地址，便于報(bào)警主控端辨認(rèn)報(bào)警地址，區(qū)分不同的采集終端；SPI接口，便于與NRF24L01無(wú)線通信模塊連接；主流典型的微控制器；體積小、價(jià)格低。

2.2 報(bào)警主控端硬件設(shè)計(jì)

（1）GSM模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用SIM900A模塊進(jìn)行GSM通信，如圖4所示。SIM900A模塊與主控ARM采用全雙工的異步串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電路連接圖如圖5所示，只需要RX和TX兩根通信線的連接，另外模塊需提供兩個(gè)電源，一個(gè)是3.3V的I/O接口電源，一個(gè)是5V的無(wú)線通信工作電源。

（2）NRF24L01無(wú)線收發(fā)模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用NRF24L01無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警主控端與數(shù)據(jù)采集終端之間的無(wú)線通信，其實(shí)物圖如圖6所示。該模塊有多個(gè)控制信號(hào)引腳，CE腳為芯片的使能引腳，IRQ為中斷標(biāo)志位，VDD為電源輸入端，輸入3.3V電壓，還有SPI總線的四個(gè)引腳，CSN、SCK、MOSI和MISO。與報(bào)警主控的電路連接圖如圖7所示。

報(bào)警主控端的NRF24L01無(wú)線模塊工作于接收狀態(tài)。它的工作原理為：首先NRF24L01設(shè)置為接收模式，當(dāng)接收到無(wú)線數(shù)據(jù)時(shí)，NRF24L01置位IRQ標(biāo)志位，通知MCU取數(shù)據(jù)。MCU會(huì)通過(guò)SPI接口讀取NRF24L01接收到的32位的數(shù)據(jù)。

圖4 SIM900A實(shí)物圖

圖5 GSM模塊與報(bào)警主機(jī)主控的異步串口的連接圖

圖6 NRF24L01模塊實(shí)物圖

圖7 NRF24L01模塊與報(bào)警主控的連接原理圖

（3）液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用QC12864B漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，如圖8所示。為了減少電路連接線，模塊與主控ARM通過(guò)LCM_CS、LCM_SID以及LCM_SCLK三個(gè)引腳完成串行數(shù)據(jù)通信。

圖8 液晶顯示模塊實(shí)物圖

由于主控ARM的I/O電平是3.3V，而液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電壓是5V，因此電路采用開漏的連接方式：即當(dāng)需要傳輸?shù)碗娖叫盘?hào)時(shí)，采用強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的互補(bǔ)推挽輸出低電平，當(dāng)需要傳輸高電平信號(hào)時(shí)，采用設(shè)置為輸入狀態(tài)，即外部的上拉電阻將引腳信號(hào)拉到5V，這樣就完成了不同電壓之間的數(shù)據(jù)匹配，如圖9所示。

圖9 液晶顯示模塊與報(bào)警主控的連接原理圖

（4）溫濕度采集模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度信息，如圖10所示。DHT11是單線制通信的數(shù)字式傳感器,因此將其DATA數(shù)據(jù)線直接與ARM的PB4連接,進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的采集，如圖11所示。

圖10 溫濕度傳感器DHT11

圖11 溫濕度傳感器與報(bào)警主控的連接原理圖

（5）時(shí)鐘模塊與存儲(chǔ)模塊電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用一款集時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)電路于一體的模塊實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能和存儲(chǔ)功能，如圖12所示。模塊時(shí)鐘芯片采用超低功耗的DS1307芯片，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片采用AT24C32芯片。兩者均通過(guò)IIC接口與主控ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電路連接圖如圖13所示。

（6）矩陣鍵盤電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中涉及輸入的主要是數(shù)字0-9、功能菜單“設(shè)置”以及“返回”按鍵、用于菜單翻頁(yè)的“up”和“down”按鍵，以及用于光標(biāo)移位的“l(fā)eft”和“right”按鍵，一共十六個(gè)按鍵，因此選擇4×4的矩陣鍵盤設(shè)計(jì)。由于芯片內(nèi)部集成了上拉電阻，因此鍵盤驅(qū)動(dòng)電路中不需要外接上拉電阻。

圖12 時(shí)鐘與存儲(chǔ)模塊實(shí)物圖

圖13 時(shí)鐘DS1307及AT24C32與報(bào)警主控的連接原理圖

2.3 數(shù)據(jù)采集終端硬件設(shè)計(jì)

（1）門磁傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

門磁傳感器采用磁控開關(guān)（干簧管）是一種利用磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)控制的線路開關(guān)器件，通過(guò)門的開合改變磁場(chǎng)狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的改變。系統(tǒng)中使用的門磁是常閉的。硬件電路如圖14所示。

圖14 門磁傳感器與采集終端的連接原理圖

（2）電閘傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

圖15 電閘傳感器與采集終端的連接原理圖

電閘傳感器模塊電路如圖15所示。220v交流電壓先經(jīng)過(guò)100K的電阻限流降壓后，由整流橋堆MB6M進(jìn)行整流，再由穩(wěn)壓二極管將輸出的電壓穩(wěn)定在5V左右，驅(qū)動(dòng)線性光耦EL817工作，光耦輸出端為低電平。光耦輸出端接至單片機(jī)的I/O引腳。通過(guò)對(duì)此I/O引腳進(jìn)行檢測(cè)來(lái)識(shí)別當(dāng)前的220V信號(hào)是否有效，即電閘的開關(guān)狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 報(bào)警信息處理設(shè)計(jì)流程

對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)而言，報(bào)警信息的可靠、準(zhǔn)確地傳送至關(guān)重要。從數(shù)據(jù)采集終端產(chǎn)生報(bào)警信息數(shù)據(jù)包，到主控端接收到信息后辨認(rèn)信息來(lái)源，然后根據(jù)情況將信息插入報(bào)警隊(duì)列，最后形成短信報(bào)警信息，系統(tǒng)進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)流程圖如圖16所示。本文對(duì)其中幾個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖16 報(bào)警信息處理設(shè)計(jì)流程圖

（1）報(bào)警信息數(shù)據(jù)包

報(bào)警信息數(shù)據(jù)由采集端狀態(tài)和采集端的地址兩部分組成，如表1所示。

表1 報(bào)警信息數(shù)據(jù)包格式定義

采集端狀態(tài)用一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)表示。0x00表示采集端（門、窗或電閘）被打開的瞬間狀態(tài)；0x01表示采集端（門、窗或電閘）保持開著的狀態(tài)；0x02表示門、窗或電閘被關(guān)閉的瞬間狀態(tài)；0x03表示門、窗或電閘一直關(guān)閉的狀態(tài)。采集端的地址是由其MCU芯片的ID號(hào)決定的。每一片STM8S103芯片都有一個(gè)全球唯一的ID號(hào)，是一個(gè)12byte的數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)從芯片存儲(chǔ)器0x4867地址處讀出。這種用芯片ID號(hào)來(lái)區(qū)分不同采集端的方法，使得系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集端的數(shù)量不再受NRF24L01無(wú)線通道數(shù)目（只有6個(gè)）的限制。目前市場(chǎng)上，很多無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)中，由于所使用的無(wú)線通道數(shù)目有限，報(bào)警容量無(wú)法擴(kuò)展。而系統(tǒng)利用STM8S103芯片的ID號(hào)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，擴(kuò)展了系統(tǒng)的使用范圍。

（2）報(bào)警信息有效性判別

報(bào)警主控端接收到無(wú)線報(bào)警信息后，要進(jìn)行三個(gè)方面的有效性判斷：時(shí)間有效性判斷、地址有效性判斷和采集端狀態(tài)有效性判斷。報(bào)警信息只有通過(guò)這三個(gè)有效性判斷才能，進(jìn)入報(bào)警隊(duì)列，如圖17所示。首先判斷報(bào)警時(shí)間是否有效，即當(dāng)前時(shí)間是否處于設(shè)防周期之內(nèi)。為了避免在實(shí)訓(xùn)室正常使用時(shí)發(fā)生誤報(bào)警，系統(tǒng)提供了設(shè)防周期設(shè)置的功能，即管理員可以通過(guò)人機(jī)界面設(shè)置每天的報(bào)警時(shí)間段。如果主控端接收到報(bào)警信息的時(shí)間不在報(bào)警時(shí)間段內(nèi)，該報(bào)警信息將被忽略。然后進(jìn)行地址有效性判斷，即主控端從報(bào)警信息數(shù)據(jù)包中提取出采集端的地址，并將該地址與已有設(shè)備的地址一一進(jìn)行比對(duì)，若不與任一設(shè)備的地址相同，則該報(bào)警信息將被忽略，這樣就避免了不同實(shí)訓(xùn)室的報(bào)警信息互相干擾。最后進(jìn)行狀態(tài)有效性判斷，即只有報(bào)警信息數(shù)據(jù)包中采集端的狀態(tài)為0x01，也就是采集端（門、窗或電閘）是開著的狀態(tài)時(shí)，該報(bào)警信息才有效。

圖17 報(bào)警信息有效性判斷

（3）建立報(bào)警隊(duì)列實(shí)現(xiàn)緩沖

雖說(shuō)實(shí)訓(xùn)室報(bào)警系統(tǒng)中，短時(shí)間出現(xiàn)大量報(bào)警信息的幾率很小，但為了防止漏發(fā)情況的出現(xiàn)，系統(tǒng)還是建立了報(bào)警隊(duì)列，進(jìn)行信息有次序的處理，如圖18所示。系統(tǒng)中報(bào)警信息只有通過(guò)了如前所述的三個(gè)有效性判斷，才有資格加入報(bào)警隊(duì)列。信息插入報(bào)警隊(duì)列之前，系統(tǒng)會(huì)搜索隊(duì)列，判斷是否已有相同地址發(fā)出的報(bào)警信息在隊(duì)列中，若已存在，則判斷兩次報(bào)警信息的時(shí)間間隔是否小于2分鐘，若是則忽略當(dāng)前的報(bào)警信息。這種處理是考慮到門或窗因自然原因出現(xiàn)反復(fù)開閉的情況而導(dǎo)致重復(fù)報(bào)警。因此報(bào)警隊(duì)列中的報(bào)警信息除了包含地址信息、狀態(tài)信息外，還加了時(shí)間信息。

3.2 報(bào)警主控端GSM通信軟件設(shè)計(jì)

（1）GSM模塊短消息相關(guān)的AT指令

主控ARM是通過(guò)串口向GSM模塊發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送的。程序中采用的與短信相關(guān)的AT指令有：

AT+CMGC短信息發(fā)送命令

AT+CMGF確定短信息收發(fā)格式：0-PDU；1．文本

AT+CMGS短信息的發(fā)送

AT+CSCA短信息中心地址

AT+CSMP置短信息文本模式參數(shù)

圖18 報(bào)警隊(duì)列緩沖技術(shù)示意圖

（2）GSM短信報(bào)警子程序流程圖

當(dāng)無(wú)線門磁或者電閘信號(hào)處于異常狀態(tài)下，ARM主控會(huì)啟動(dòng)GSM模塊，向用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。首先由ARM發(fā)送AT命令對(duì)SIM900初始化，使其處于等待發(fā)送短信的狀態(tài)。系統(tǒng)開啟后就監(jiān)聽傳感器數(shù)據(jù)信息，若發(fā)現(xiàn)異常的門磁或者電閘信號(hào)，比如布防狀態(tài)下的門磁打開的信號(hào)，電閘開啟的信號(hào)等則通過(guò)串口發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警命令給GSM通信模塊，GSM模塊解析命令，并向用戶手機(jī)發(fā)送已經(jīng)預(yù)設(shè)好的報(bào)警信息，流程如圖19所示。

圖19 報(bào)警主控端的SIM900A控制子程序流程圖

3.3 報(bào)警主控端人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)

報(bào)警主控端需要進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置、布防時(shí)間及周期設(shè)置、報(bào)警電話設(shè)置、門磁/電閘的設(shè)備地址的學(xué)習(xí)以及報(bào)警信息查詢等功能，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)友好的人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。如圖20所示，系統(tǒng)待機(jī)默認(rèn)是顯示當(dāng)前時(shí)間日期和室內(nèi)溫濕度，通過(guò)不同的功能按鍵可以進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置或者報(bào)警信息查詢界面。進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面后，可以根據(jù)菜單的選擇進(jìn)入設(shè)備參數(shù)學(xué)習(xí)、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置、設(shè)防周期設(shè)置以及報(bào)警電話設(shè)置等4個(gè)子菜單。用戶可以在不同的子菜單里進(jìn)行各類的參數(shù)的設(shè)置。進(jìn)入報(bào)警信息查詢界面，可以查詢最近的20條報(bào)警記錄。報(bào)警主控端人機(jī)交互界面子程序流程圖如圖21所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.測(cè)試環(huán)境

將一套報(bào)警系統(tǒng)，包括1個(gè)報(bào)警主控端、2個(gè)門窗采集端和1個(gè)電閘采集端安裝在一間實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，如圖22所示。在開始測(cè)試之前，要先進(jìn)行設(shè)備學(xué)習(xí)，以便主控端分辨不同的采集端。例如讓安裝在門上的采集端發(fā)送報(bào)警信息，這時(shí)在主控端的人機(jī)界面的設(shè)備學(xué)習(xí)菜單中將會(huì)顯示采集端的地址，通過(guò)按鍵選擇名稱，如實(shí)訓(xùn)門A，再按確定鍵，就為這個(gè)采集端確定了它的名稱。用同樣的方法為其他的采集端進(jìn)行設(shè)備學(xué)習(xí)。

圖20 系統(tǒng)待機(jī)界面

4.2 測(cè)試結(jié)果

設(shè)備學(xué)習(xí)完后，就可以開始測(cè)試。先在人機(jī)界面上設(shè)置設(shè)防周期和報(bào)警電話。然后將安裝了采集端的門和窗打開，同時(shí)電閘上電，報(bào)警主控端會(huì)發(fā)出3條不同的報(bào)警信息，手機(jī)也會(huì)收到3條報(bào)警短信，如圖23所示。

圖21 報(bào)警主控端的人機(jī)交互界面子程序流程圖

圖22 系統(tǒng)安裝示意圖

圖23 系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

4.3 降低功耗的方法

經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)功耗較大，報(bào)警主控端由3.7V、1100mAh的鋰電池供電，只能用不到1天的時(shí)間，采集端由3.7V、1100mAh的鋰電池供電，只能用不到3天的時(shí)間。因此通過(guò)以下辦法降低功耗。

采集端：

（1）設(shè)置為定時(shí)喚醒模式，即sleep 2秒之后，才進(jìn)行一次門窗/電閘傳感器狀態(tài)檢測(cè)，這樣使STM8S芯片電流從2mA降低到了500uA；

（2）NRF24L01模塊只有在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，才進(jìn)入發(fā)送模式，其他時(shí)間處于Sleep模式，這樣其電流可以從17mA降低到50uA。

主控端：

（1）設(shè)置為無(wú)操作（如沒(méi)有按鍵輸入、RF接收等）10秒之后就進(jìn)入Sleep模式，同時(shí)開啟外部按鍵I/O中斷、RF中斷請(qǐng)求中斷、定時(shí)器中斷，使主控端只有中斷才能被喚醒，這樣可以讓其工作電流從13mA降低到5mA;

（2）設(shè)置為只有在設(shè)防周期內(nèi)才能允許RF接收數(shù)據(jù)，其他時(shí)間段內(nèi)處于Sleep模式，這樣RF模塊電流從19mA降低到50uA；

（3）將沒(méi)有使用到的I/O設(shè)置成輸出，STM32芯片電流降低500uA；

（4）由于DS1307電池采用的是不可充電電池，將充電限流電阻100歐姆直接取消，DS1307模塊電流降低(5V-3.0V)/0.1k=20mA;

（5）LCD模塊接口中設(shè)置為開漏的I/O（STM32芯片3.3VIO驅(qū)動(dòng)LCD模組的5VIO），在沒(méi)有通信時(shí)，將其從輸出低電平改成懸浮輸入，單個(gè)I/O降低5V/5.1k=1mA電流；

（6）GSM模塊，在發(fā)送報(bào)警短信時(shí)才開啟，其他時(shí)間處于低功耗模式,GSM模塊電流從20mA降低到6mA。

通過(guò)以上降功耗的方法，報(bào)警主控端在1100mAh的鋰電池供電下，可以工作約2天；

采集主控端在1100mAh的鋰電池供電下，可以工作約20天左右。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)室安防措施存在的不足，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的實(shí)訓(xùn)室遠(yuǎn)程智能報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有體積小、成本低、穩(wěn)定性好以及低功耗等特點(diǎn)，完全能滿足實(shí)訓(xùn)室安防智能報(bào)警的要求，具有一定的參考價(jià)值和實(shí)用性，可應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)室、教室、辦公室、住宅等任何室內(nèi)的安防報(bào)警。系統(tǒng)還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：一是改變采集終端與主控端的通信方式，例如用ZigBee通信，增加通信距離，可以實(shí)現(xiàn)一層樓多個(gè)實(shí)訓(xùn)室只需一個(gè)報(bào)警主控端；二是優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低功耗；三是實(shí)現(xiàn)用手機(jī)代替主控端的人機(jī)交互功能，降低主控端的成本。

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Design and Implementation of Training Room Remote Intelligent Alarm System

XU You-you，WEI Zheng

（Shenzhen Second Senior Technical School，Shenzhen 518049）

Aiming at the disadvantages in security management of training room,designs an indoor security alarm system.The system is composed of two core modules:the main control alarm center and the data acquisition terminal.The system combines two wireless technologies:the com?munication of terminals and control center adopts NRF24L01 module,the communication of control center and remote user adopts wireless mobile technology.Real-time detects the switch state of door,window and electric brake,the system can automatically send SMS alarm pro?cedures to tell the manager the abnormal state when the indoor environment is abnormal.At the end,the system can achieve real intelligent security.

1007-1423（2017）27-0051-09

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.27.012

實(shí)訓(xùn)室安防；ARM；傳感器；NRF24L01無(wú)線通信；GSM通信

徐又又（1977-），女，廣東深圳人，講師，碩士研究生，從事領(lǐng)域?yàn)榍度胧较到y(tǒng)方向研究

韋政（1970-），男，廣東深圳人，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，高級(jí)技師，從事領(lǐng)域?yàn)殡姎庾詣?dòng)化方向研究

2017-06-30

2017-08-30

Security of Training Room;ARM;Sensor;Wireless Communication;GSM Network