智能化學(xué)生公寓監(jiān)控系統(tǒng)的研究

高明亮

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136)

在智能化住宅小區(qū)蓬勃發(fā)展的今天，卻忽視了同樣需要智能化管理的一塊巨大市場(chǎng)——大學(xué)校園。當(dāng)代的大學(xué)生大多缺乏獨(dú)立生活的能力和對(duì)生活常識(shí)的了解，所以公寓寢室經(jīng)常發(fā)生諸如能源浪費(fèi)、火災(zāi)和盜竊等事件，給學(xué)校造成了巨大的損失，也給學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的威脅。因此，需要設(shè)計(jì)一個(gè)智能化學(xué)生公寓監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)防盜、防火、節(jié)能以及日常顯示，同時(shí)終端設(shè)備與控制中心實(shí)時(shí)保持通信，可以提高學(xué)生公寓管理的智能化[1-5]。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)由紅外探測(cè)器作為盜警信號(hào)和電源節(jié)能控制信號(hào)的輸入端探測(cè)器，由煙霧傳感器檢測(cè)火災(zāi)發(fā)生情況，最后防盜、防火、節(jié)能等報(bào)警與控制信息通過(guò)遠(yuǎn)程通信傳送給控制中心，同時(shí)控制中心也可控制終端檢測(cè)設(shè)備。

監(jiān)控系統(tǒng)主要分為終端檢測(cè)與控制裝置、控制中心兩大部分。首先學(xué)生公寓有若干個(gè)寢室，每個(gè)寢室中安放一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)、聲光報(bào)警電路、紅外探測(cè)電路、煙霧檢測(cè)電路和溫濕度檢測(cè)電路組成，實(shí)時(shí)采集每個(gè)寢室的數(shù)據(jù)信息，采集后節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)RS-485線連接將數(shù)據(jù)傳送到本樓層的數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)。每個(gè)樓層有一個(gè)數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)，主要是匯集該層每個(gè)寢室的數(shù)據(jù)，各個(gè)樓層中的數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)通過(guò)RS-485線進(jìn)行連接，并接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)，由單片機(jī)、顯示器件、聲光報(bào)警電路和遠(yuǎn)程通信模塊組成。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)匯集節(jié)點(diǎn)的信息后，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的溫度和煙霧數(shù)據(jù)同保存在本地的溫度和煙霧濃度閾值進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)超出設(shè)定的閾值，則終端監(jiān)測(cè)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)同時(shí)都啟動(dòng)聲光報(bào)警，并在顯示器件LCD12864上顯示報(bào)警的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，以及溫度和煙霧濃度值，當(dāng)有能源浪費(fèi)情況或是盜竊情況時(shí)，也同樣啟動(dòng)聲光報(bào)警，此節(jié)點(diǎn)連接RS-485模塊，通過(guò)RS485總線把報(bào)警信息發(fā)送控制中心。當(dāng)出現(xiàn)電表超標(biāo)或是寢室無(wú)人時(shí)的能源浪費(fèi)情況時(shí)，控制中心可以通過(guò)RS485總線控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)而控制用電開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 終端設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備通過(guò)各個(gè)傳感器檢測(cè)信號(hào)，這些信息都傳送給單片機(jī)控制模塊，同時(shí)密碼模塊和按鍵模塊實(shí)現(xiàn)了本設(shè)備很好的人機(jī)信息傳遞，這些信息最后都在LCD上顯示出來(lái)。在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中每層設(shè)置一個(gè)控制中心，每個(gè)公寓有一個(gè)總的控制中心，這些設(shè)備的信息傳遞都要通過(guò)RS485遠(yuǎn)程通信。

2.1 日常顯示模塊

這里主要包括各種信息的采集，最后把采集的信息通過(guò)12864顯示出來(lái)，終端設(shè)備顯示界面如圖2。

圖2 終端顯示界面

通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間功能；溫濕度的測(cè)量是通過(guò)DS18B20傳感器的信息采集與單片機(jī)的計(jì)算得出的，DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、硬件開(kāi)銷低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)[6]；煙霧信息是顯示該寢室是否有有毒氣體和燃燒的煙霧，當(dāng)相應(yīng)指標(biāo)超標(biāo)時(shí)顯示信息為1，同時(shí)終端設(shè)備會(huì)向上位機(jī)發(fā)送信息并在本地進(jìn)行聲光報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了防火的功能，這里的傳感器可以使用MQ-2；防盜與節(jié)能是用來(lái)顯示此時(shí)本地終端設(shè)備的工作模式，相應(yīng)模式啟動(dòng)顯示信息為1。

顯示部分關(guān)鍵代碼如下：

uchar table[]=“時(shí)間：”;

uchar table1[]=“溫度：濕度： ”;

uchar table2[]=“煙霧：”;

uchar table3[]=“溫度：濕度： ”;

void DE()

{int i=0;

write_12864com(0x80);

for(i=0;i<14;i++)

{

write_12864dat(table[i]);

delay_50us(1);

}

write_12864com(0x90);

for(i=0;i<14;i++)

{

write_12864dat(table1[i]);

delay_50us(1);

}

write_12864com(0x88);

for(i=0;i<6;i++)

{

write_12864dat(table2[i]);

delay_50us(1);

}

write_12864com(0x98);

for(i=0;i<8;i++)

{

write_12864dat(table3[i]);

delay_50us(1);

}

/* delay_50ms(6000);

write_12864com(0x98);

for(i=0;i<8;i++)

{

write_12864dat(table4[i]);

delay_50us(1);

}

delay_50ms(6000);*/

}

2.2 防盜與節(jié)能模塊

防盜模塊的啟動(dòng)可以有手動(dòng)與自動(dòng)兩種方式，正常使用時(shí)，多數(shù)通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)與關(guān)閉防盜模式。當(dāng)寢室最后一人離開(kāi)寢室時(shí)，該同學(xué)可以通過(guò)密碼觸發(fā)單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，開(kāi)啟防盜工作模式，以后紅外傳感器在檢測(cè)有人闖入時(shí)，就認(rèn)為小偷闖入，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警并把信息傳送給上位機(jī)，啟動(dòng)防盜模式，同時(shí)本裝置還會(huì)啟動(dòng)節(jié)能模式，通過(guò)繼電器關(guān)斷寢室內(nèi)的電源，達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)寢室回來(lái)人后，該同學(xué)通過(guò)密碼觸發(fā)單片機(jī)控制模塊，單片機(jī)檢測(cè)到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，關(guān)閉防盜工作模式，這時(shí)寢室內(nèi)紅外傳感器檢測(cè)有人進(jìn)入寢室也不啟動(dòng)報(bào)警，同時(shí)本裝置自動(dòng)關(guān)閉節(jié)能模式，繼電器接通寢室內(nèi)電源。

當(dāng)寢室最后一個(gè)同學(xué)離開(kāi)寢室忘記開(kāi)啟防盜模式時(shí)，該裝置可以自動(dòng)啟動(dòng)防盜與節(jié)能模式。工作過(guò)程：紅外傳感器一直在檢測(cè)，若寢室處于無(wú)人狀態(tài)，則紅外傳感器輸出低電平，主程序探測(cè)以后，對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)(30次，表示30 min)。30 min后仍沒(méi)有高電平輸入，則表示寢室一直無(wú)人，程序進(jìn)入防盜與節(jié)能模式。若30 min以內(nèi)有人回來(lái)，程序檢測(cè)到高電平，對(duì)紅外信號(hào)計(jì)數(shù)清零，重新進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)。當(dāng)裝置自動(dòng)轉(zhuǎn)到防盜節(jié)能模式，寢室同學(xué)回來(lái)后還需要用密碼關(guān)閉防盜節(jié)能模式。

2.3 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信

監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信，終端設(shè)備的監(jiān)測(cè)信息可以實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，同時(shí)上位機(jī)可以發(fā)送指令控制終端設(shè)備。檢測(cè)模塊測(cè)得的數(shù)據(jù)可通過(guò)MAX485單元與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。這里采用RS485通信協(xié)議，通信距離長(zhǎng)達(dá)1 500 m，抗干擾能力強(qiáng)[7-10]，其電路如圖3所示。

圖3 MAX485電路

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)高校的智能化公寓安防系統(tǒng)進(jìn)行研究，著眼于開(kāi)發(fā)一套功能和結(jié)構(gòu)合理、包含多種技術(shù)和功能的具有針對(duì)性和高性價(jià)比的新型報(bào)警系統(tǒng)。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了節(jié)能模塊，能較好的解決寢室“長(zhǎng)明燈”的問(wèn)題，是智能安防系統(tǒng)在學(xué)生公寓的一個(gè)創(chuàng)新應(yīng)用。監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐階段已完成，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)以及軟硬件仿真驗(yàn)證，證明系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。其中防火、防盜和節(jié)能模塊的實(shí)現(xiàn)，大大地提高了學(xué)生公寓管理的智能化。

[1] 馬川鑫.高校校園綜合安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2006.

[2] 蘇芷莉，陳赫貝.基于三層結(jié)構(gòu)的安防監(jiān)控系統(tǒng)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,23(3):22-24.

[3] 程大章.住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)施[M].北京：科技出版社，1996.

[4] 方 進(jìn).論述住宅小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)的組成與功能[J].科技與企業(yè)，2015(14):88.

[5] 唐小明.淺析安防監(jiān)控系統(tǒng)在智能小區(qū)中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2015(6):187.

[6] 黃川就.基于TMS320F2812 DSP的高壓電力電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2015(1):54-55,58.

[7] 彭 可,陳 嵐，陳標(biāo)達(dá).基于RS-485協(xié)議的單片機(jī)對(duì)等分布式控制網(wǎng)絡(luò)[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，33(3)：309-312.

[8] 張 倩，周春陽(yáng)，馮北北，等.智能電器通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2016,12(4):353-356.

[9] 劉希高，劉志民，呂一鳴，等.基于磁隔離技術(shù)的RS485隔離中繼器的研制[J].儀表技術(shù)與傳感器，2016(6)：48-51.

[10]劉清平.基于RS-485總線的有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng)，2010(7)：93-95.