宿舍智能防盗防火报警系统的设计.docx

摘要：针对现在宿舍防火防盗报警系统现实状况和所存在关键问题，提出了一个基于RS 485总线宿舍智能防火防盗报警系统。系统采取烟雾传感器，红外传感器和热释电传感器作为检测元件，以Philips企业生产32位ARM7TDMI-SCPU微控制器LPC2103作为主机部分处理器，STC89C52作为从机部分处理器，利用MAX485收发器芯片完成了智能报警系统设计，实现了低误报率，增强了系统可靠性。
　　0 引言
　　现现在在学校寝室里，学生珍贵物品被盗、因为学生过失而引发着火等事故时有发生，这些全部是一直以来困扰着学生、学工和学校保卫处“大问题”。传统防范方法存在很大弊端，比如当事故发生时，防护铁门、铁栏杆就会成为主人逃生最大障碍。而采取智能防火防盗报警系统，便能很好地处理这类问题了。不过市场上防火防盗系统价格对大学生来讲过高，本系统便是针对大学宿舍，从低成本角度来设计制作。
　　1 系统组成及工作原理
　　本系统经过一个监控室和两个宿舍来模拟，经过RS 485总线来实现通信。考虑到现实中监控室要能监控整栋宿舍楼，所以采取功效强大ARM7芯片LPC2103作为主机控制芯片，从机采取价格低廉51系列单片机作为控制芯片。宿舍中采取热释电传感器对人体进行检测，烟雾传感器实现烟火检测，红外传感器实现对宿舍进出人员数量检测，主机经过RS 485总线对从机实时监控，当有异常出现时，宿舍和监控室报警装置会同时响起，只有本宿舍组员在本宿舍经过输入从机密码才可解除报警状态。系统具体结构图图1所表示。

　　2 硬件电路设计及相关理论分析
　　防火防盗智能报警系统硬件关键由七大部分组成：主机部分处理器电路，从机部分处理器电路，传感器检测电路部分，声光报警电路，RS 485总线接口电路，键盘接口电路及显示电路。
　　2.1 传感器检测及声光报警电路
　　传感器模块由热释电传感器、烟雾传感器MQ211和红外传感器组成。
　　烟雾传感器内部电阻是伴随烟雾浓度改变而改变，所以要将其转化为改变电压信号，在此经过电压比较器LM339和多个对应分压电阻组成，具体电路设计图2所表示。在通电状态下测得传感器内阻是130 kΩ左右，在烟雾较浓时内阻为6 kΩ左右，在无烟时比较器负端输入为2.5 V左右，正端为1.2 V左右，有烟雾时负端为2.5 V，正端为3～5 V，此电路能很好地实现电平转换。热释电红外传感器采取RE200B和信号处理元件BISS0001及少许外接元件组成，电路图3所表示。

　　红外传感器电路由红外发射二极管及1838B组成，用单片机来检测两个传感器低电平前后次序来判定人进出情况。其原理图4所表示。声光报警模块由蜂鸣器、（红，绿）发光二极管和NPN型三极管驱动电路组成，具体电路图图5所表示。

　　2.2 RS 485通信电路
　　本模块采取用于RS 485和RS 422通信低功耗、限摆率收发器MAX485。MAX485驱动器摆率不受限制，能够实现最高2.5 Mb／s传输速率。
　　3 软件程序设计
　　该系统软件部分关键完成了系统及各个模块初始化、警情信号检测（火警／盗情）、系统设置、RS 485总线协议及声光报警程序设计。具体程序步骤图图6，图7所表示。

　　4 通信协议
　　在RS 485总线通信系统中，因为供电、空间噪声和传输路径等原因影响，数据传输过程中很轻易受到干扰或信号衰减，造成通信失败，所以需要设计一个传输协议，确保在这种不可靠物理链路上建立起可靠数据连接。本系统中，数据采集器和监控室主机是一个简单多点对一点通信。
　　4.1 波特率设置及通信方法选择
　　考虑到RS 485总线本身特点并兼顾到数据通信速度和稳定性，波特率选择2 400 b／s，这么能够传输更远距离。因为通信是多对一关系，串口选择工作方法3。
　　4.2 数据校验方法确实定
　　使用RS 485总线通信技术传输数据时，很轻易遇上干扰，使传输数据发生改变，从而造成传输错误。考虑到系统实际要求，本设计采取8位CRC（循环冗余校验）校验方法。
　　CRC校验和计算是一个循环计算。从数学角度看，CRC校验和是用生成多项式（算法规则）去除一个多项式（由数据块表示），CRC校验为相除后所得余项。CRC校验是对要传送一个数据块附加部分校验位，这些校验位（CRC校验位）由该数据块算出，并随同数据块一并传送。在接收端，对收到数据块重新按要求算法计算CRC校验和，从而能够判别数据传输过程是否犯错。
　4.3 通信数据编码
　　为确保数据传输可靠性和正确性，本设计采取数据帧格式如表1所表示。其中，前2个字节为起始同时信号，地址码占用1个字节（0～255），用它来标示不一样床位号；待发数据包含：烟雾传感器信号（1 B）、红外传感器信号（1 B）、热释电传感器信号（1 B）和采集时间（7 B）；校验码为8位CRC校验码。传输次序为：烟雾传感器信号、红外传感器信号、热释电传感器信号（高位在前，低位在后）、采集时间（依次为：秒、分、小时、日、月、年）；当发送应答命令时，待发数据为2 B0xCC或0xBB。

　　4.4 RS 485通信协议
　　本系统RS 485总线通信采取轮询方法。主机向RS 485总线上发送各个从机地址，对各个从机依次问询查看从机部分是否有警报。假如某从机有警报，就会经过RS 485总线发送指令汇报给主机，然后主机和该从机通信，从机发送数据包，主机接收并解析该数据包，并作出对应处理。主机会不停查询各个从机情况，做到实时监控。
　　5 系统测试和结果分析
　　本系统经测试，传感器性能稳定，热释电传感器检测距离能达成5～8 m，烟雾传感器能够很好地实现防火功效；红外传感器很灵敏，能够有效地检测出人员进出情况；RS 485总线能够很好地实现主机和从机之间通信，做到实时监控。各个模块能够很好地链接在一起，有较高稳定性。经过数次调试，该系统实现了设计要求。整体效果令人满意。
　　6 结语
　　本文所述宿舍智能化防火防盗报警系统为宿舍安防提供了一条可行路径。该系统利用多传感器检测，经过RS 485总线自动实现对外求援，含有智能化、自动化特点，系统含有较为宽广应用前景，对于日趋提升安防要求，在系统以后深入改善中，可经过在探测器上加微处理器方法，进行实时监测。对于大学生宿舍安全建设含相关键意义。