山東省電子設計大賽宿舍智能防火防盜系統(tǒng)

1、F 甲 06062010年大學生電子設計競賽宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)(F 題)【本科組】參賽學校 ：理工大學學院：自動化工程學院指導老師 ：田艷兵，丁新平，朱文杰，林旭梅參賽隊員 ：王佰財賈國強錢生2010年 9月 20日宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)摘要： 本設計是以凌陽SPCE061A為控制中心，實現(xiàn)對宿舍人員進出情況及人數(shù)的統(tǒng)計、貴重物品的檢測以及宿舍火災檢測及報警功能。本系統(tǒng)設計并制作了一個主機，多個從機。從機由信號采集單元、信號傳輸單元、控制單元等組成，完成對宿舍煙霧，人員狀況，貴重物品等信息的采集、處理和發(fā)送功能；主機接受從機信息，實現(xiàn)異地實時監(jiān)控功能；該系統(tǒng)成本較低，應用于學生宿舍，能

2、較好地完成宿舍的安防， 在異常情況時立即報警。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)完成了題目的各項要求。關鍵詞： SPCE061A熱釋電人體紅外傳感器煙霧傳感器nRF905光電開關Abstract: The design bases on Sunplus SPCE061A as the control center,to realize the situation of staff quarters in and out , the number ofstatistics,valuablesdetection, firedetectionand alarm function.Thesystemhasdesigne

3、dand producedahostandamultipleofslaveunits.Slaveunitismade upofthesignalacquisition,signaltransmissionunit,controlunitetc.,completingquarterssmoke,personnelstatus,valuablesandotherinformationcollection,processing and distribution of different functions。The host machinereceivesinformationfromtheslave

4、unitsforreal-timeremotemonitoring.The system with low cost is suitableforstudentdormitory,can complete the security quarters efficiently, and alarms immediatelywhen an abnormality occurs. Through testing, the system has completedthe requirements of the subject.Key words:SPCE061APyroelectricinfrareds

5、ensorSmoke sensornRF905 Photoelectric switch一、 設計任務及要求1. 基本要求（1）實現(xiàn)人體檢測與聲光報警功能。（2）實現(xiàn)煙霧檢測與聲光報警功能。（3）用鍵盤輸入密碼完成報警系統(tǒng)的解警等工作狀況。（4）實現(xiàn)異地監(jiān)控。（5）能反映宿舍人員的進出情況及人數(shù)的記錄。（6）宿舍無人時提示鎖門。2. 發(fā)揮部分（1）人體檢測圍 5米左右。（2）能記錄最近幾天的宿舍安防情況。（3）實現(xiàn)網(wǎng)絡控制，可在監(jiān)控點監(jiān)控多個宿舍。（4）能檢測本宿舍貴重物品的進出情況。二、方案比較與論證根據(jù)題目要求和擴展功能的需要，本系統(tǒng)設計規(guī)劃成三個主要模塊：一個主機模塊，兩個從機模塊 (

6、以兩個從機模擬多個從機) 。主機模塊主要由無線接收模塊，顯示模塊，語音模塊，鍵盤模塊和電源模塊等構成；從機模塊主要由無線發(fā)射模塊，鍵盤模塊，光電模塊和電源模塊等構成。熱釋電人喇叭體紅外傳感器nRF905 無線煙霧傳感器12864 液晶收發(fā)模塊從機顯示光電開關無線探測模主塊機喇叭煙霧傳感器nRF905 無線收發(fā)模塊從機光電開關無線探測模塊熱釋電人體紅外傳感喇叭器4*4 鍵盤圖 1-1 系統(tǒng)總體結構圖1. 主控單元方案一：采用 51 系列單片機。采用80C51系列單片機，具有結構簡單、使用方便、可靠性高等特點。不帶語音功能，其與外圍設備的接口電路較為復雜，帶負載能力比較弱， 處理數(shù)據(jù)較慢， 外部擴

7、展比較復雜且8 位單片機運行相對比較緩慢，功耗相對較大。方案二：采用凌陽SPCE061A單片機。具有體積小、驅動能力強、可靠性高、低功耗、可編程處理語音、處理中斷能力強等特點。5V 低電壓供電，功耗較低；16 位微處理器芯片能保證任務快速準確的執(zhí)行；不需任何外圍器件就可以完成語音播放功能。經(jīng)過比較后采用方案二。2. 無線信號傳輸模塊方案一：采用 24L01；信號傳輸不是太穩(wěn)定，可靠性差，傳輸距離太近。方案二：采用 nRF905無線傳輸模塊；編程簡單，性能也簡單穩(wěn)定，工作電壓為 1936 V ，nRF905可以自動完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗 ) 的工作，可由片硬件自動完成曼徹斯特編碼解

8、碼，使用 SPI 接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905 傳輸數(shù)據(jù)時為非實時方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲器；nRF905較穩(wěn)定，傳輸距離較遠，且可穿透墻體。經(jīng)過比較后采用方案二。3. 顯示模塊方案一：采用 LED數(shù)碼管顯示；數(shù)碼管能顯示數(shù)字和符號，編程容易，硬件電路調試簡單，但不能顯示漢字，無法達到題目要求。方案二：采用 12864LCD液晶顯示； LCD有明顯的優(yōu)點：工作電流小其功耗很低；尺寸??；字跡清晰、美觀、使人舒服；壽命長，使用方便且能夠顯示四行漢字，更加人性化；液晶顯示屏還具有低功耗、 影像穩(wěn)定不閃爍的、 畫面效果好、抗干擾能力強的的特點

9、。 液晶動態(tài)顯示功能強大，可以實現(xiàn)多種信息的顯示， 提供了一個友好的用戶界面，使系統(tǒng)更加直觀，人性化。綜合考慮，最后決定采用 12864 顯示。4. 人員出入檢測模塊方案一：使用紅外發(fā)射接收管；紅外發(fā)射接收管能發(fā)送和接收紅外線，但是紅外發(fā)射管發(fā)送的信號發(fā)散，發(fā)射功率小， 很容易受外界干擾， 造成接收管接收信號不穩(wěn)定，檢測宿舍人員的進出效果不理想。方案二：使用光電開關，光電開關具有良好的回差特性， 因而即使被檢測物在小圍晃動也不會影響驅動器的輸出狀態(tài)， 從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。 同時，光電開關發(fā)出的信號能傳送到很遠的距離且抗干擾能力強， 能夠較好的檢測宿舍人員的出入情況。經(jīng)過比較后采用方案二

10、。5. 語音模塊方案一：采用蜂鳴器；蜂鳴器具有價格便宜，體積小的優(yōu)點，但是蜂鳴器音調單一，只能發(fā)出一種聲音，不能滿足題目各種聲音提醒的要求。方案二：采用凌陽自帶語音功能；凌陽自帶語音功能，使用凌陽音頻編碼SACM_S2000方式 (24K位/ 秒) ，能容納相對較長時間的語音數(shù)據(jù)。音色好，傳播距離遠。通過喇叭播放聲音，可以實現(xiàn)實時提醒，報警等功能。經(jīng)過綜合比較后采用方案二。6. 時間模塊方案一：采用凌陽中斷計時； 利用凌陽的 2 個時鐘源溢出中斷或者7 個時基中斷都可以很簡單的對時間進行計時，但是當?shù)綦姾?，時間計時清零，從頭開始計時。方案二：采用 DS1302時鐘芯片計時； DS1302時鐘芯

11、片含有一個實時時鐘 / 日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，通過簡單的串行接口與單片機進行通信。實時時鐘 / 日歷電路提供秒分時日日期月年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調整。DS1302 工作時功耗很低，保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302時鐘芯片的最大優(yōu)點是當單片機掉電后DS1302時鐘芯片能繼續(xù)計數(shù)。經(jīng)過綜合比較后采用方案二。7. 宿舍人員檢測采用熱釋電人體傳感器；當宿舍有人時傳感器會輸出高電平；當宿舍無人時傳感器輸出低電平，提醒最后離開的人鎖門。三、電路與程序設計1主要電路圖主機系統(tǒng)示意圖見附錄一從機系統(tǒng)示意圖見附錄二；2.程序流程圖見附錄三；四、測試方案與測試結果1. 煙

12、霧信號檢測： 該方案采用煙霧傳感器檢測信號， 當有煙霧時， 傳感器電阻產(chǎn)生變化，輸出電壓隨之變化， 經(jīng)過電壓比較器比較， 從而判斷是否出現(xiàn)火情。經(jīng)測試，在正常情況下，輸出信號為低電平，當有火情出現(xiàn)時，輸出信號為高。2. 人員出入檢測： 該方案采用光電開關 ，由一個接收管和一個發(fā)射管組成。接收管與發(fā)射管分位于門的兩側， 在門口設置兩組有一定距離的光電開關， 當無人通過時， 兩組光電開關均檢測到低電平；當有人進入時，靠近門外的一組先檢測到高電平， 靠近門的一組后檢測到高電平；當有人出去時， 靠近門的一組先檢測到高電平，靠近門外的一組后檢測到高電平；經(jīng)測試， 傳感器能很好地檢測人員的進與出。3. 宿

13、舍人員檢測： 該方案采用人體熱釋電傳感器， 當檢測圍無人時， 傳感器輸出低電平， 當人體進入檢測圍時傳感器會產(chǎn)生高電平， 由此可以判斷宿舍是否有人。人體熱釋電傳感器原理圖見附錄四。4. 貴重物品的檢測： 該方案采用紅外發(fā)射器來標記貴重物品， 在門口設置一個紅外接收管（專用于接收貴重物品上的發(fā)射器發(fā)射的紅外信號）。 當判斷出有人進入并且貴重物品紅外接收管檢測到信號， 表明有貴重物品被帶入宿舍； 當判斷出有人離開并且貴重物品紅外接收管檢測到信號時， 表明有貴重物品袋帶出宿舍。經(jīng)過測試，方案能夠檢測本宿舍貴重物品的進出情況。5. 人數(shù)與貴重物品出入情況實驗結果表格進 入 人離 開 人被 帶 入被 帶

14、 出誤差貴 重 物貴 重 物貴重物數(shù)數(shù)人數(shù)品數(shù)品數(shù)品數(shù)實驗第一組86430%0%第二組65310%0%信號第三組84220%0%檢測第四組55300%0%第一組86430%0%實際情第二組65310%0%況第三組84220%0%第四組55300%0%6. 煙霧檢測裝置實驗結果表格實際給煙次數(shù)系統(tǒng)報警次數(shù)誤差660%880%10100%12120%五、設計總結本設計分為主機和從機兩大部分， 從機實現(xiàn)了對宿舍各種情況的檢測并發(fā)送的功能，主機實現(xiàn)了對從機發(fā)送來的信號的處理并監(jiān)控從機的功能。通過測試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)出色地完成了比賽的基本要求，并且很好地實現(xiàn)了發(fā)揮部分的功能，有良好的運行性能并且實用性很高。

15、在設計過程中我們遇到了許多問題，每個問題都被我們逐一解決。通過這幾天的設計競賽，我們學到了很多知識，懂得了如何團體協(xié)作，并且知道要解決問題必須聯(lián)系實際。當然，我們的設計還存在著一些缺陷，有待于在將來設計中進一步提高，在此懇請各位老師批評指正。參考文獻：1. 胡漢才 . 單片機原理及其接口技術（第二版） . ：清華大學出版社， 1996 年2.晶. 電路設計與制版Protel 99高級應用 . ：人民郵電， 2000 年3. 康華光 . 電子技術基礎數(shù)字部分 ( 第四版 ).: 高等教育 ,1980 年4. 童詩白，華成英 . 模擬電子技術基礎 M. ：高等教育， 2006 年第四版5. 曉白

16、紅磊 朱俊杰 涌澤 . 凌陽 16位單片機 C語言開發(fā) : 航空航天大學 ,2006 年附錄：附錄一：S1S2S3S4S5S6S7S8567890122222233389012345BB111111VCCOOBBBBBBS9S10S11S122IIOOOOOO1VCCTX_EN24IIIIIIIOA01IOB73TRX_CEPWR UP423IOA12IOB6S13S14S15S165UCLKCD622IOA23IOB57AMDR821 IOB4IOA349MISOnRF 9051020SPCE061A5MOSIIOB3IOA411SCKCSN1219IOA56IOB2Vss113GNDGND

17、1418IOA672IOB1VccVCC178VO33210IOA745IOB0498Rs(cs)1111115AAAAAAAAVCC LS1R/W(SID)6OOOOOOOOLCDENIIIIIIII76543210DB09DB1811111119SPEAKERDB210Q14DB3611PNP8DB42121DB5DB61314DB715RD16NC17/RESETVCCVOUT1819VCCA20K（圖一）主機系統(tǒng)示意圖附錄二：VCC1VCCTX_EN23TRX_CEPWR UP45UCLKCD67AM nRF 905 DR8910MISOMOSI11SCKCSN1213GNDGND14

18、VCCR310K5678901222222333LS?89012345BB111111OOBBBBBBIIOOOOOO24IOB7IIIIII1IOA023IOB6IOA1222IOB5IOA2321IOB4IOA3420IOB3SPCE061A IOA4519IOB2IOA5618IOB1IOA671785IOB0432109IOA71111118AAAAAAAAOOOOOOOOIIIIIIII65432109元件 _41111111VCCR410KVCCVCCLS2SPEAKERQ2PNPVCC123AHA煙霧傳感器BHBR245610KR110K11OUT3OUT1422OUT4OUT133VCCGND1242IN-LM339 4IN+1152IN+4IN-1061IN-3IN+971IN+3IN-811VCC器管管感收收傳接接電外外GND釋紅紅熱22( 圖二 ) 從機系統(tǒng)示意圖附錄三：系統(tǒng)