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[導讀]摘要:針對目前宿舍防火防盜報警系統(tǒng)現(xiàn)狀以及所存在的主要問題,提出了一種基于RS 485總線的宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用煙霧傳感器,紅外傳感器和熱釋電傳感器作為檢測元件,以Philips公司生產(chǎn)的32位ARM7TDM

摘要:針對目前宿舍防火防盜報警系統(tǒng)現(xiàn)狀以及所存在的主要問題,提出了一種基于RS 485總線的宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用煙霧傳感器,紅外傳感器和熱釋電傳感器作為檢測元件,以Philips公司生產(chǎn)的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器LPC2103作為主機部分的處理器,STC89C52作為從機部分的處理器,利用MAX485收發(fā)器芯片完成了智能報警系統(tǒng)的設(shè)計,實現(xiàn)了低誤報率,增強了系統(tǒng)的可靠性。
關(guān)鍵詞:防火;防盜;傳感器;RS 485總線

0 引言
    現(xiàn)如今在學校的寢室里,學生貴重物品被盜、由于學生過失而引起著火等事故時有發(fā)生,這些都是一直以來困擾著學生、學工以及學校保衛(wèi)處的“大問題”。傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端,比如當事故發(fā)生時,防護鐵門、鐵欄桿就會成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報警系統(tǒng),便能很好地解決此類問題了。但是市場上防火防盜系統(tǒng)價格對大學生來講過高,本系統(tǒng)便是針對大學宿舍,從低成本的角度來設(shè)計制作的。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
    本系統(tǒng)通過一個監(jiān)控室和兩個宿舍來模擬,通過RS 485總線來實現(xiàn)通信??紤]到現(xiàn)實中監(jiān)控室要能監(jiān)控整棟宿舍樓,因此采用功能強大的ARM7芯片LPC2103作為主機控制芯片,從機采用價格低廉的51系列單片機作為控制芯片。宿舍中采用熱釋電傳感器對人體進行檢測,煙霧傳感器實現(xiàn)煙火檢測,紅外傳感器實現(xiàn)對宿舍進出人員數(shù)量的檢測,主機通過RS 485總線對從機實時監(jiān)控,當有異常出現(xiàn)時,宿舍和監(jiān)控室的報警裝置會同時響起,只有本宿舍成員在本宿舍通過輸入從機的密碼才可解除報警狀態(tài)。系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。



2 硬件電路設(shè)計及相關(guān)理論分析
    防火防盜智能報警系統(tǒng)硬件主要由七大部分組成:主機部分處理器電路,從機部分處理器電路,傳感器檢測電路部分,聲光報警電路,RS 485總線接口電路,鍵盤接口電路及顯示電路。
2.1 傳感器檢測及聲光報警電路
    傳感器模塊由熱釋電傳感器、煙霧傳感器MQ211和紅外傳感器組成。
煙霧傳感器的內(nèi)部電阻是隨著煙霧的濃度的變化而變化,因此要將其轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號,在此通過電壓比較器LM339和幾個相應(yīng)的分壓電阻構(gòu)成,具體電路設(shè)計如圖2所示。在通電狀態(tài)下測得傳感器的內(nèi)阻是130 kΩ左右,在煙霧較濃時內(nèi)阻為6 kΩ左右,在無煙時比較器的負端輸入為2.5 V左右,正端為1.2 V左右,有煙霧時負端為2.5 V,正端為3~5 V,此電路能很好地實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器采用RE200B和信號處理元件BISS0001及少量外接元件組成,電路如圖3所示。


    紅外傳感器電路由紅外發(fā)射二極管及1838B組成,用單片機來檢測兩個傳感器低電平的先后順序來判斷人的進出情況。其原理如圖4所示。聲光報警模塊由蜂鳴器、(紅,綠)發(fā)光二極管和NPN型三極管驅(qū)動電路組成,具體電路圖如圖5所示。


2.2 RS 485通信電路
    本模塊采用用于RS 485與RS 422通信的低功耗、限擺率收發(fā)器MAX485。MAX485的驅(qū)動器擺率不受限制,可以實現(xiàn)最高2.5 Mb/s的傳輸速率。

3 軟件程序設(shè)計
    該系統(tǒng)軟件部分主要完成了系統(tǒng)及各個模塊初始化、警情信號檢測(火警/盜情)、系統(tǒng)設(shè)置、RS 485總線協(xié)議及聲光報警的程序設(shè)計。具體的程序流程圖如圖6,圖7所示。



4 通信協(xié)議
    在RS 485總線通信系統(tǒng)中,由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響,數(shù)據(jù)傳播過程中很容易受到干擾或者信號衰減,造成通信失敗,因而需要設(shè)計一種傳輸協(xié)議,保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數(shù)據(jù)連接。本系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集器與監(jiān)控室主機是一個簡單的多點對一點通信。
4.1 波特率設(shè)置及通信方式的選擇
    考慮到RS 485總線自身的特點并兼顧到數(shù)據(jù)通信的速度和穩(wěn)定性,波特率選擇2 400 b/s,這樣可以傳輸更遠的距離。由于通信是多對一的關(guān)系,串口選擇工作方式3。
4.2 數(shù)據(jù)校驗方式的確定
    使用RS 485總線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時,很容易遇上干擾,使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變,從而導致傳輸錯誤??紤]到系統(tǒng)的實際要求,本設(shè)計采用8位的CRC(循環(huán)冗余校驗)校驗方式。
    CRC校驗和的計算是一種循環(huán)計算。從數(shù)學角度看,CRC校驗和是用生成多項式(算法規(guī)則)去除一個多項式(由數(shù)據(jù)塊表示),CRC校驗為相除后所得的余項。CRC校驗是對要傳送的一個數(shù)據(jù)塊附加一些校驗位,這些校驗位(CRC校驗位)由該數(shù)據(jù)塊算出,并隨同數(shù)據(jù)塊一并傳送。在接收端,對收到的數(shù)據(jù)塊重新按規(guī)定的算法計算CRC校驗和,從而可以判別數(shù)據(jù)傳輸過程是否出錯。
4.3 通信數(shù)據(jù)的編碼
    為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏蚀_性,本設(shè)計采用的數(shù)據(jù)幀格式如表1所示。其中,前2個字節(jié)為起始同步信號,地址碼占用1個字節(jié)(0~255),用它來標示不同床位號;待發(fā)數(shù)據(jù)包括:煙霧傳感器信號(1 B)、紅外傳感器信號(1 B)、熱釋電傳感器信號(1 B)和采集時間(7 B);校驗碼為8位的CRC校驗碼。傳輸順序為:煙霧傳感器信號、紅外傳感器信號、熱釋電傳感器信號(高位在前,低位在后)、采集時間(依次為:秒、分、小時、日、月、年);當發(fā)送應(yīng)答命令時,待發(fā)數(shù)據(jù)為2 B的0xCC或者0xBB。


4.4 RS 485的通信協(xié)議
    本系統(tǒng)的RS 485總線通信采用輪詢的方法。主機向RS 485總線上發(fā)送各個從機的地址,對各個從機依次詢問查看從機部分是否有警報。如果某從機有警報,就會通過RS 485總線發(fā)送指令報告給主機,然后主機和該從機通信,從機發(fā)送數(shù)據(jù)包,主機接受并解析該數(shù)據(jù)包,并作出相應(yīng)處理。主機會不斷的查詢各個從機的狀況,做到實時監(jiān)控。

5 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
    本系統(tǒng)經(jīng)測試,傳感器性能穩(wěn)定,熱釋電傳感器檢測距離能達到5~8 m,煙霧傳感器能夠很好地實現(xiàn)防火功能;紅外傳感器很靈敏,可以有效地檢測出人員的進出情況;RS 485總線能夠很好地實現(xiàn)主機與從機之間的通信,做到實時監(jiān)控。各個模塊能夠很好地鏈接在一起,有較高的穩(wěn)定性。經(jīng)過多次調(diào)試,該系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)計要求。整體效果令人滿意。

6 結(jié)語
    本文所述的宿舍智能化防火防盜報警系統(tǒng)為宿舍安防提供了一條可行途徑。該系統(tǒng)利用多傳感器檢測,通過RS 485總線自動實現(xiàn)對外求助,具有智能化、自動化特點,系統(tǒng)具有較為廣闊的應(yīng)用前景,對于日趨提高的安防要求,在系統(tǒng)今后的進一步改進中,可通過在探測器上加微處理器的方法,進行實時監(jiān)測。對于大學生宿舍的安全建設(shè)具有重要意義。

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