摘要：文中提出了一種宿舍智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)以AT89S52為控制核心，輔以各種傳感器，對(duì)學(xué)生宿舍的安全信息進(jìn)行采集，如有警情通過無(wú)線通信模塊傳送至監(jiān)控中心，自動(dòng)提示值班人員前去處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生宿舍的安全管理。
　　
　　引言
　　
　　近年來，隨著各高校規(guī)模的擴(kuò)大，在校生的數(shù)目飛速增長(zhǎng)，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(shí)不強(qiáng)，盜竊、火災(zāi)等危害學(xué)生財(cái)產(chǎn)和生命安全事件的發(fā)生概率也在增長(zhǎng)，給各高校的平安校園建設(shè)帶來一定困難。為此，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和無(wú)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(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以對(duì)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(jìn)行監(jiān)控，如有警情可迅速告知宿舍管理人員前去處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生宿舍的安全監(jiān)控，縮短了對(duì)宿舍中突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)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(jì)
　　
　　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(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)和監(jiān)控中心系統(tǒng)組成，監(jiān)控點(diǎn)通過各種傳感器采集宿舍安全信息，并通過無(wú)線通信模塊傳送到監(jiān)控中心的上位機(jī)。如有危害宿舍安全的信息，上位機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路提醒值班員前去處理。
　　
　　監(jiān)測(cè)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)處以AT89S52為控制核心，紅外傳感器檢測(cè)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(cè)宿舍內(nèi)部的人數(shù)，當(dāng)宿舍無(wú)人時(shí)，提示鎖門；電流互感模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍用電情況的檢測(cè)，一旦用電超出安全標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)斷電；緊急報(bào)*于宿舍發(fā)生緊急情況時(shí)，做緊急呼救使用；監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)可通過鍵盤電路和LCD屏實(shí)現(xiàn)宿舍狀態(tài)信息查詢和布防、撤防操作；聲光報(bào)警電路在宿舍出現(xiàn)警情時(shí)被用作提示信息。　　
　　2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　
　　2．1監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)的硬件電路可由單片機(jī)zui小系統(tǒng)、各種傳感器及其信號(hào)處理電路、鍵盤及顯示電路、聲光報(bào)警電路、無(wú)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(cè)點(diǎn)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(shí)，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，zui終通過7805穩(wěn)壓模塊獲得5V的電壓。市電斷電時(shí)，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(cè)是利用了紅外傳感器對(duì)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(dāng)調(diào)節(jié)其測(cè)量距離和感應(yīng)角度，保證頂部的傳感器監(jiān)測(cè)范圍能夠覆蓋整個(gè)宿舍。一旦人的活動(dòng)進(jìn)入其測(cè)量范圍，紅外傳感器接收到紅外信號(hào)，就會(huì)自動(dòng)將輸出端信號(hào)的電平變高，AT89S52可以通過檢測(cè)紅外傳感器電平的變化來識(shí)別宿舍內(nèi)是否有人員入侵，如有，上報(bào)監(jiān)控中心的通知，啟動(dòng)宿舍內(nèi)部的聲光報(bào)警器。
　　
　　煙霧傳感器是用來探測(cè)室內(nèi)氣體中的煙霧的，在系統(tǒng)中，用于火災(zāi)報(bào)警。火災(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(cè)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(cè)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?hào)輸入單片機(jī)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)的檢測(cè)與報(bào)警。
　　
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍內(nèi)人員的統(tǒng)計(jì)，在門框的內(nèi)外兩側(cè)安裝了兩個(gè)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(jìn)門；反之，則定義為出門，進(jìn)門次數(shù)與出門次數(shù)之差即為宿舍內(nèi)的實(shí)際人數(shù)。當(dāng)人數(shù)值為零時(shí)，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(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)提供給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍用電量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。文中采用LEM公司的LTS25-NP，可將宿舍的用電線路中的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?-5V的電壓，LTS25-NP電流互感模塊輸出的電壓信號(hào)不能直接輸入單片機(jī)，需經(jīng)ADC0832轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能輸入，當(dāng)單片機(jī)的監(jiān)測(cè)值超過設(shè)定的安全值時(shí)，先向相關(guān)宿舍發(fā)送告警提示信息，如無(wú)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(wú)法及時(shí)處理，可以通過緊急報(bào)警模塊實(shí)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(shí)現(xiàn)查詢信息、密碼輸入與驗(yàn)證、宿舍安全的設(shè)防與撤防。為了節(jié)省資源，LCD顯示采用1602液晶顯示器。
　　
　　無(wú)線通信模塊采用Nordic公司的無(wú)線數(shù)字傳輸芯片nRF2401。nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2．4GHzISM頻段，支持多點(diǎn)間通信，zui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(jìn)行配置，芯片能耗非常低，以-5dB的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10．5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)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*對(duì)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(jī)模式、關(guān)機(jī)模式。其模式的選擇由nRF2401的PWRUP、CE和CS三個(gè)引腳控制。三個(gè)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(hào)連接圖如圖3所示。AT89S52通過改變PWRUP、CE和CS三個(gè)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(gè)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(dāng)nRF2401沒有接收到數(shù)據(jù)時(shí)，DR1引腳輸出低電平，收到數(shù)據(jù)時(shí)跳變?yōu)楦唠娖剑钡絾纹瑱C(jī)將其接收緩存中的數(shù)據(jù)讀走后，才會(huì)恢復(fù)為低電平。此引腳信號(hào)可以作為通知單片機(jī)取數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)。　　
　　2．2監(jiān)控中心電路設(shè)計(jì)
　　
　　監(jiān)控中心主要由上位機(jī)（PC機(jī)）、單片機(jī)、無(wú)線通信模塊和聲光報(bào)警電路組成。其電路連接圖如圖4所示。由圖可見，無(wú)線通信模塊nRF2401由單片機(jī)AT89S52控制，通過串行口與上位機(jī)的串口連接。由于AT89S52采用的TTL／CMOS電平，而PC機(jī)串口采用的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的EIA電平，兩者不兼容，因此在AT89S52與上位機(jī)串口間需加MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，才能正常通信。　　
　　3、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　
　　系統(tǒng)中，上位機(jī)中通過VB語(yǔ)言編寫程序，負(fù)責(zé)與通信處理模塊中的AT89S52單片機(jī)通信，采集各個(gè)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(dòng)報(bào)警電路提示值班員前去查詢維護(hù)。各種警情的采集與識(shí)別，交由監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)完成。其中，宿舍用電量的監(jiān)測(cè)與控制也交與監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)完成。這里，主要介紹一下無(wú)線通信模塊的軟件設(shè)計(jì)。
　　
　　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(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知單片機(jī)數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢；接收數(shù)據(jù)時(shí)，先監(jiān)測(cè)地址，地址不正確不接收數(shù)據(jù)，并自動(dòng)將接收到數(shù)據(jù)的字頭和CRC校驗(yàn)碼去掉。監(jiān)測(cè)點(diǎn)子系統(tǒng)中，有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，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(cè)點(diǎn)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(jiǎn)單，可靠性高，由于采用nRF2401傳輸數(shù)據(jù)，將多個(gè)分散的宿舍信息集中到監(jiān)控中心統(tǒng)一處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生宿舍監(jiān)控的無(wú)線組網(wǎng)，免除了有線組網(wǎng)重新布線的問題，使整個(gè)系統(tǒng)安裝方便，便于維護(hù)。宿舍智能防火防盜系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)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。