宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)

摘要：文中提出了一種宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)中，監(jiān)測點子系統(tǒng)以AT89S52為控制核心，輔以各種傳感器，對學(xué)生宿舍的安全信息進行采集，如有警情通過無線通信模塊傳送至監(jiān)控中心，自動提示值班人員前去處理，實現(xiàn)了對學(xué)生宿舍的安全管理。
關(guān)鍵詞：學(xué)生宿舍；報警系統(tǒng)；無線通信模塊

0 引言
    近年來，隨著各高校規(guī)模的擴大，在校生的數(shù)目飛速增長，學(xué)生宿舍的不安定因素也越來越多。由于同學(xué)們安全意識不強，盜竊、火災(zāi)等危害學(xué)生財產(chǎn)和生命安全事件的發(fā)生概率也在增長，給各高校的平安校園建設(shè)帶來一定困難。為此，在計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)和無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，文中提出了宿舍智能防火防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)可以對學(xué)生宿舍內(nèi)部中的盜竊、火災(zāi)和違章用電等不安全因素進行監(jiān)控，如有警情可迅速告知宿舍管理人員前去處理，實現(xiàn)了對學(xué)生宿舍的安全監(jiān)控，縮短了對宿舍中突發(fā)事件的反應(yīng)時間，給高校學(xué)生的平安求學(xué)帶來了保障。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    由圖1可見，系統(tǒng)由監(jiān)測點子系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)組成，監(jiān)控點通過各種傳感器采集宿舍安全信息，并通過無線通信模塊傳送到監(jiān)控中心的上位機。如有危害宿舍安全的信息，上位機會驅(qū)動聲光報警電路提醒值班員前去處理。
    監(jiān)測點的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。監(jiān)測點處以AT89S52為控制核心，紅外傳感器檢測宿舍內(nèi)異常人員的入侵信息，即盜警；煙霧傳感器采集煙霧信息，即火警；光電開關(guān)可以檢測宿舍內(nèi)部的人數(shù)，當宿舍無人時，提示鎖門；電流互感模塊實現(xiàn)對宿舍用電情況的檢測，一旦用電超出安全標準自動斷電；緊急報警用于宿舍發(fā)生緊急情況時，做緊急呼救使用；監(jiān)測點子系統(tǒng)可通過鍵盤電路和LCD屏實現(xiàn)宿舍狀態(tài)信息查詢和布防、撤防操作；聲光報警電路在宿舍出現(xiàn)警情時被用作提示信息。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2．1 監(jiān)測點子系統(tǒng)硬件設(shè)計
    監(jiān)測點子系統(tǒng)的硬件電路可由單片機最小系統(tǒng)、各種傳感器及其信號處理電路、鍵盤及顯示電路、聲光報警電路、無線通信模塊電路及電源電路等組成。
    為了防止斷電情況，影響系統(tǒng)工作，監(jiān)測點子系統(tǒng)的電源除采用交流供電外，還添加了蓄電池供電的方式。市電供電時，將220V的交流電經(jīng)過220V～9V的變壓，再將輸出的電壓經(jīng)過直流整流與濾波處理，最終通過7805穩(wěn)壓模塊獲得5V的電壓。市電斷電時，由蓄電池供電，可直接將9V的蓄電池經(jīng)7805穩(wěn)壓便可得到5V的電壓。
    人體的檢測是利用了紅外傳感器對于人體所發(fā)射的紅外線具有感應(yīng)的特性。文中在宿舍的頂部、門內(nèi)分別裝有一紅外傳感器。適當調(diào)節(jié)其測量距離和感應(yīng)角度，保證頂部的傳感器監(jiān)測范圍能夠覆蓋整個宿舍。一旦人的活動進入其測量范圍，紅外傳感器接收到紅外信號，就會自動將輸出端信號的電平變高，AT89S52可以通過檢測紅外傳感器電平的變化來識別宿舍內(nèi)是否有人員入侵，如有，上報監(jiān)控中心的通知，啟動宿舍內(nèi)部的聲光報警器。
    煙霧傳感器是用來探測室內(nèi)氣體中的煙霧的，在系統(tǒng)中，用于火災(zāi)報警?；馂?zāi)的起火過程一般情況下伴有煙、熱、光三種燃燒產(chǎn)物。在火災(zāi)初期，由于溫度較低，物質(zhì)多處于陰燃階段，所以產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，感煙式火災(zāi)探測器就是利用這種特征而開發(fā)的，能夠?qū)梢姷幕虿豢梢姷臒熿F粒子響應(yīng)的火災(zāi)探測器。文中將煙霧傳感器置于宿舍頂部，如有煙霧可以引發(fā)傳感器輸出電流、電壓的變化，經(jīng)處理電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡娖叫盘栞斎雴纹瑱C實現(xiàn)火災(zāi)的檢測與報警。
    為了實現(xiàn)對宿舍內(nèi)人員的統(tǒng)計，在門框的內(nèi)外兩側(cè)安裝了兩個光電開關(guān)，外側(cè)的為光電開關(guān)1，內(nèi)側(cè)的為光電開關(guān)2。若先經(jīng)過光電開關(guān)1再經(jīng)過光電開關(guān)2，則定義為進門；反之，則定義為出門，進門次數(shù)與出門次數(shù)之差即為宿舍內(nèi)的實際人數(shù)。當人數(shù)值為零時，蜂鳴器提示鎖門。
    電流互感模塊，可將宿舍用電線路中的電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號提供給單片機，實現(xiàn)對宿舍用電量的實時監(jiān)測。文中采用LEM公司的LTS  25-NP，可將宿舍的用電線路中的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)?-5V的電壓，LTS25-NP電流互感模塊輸出的電壓信號不能直接輸入單片機，需經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入，當單片機的監(jiān)測值超過設(shè)定的安全值時，先向相關(guān)宿舍發(fā)送告警提示信息，如無應(yīng)答，直接切斷該宿舍電源。
    如果宿舍內(nèi)發(fā)生緊急事件，宿舍人員無法及時處理，可以通過緊急報警模塊實現(xiàn)向友鄰宿舍或者監(jiān)控中心呼叫求助，安全方便。
    鍵盤電路采用4×4鍵盤，可以實現(xiàn)查詢信息、密碼輸入與驗證、宿舍安全的設(shè)防與撤防。為了節(jié)省資源，LCD顯示采用1 602液晶顯示器。
    無線通信模塊采用Nordic公司的無線數(shù)字傳輸芯片nRF2401。nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2．4GHz ISM頻段，支持多點間通信，最高傳輸速率超過1Mbps。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置，芯片能耗非常低，以-5dB的功率發(fā)射時，工作電流只有10．5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計更方便，Duo Ceiver TM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻的數(shù)據(jù)，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路，nRF2401沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。
    nRF2401有四種工作模式，即收發(fā)模式、配置模式、待機模式、關(guān)機模式。其模式的選擇由nRF2401的PWR UP、CE和CS三個引腳控制。三個引腳與工作模式之間的關(guān)系如表1所示。

    主控芯片AT89S52與nRF2401的信號連接圖如圖3所示。AT89S52通過改變PWR UP、CE和CS三個引腳的狀態(tài)選擇合適的工作方式，通過CLK1和DATA發(fā)送或者讀取數(shù)據(jù)，DR1引腳是一個狀態(tài)引腳，它的狀態(tài)表示nRF2401是否已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。當nRF2401沒有接收到數(shù)據(jù)時，DR1引腳輸出低電平，收到數(shù)據(jù)時跳變?yōu)楦唠娖?，直到單片機將其接收緩存中的數(shù)據(jù)讀走后，才會恢復(fù)為低電平。此引腳信號可以作為通知單片機取數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。

2．2 監(jiān)控中心電路設(shè)計
    監(jiān)控中心主要由上位機(PC機)、單片機、無線通信模塊和聲光報警電路組成。其電路連接圖如圖4所示。由圖可見，無線通信模塊nRF2401由單片機AT89S52控制，通過串行口與上位機的串口連接。由于AT89S52采用的TTL／CMOS電平，而PC機串口采用的是RS-232C標準的EIA電平，兩者不兼容，因此在AT89S52與上位機串口間需加MAX232實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，才能正常通信。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    系統(tǒng)中，上位機中通過VB語言編寫程序，負責與通信處理模塊中的AT89S52單片機通信，采集各個宿舍的安全狀態(tài)信息，如出現(xiàn)危害宿舍人員安全的信息出現(xiàn)，立即驅(qū)動報警電路提示值班員前去查詢維護。各種警情的采集與識別，交由監(jiān)測點子系統(tǒng)完成。其中，宿舍用電量的監(jiān)測與控制也交與監(jiān)測點子系統(tǒng)完成。這里，主要介紹一下無線通信模塊的軟件設(shè)計。
    nRF2401具有四種工作模式，其收發(fā)模式中有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種，由配置字選擇。系統(tǒng)中，選擇ShockBurstTM收發(fā)模式，在這種模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗碼，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后數(shù)據(jù)準備好引腳通知單片機數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢；接收數(shù)據(jù)時，先監(jiān)測地址，地址不正確不接收數(shù)據(jù)，并自動將接收到數(shù)據(jù)的字頭和CRC校驗碼去掉。監(jiān)測點子系統(tǒng)中，有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時，將nRF2401置為發(fā)送狀態(tài)，監(jiān)控中心的nRF2401接收數(shù)據(jù)前置為接收模式。監(jiān)測點子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖如圖5所示，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)接收程序流程如圖6所示。

4 總結(jié)
    本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，由于采用nRF2401傳輸數(shù)據(jù)，將多個分散的宿舍信息集中到監(jiān)控中心統(tǒng)一處理，實現(xiàn)了對學(xué)生宿舍監(jiān)控的無線組網(wǎng)，免除了有線組網(wǎng)重新布線的問題，使整個系統(tǒng)安裝方便，便于維護。宿舍智能防火防盜系統(tǒng)的實現(xiàn)，加強了學(xué)生宿舍生活的安全性，給廣大在校學(xué)生平安接受教育提供了保障。