搜索
F甲06062010年山东大学生电子设计竞赛宿舍智能防盗防火报警系统(F题)【本科组】参赛学校：青岛理工大学学院：自动化工程学院指导老师：田艳兵，丁新平，朱文杰，林旭梅参赛队员：王佰财贾国强钱生2010年9月20日1宿舍智能防盗防火报警系统摘要：本设计是以凌阳SPCE061A为控制中心，实现对宿舍人员进出情况及人数的统计、贵重物品的检测以及宿舍火灾检测及报警功能。本系统设计并制作了一个主机，多个从机。从机由信号采集单元、信号传输单元、控制单元等组成，完成对宿舍烟雾，人员状况，贵重物品等信息的采集、处理和发送功能；主机接受从机信息，实现异地实时监控功能；该系统成本较低，应用于学生宿舍，能较好地完成宿舍内的安防，在异常情况时立即报警。经过测试，本系统完成了题目的各项要求。关键词：SPCE061A热释电人体红外传感器烟雾传感器nRF905光电开关Abstract:ThedesignbasesonSunplusSPCE061Aasthecontrolcenter,torealizethesituationofstaffquartersinandout,thenumberofstatistics,valuablesdetection,firedetectionandalarmfunction.Thesystemhasdesignedandproducedahostandamultipleofslaveunits.Slaveunitismadeupofthesignalacquisition,signaltransmissionunit,controlunitetc.,completingquarterssmoke,personnelstatus,valuablesandotherinformationcollection,processinganddistributionofdifferentfunctions。Thehostmachinereceivesinformationfromtheslaveunitsforreal-timeremotemonitoring.Thesystemwithlowcostissuitableforstudentdormitory,cancompletethesecurityquartersefficiently,andalarmsimmediatelywhenanabnormalityoccurs.Throughtesting,thesystemhascompletedtherequirementsofthesubject.Keywords:SPCE061APyroelectricinfraredsensorSmokesensornRF905Photoelectricswitch2一、设计任务及要求1.基本要求（1）实现人体检测与声光报警功能。（2）实现烟雾检测与声光报警功能。（3）用键盘输入密码完成报警系统的解警等工作状况。（4）实现异地监控。（5）能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录。（6）宿舍无人时提示锁门。2.发挥部分（1）人体检测范围5米左右。（2）能记录最近几天的宿舍安防情况。（3）实现网络控制，可在监控点监控多个宿舍。（4）能检测本宿舍贵重物品的进出情况。二、方案比较与论证根据题目要求和扩展功能的需要，本系统设计规划成三个主要模块：一个主机模块，两个从机模块(以两个从机模拟多个从机)。主机模块主要由无线接收模块，显示模块，语音模块，键盘模块和电源模块等构成；从机模块主要由无线发射模块，键盘模块，光电模块和电源模块等构成。主机从机nRF905无线收发模块热释电人体红外传感器烟雾传感器光电开关12864液晶显示喇叭喇叭4*4键盘无线探测模块从机nRF905无线收发模块热释电人体红外传感器烟雾传感器光电开关喇叭无线探测模块3图1-1系统总体结构图1.主控单元方案一：采用51系列单片机。采用80C51系列单片机，具有结构简单、使用方便、可靠性高等特点。不带语音功能，其与外围设备的接口电路较为复杂，带负载能力比较弱，处理数据较慢，外部扩展比较复杂且8位单片机运行相对比较缓慢，功耗相对较大。方案二：采用凌阳SPCE061A单片机。具有体积小、驱动能力强、可靠性高、低功耗、可编程处理语音、处理中断能力强等特点。5V低电压供电，功耗较低；16位微处理器芯片能保证任务快速准确的执行；不需任何外围器件就可以完成语音播放功能。经过比较后采用方案二。2.无线信号传输模块方案一：采用24L01；信号传输不是太稳定，可靠性差，传输距离太近。方案二：采用nRF905无线传输模块；编程简单，性能也简单稳定，工作电压为1．9～3．6V，nRF905可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码／解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存于芯片存储器内；nRF905较稳定，传输距离较远，且可穿透墙体。经过比较后采用方案二。3.显示模块方案一：采用LED数码管显示；数码管能显示数字和符号，编程容易，硬件电路调试简单，但不能显示汉字，无法达到题目要求。方案二：采用12864LCD液晶显示；LCD有明显的优点：工作电流小其功耗很低；尺寸小；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便且能够显示四行汉字，更加人性化；液晶显示屏还具有低功耗、影像稳定不闪烁的、画面效果好、抗干扰能力强的的特点。液晶动态显示功能强大，可以实现多种信息的显示，提供了一个友好的用户界面，使系统更加直观，人性化。综合考虑，最后决定采用12864显示。44.人员出入检测模块方案一：使用红外发射接收管；红外发射接收管能发送和接收红外线，但是红外发射管发送的信号发散，发射功率小，很容易受外界干扰，造成接收管接收信号不稳定，检测宿舍人员的进出效果不理想。方案二：使用光电开关，光电开关具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，光电开关发出的信号能传送到很远的距离且抗干扰能力强，能够较好的检测宿舍人员的出入情况。经过比较后采用方案二。5.语音模块方案一：采用蜂鸣器；蜂鸣器具有价格便宜，体积小的优点，但是蜂鸣器音调单一，只能发出一种声音，不能满足题目各种声音提醒的要求。方案二：采用凌阳自带语音功能；凌阳自带语音功能，使用凌阳音频编码SACM_S2000方式(24K位/秒)，能容纳相对较长时间的语音数据。音色好，传播距离远。通过喇叭播放声音，可以实现实时提醒，报警等功能。经过综合比较后采用方案二。6.时间模块方案一：采用凌阳中断计时；利用凌阳的2个时钟源溢出中断或者7个时基中断都可以很简单的对时间进行计时，但是当掉电后，时间计时清零，从头开始计时。方案二：采用DS1302时钟芯片计时；DS1302时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302时钟芯片的最大优点是当单片机掉电后DS1302时钟芯片能继续计数。经过综合比较后采用方案二。7.宿舍人员检测采用热释电人体传感器；当宿舍有人时传感器会输出高电平；当宿舍无人时传感器输出低电平，提醒最后离开的人锁门。5三、电路与程序设计1．主要电路图主机系统示意图见附录一从机系统示意图见附录二；2.程序流程图见附录三；四、测试方案与测试结果1.烟雾信号检测：该方案采用烟雾传感器检测信号，当有烟雾时，传感器内电阻产生变化，输出电压随之变化，经过电压比较器比较，从而判断是否出现火情。经测试，在正常情况下，输出信号为低电平，当有火情出现时，输出信号为高。2.人员出入检测：该方案采用光电开关，由一个接收管和一个发射管组成。接收管与发射管分位于门的两侧，在门口设置两组有一定距离的光电开关，当无人通过时，两组光电开关均检测到低电平；当有人进入时，靠近门外的一组先检测到高电平，靠近门内的一组后检测到高电平；当有人出去时，靠近门内的一组先检测到高电平，靠近门外的一组后检测到高电平；经测试，传感器能很好地检测人员的进与出。3.宿舍人员检测：该方案采用人体热释电传感器，当检测范围内无人时，传感器输出低电平，当人体进入检测范围时传感器会产生高电平，由此可以判断宿舍内是否有人。人体热释电传感器原理图见附录四。4.贵重物品的检测：该方案采用红外发射器来标记贵重物品，在门口设置一个红外接收管（专用于接收贵重物品上的发射器发射的红外信号）。当判断出有人进入并且贵重物品红外接收管检测到信号，表明有贵重物品被带入宿舍；当判断出有人离开并且贵重物品红外接收管检测到信号时，表明有贵重物品袋带出宿舍。经过测试，方案能够检测本宿舍贵重物品的进出情况。5.人数与贵重物品出入情况实验结果表格进入人数离开人数被带入贵重物品数被带出贵重物品数误差人数贵重物品数实验信号检测第一组86430%0%第二组65310%0%第三组84220%0%6第四组55300%0%实际情况第一组86430%0%第二组65310%0%第三组84220%0%第四组55300%0%6.烟雾检测装置实验结果表格实际给烟次数系统报警次数误差660%880%10100%12120%五、设计总结本设计分为主机和从机两大部分，从机实现了对宿舍内各种情况的检测并发送的功能，主机实现了对从机发送来的信号的处理并监控从机的功能。通过测试发现，该系统出色地完成了比赛的基本要求，并且很好地实现了发挥部分的功能，有良好的运行性能并且实用性很高。在设计过程中我们遇到了许多问题，每个问题都被我们逐一解决。通过这几天的设计竞赛，我们学到了很多知识，懂得了如何团体协作，并且知道要解决问题必须联系实际。当然，我们的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高，在此恳请各位老师批评指正。参考文献：[1].胡汉才.单片机原理及其接口技术（第二版）.北京：清华大学出版社，1996年[2].赵晶.电路设计与制版Protel99高级应用.北京：人民邮电出版社，2000年[3].康华光.电子技术基础数字部分(第四版).北京:高等教育出版社,1980年[4].童诗白，华成英.《模拟电子技术基础》[M].北京：高等教育出版社，2006年第四版[5].李晓白秦红磊朱俊杰潘涌泽.凌阳16位单片机C语言开发北京:航7空航天大学出版社,2006年附录：附录一：S1S5S9S13S2S6S10S14S3S7S11S15S4S8S12S16IOB1532IOB1431IOB1330IOB1229IOB1128IOB1027IOB926IOB825IOA01IOA12IOA23IOA34IOA45IOA67IOA56IOA78IOA89IOA910IOA1011IOA1112IOA1213IOA1314IOA1415IOA1516IOB724IOB623IOB522IOB421IOB320IOB219IOB118IOB017SPCE061AVCC1TX_EN2TRX_CE3PWRUP4UCLK5CD6AM7DR8MISO9MOSI10SCK11CSN12GND13GND14nRF905LS1SPEAKERVss1Vcc2VO3Rs(cs)4R/W(SID)5LCDEN6DB07DB18DB29DB310DB512DB411DB613DB714RD15NC16/RESET17VOUT18A19K2012864Q1PNPVCCVCCVCCVCCVCC（图一）主机系统示意图附录二：A1H2A3B4H5B6烟雾传感器1OUT12OUT2VCC32IN-42IN+51IN-61IN+73OUT144OUT13GND124IN+114IN-103IN+93IN-8LM339GNDVCC热释电传感器12红外接收管12红外接收管R210KR110KVCCR310KR410