山东省电子设计大赛宿舍智能防火防盗系统.docx
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山东省电子设计大赛宿舍智能防火防盗系统
F甲0606
2010年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:
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
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:
SPCE061APyroelectricinfraredsensorSmokesensornRF905Photoelectricswitch
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。
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;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。
4.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围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。
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,靠近门的一组后检测到高电平;当有人出去时,靠近门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,当检测围无人时,传感器输出低电平,当人体进入检测围时传感器会产生高电平,由此可以判断宿舍是否有人。
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
8
6
4
3
0%
0%
第二组
6
5
3
1
0%
0%
第三组
8
4
2
2
0%
0%
第四组
5
5
3
0
0%
0%
实际情况
第一组
8
6
4
3
0%
0%
第二组
6
5
3
1
0%
0%
第三组
8
4
2
2
0%
0%
第四组
5
5
3
0
0%
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
6
6
0%
8
8
0%
10
10
0%
12
12
0%
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:
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清华大学出版
社,1996年
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[3].康华光.电子技术基础数字部分(第四版).:
高等教育,1980年
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高等教育,2006年第四版
[5].晓白红磊朱俊杰涌泽.凌阳16位单片机C语言开发:
航空航天大学,2006年
附录:
附录一:
(图一)主机系统示意图
附录二:
(图二)从机系统示意图
附录三:
(图三)程序流程图
附录四:
(图四)人体热释电传感器原理图
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