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1、宿舍智能防盗防火报警系统 目 录摘要4引言51.系统方案总体设计52.方案论证与比较选择62.1基础部分各组成部分方案选择62.1.1主机控制模块62.1.2主从机通信模块72.1.3从机控制器选择72.1.4显示部分模块选择72.1.5人体检测模块方案82.1.6烟雾检测模块方案82.1.7报警系统设计方案82.1.8电源选择方案92.2.发挥部分各组成部分方案选择92.2.1温湿度传感器选择方案92.2.2漏电检测方案选择102.2.3漏水检测方案选择102.2.4 GSM短消息以及自动电话拨号语音报警系统方案选择103.1基础部分各模块工作原理113.1.1上位机总控制台113.1.2数
2、据传输方案设计113.1.3从机控制器模块113.1.4人体检测原理设计123.1.5烟雾检测模块原理设计123.1.6显示模块133.1.7声光报警系统133.1.8键盘设计133.1.9电源模块133.2发挥部分各模块工作原理143.2.1温湿度测量电路设计143.2.2漏电检测模块原理153.2.3漏水检测原理设计153.2.4 GSM模块工作原理164.软件程序设计175.总结18附件19宿舍智能防盗防火报警系统摘要：针对目前宿舍防火防盗报警系统现状以及所存在的主要问题，提出了一种基于单片机的宿舍智能防火防盗报警系统。该系统由主机控制模块、主从机通信模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、
3、人体检测模块、漏水检测模块、漏电检测模块、声光报警模块、LCD显示模块、GSM通信模块等部分组成。通过在学生宿舍安装的各种传感器，像烟雾传感器、红外热释电传感器等对学生宿舍安全信息进行采集，经单片机处理后，如有警情则通过声光报警系统和GSM通信模块向相关人员报警，并通过有线传输模块将宿舍内的情况送至监控中心，自动提示值班人员前去处理，实现对学生宿舍的安全管理，从而减少各种事故的发生。本系统除了可以实现防火防盗以外，还可以对诸如漏水、漏电等异常事件检测以及对宿舍内的温湿度进行实时检测。 关键字：单片机、智能、防火防盗、传感器、其他异常事件引言现如今在学校的寝室里，学生贵重物品被盗、由于学生过失而
4、引起着火等事故时有发生，这些都是一直以来困扰着学生和学校宿舍安全管理的大问题。传统的防范措施存在很大的弊端，比如当事故发生时，防护铁门、铁栏杆就会成为学生逃生的很大障碍，特别对一些高层的学生公寓，一旦安全措施不到位，极有可能发生各种事故。而采用智能防火防盗报警系统，便能很好地解决此类问题了。但是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，从低成本的角度来设计制作的。1.系统方案总体设计 图1 总体系统设计框图本系统包含监控室和宿舍两部分，工作人员在监控室可以通过有线传输网络对各个宿舍进行监控。各个宿舍的监控系统由单片机、红外热释电传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、水流传感器
5、、电流传感器、声光报警系统及通信模块等组成。正常工作时，单片机顺序的对各传感器进行信息查询，当发现有异常信号时，单片机会对此类异常信号按程序进行处理分析，然后将处理后的信息及时通过相应的声光报警系统报警同时通过通信模块向预先设置好的报警号码发送短信或语音报警。与此同时，系统会通过有线传输网络将警情发送至监控室的上位机并报警以提示监控人员及时处理险情。在发挥部分，我们添加了一些其他异常事件的检测，如漏水、漏电检测。由于有些电线因外力而破损或老化，会出现漏电。与此同时，由于有些电路保护器不能及时在线路出现故障时对线路实施有效的保护，故可能因此而发生火灾，本系统利用漏电检测模块配合烟雾检测模块进一步
6、提高了对宿舍内火灾的防范。由于有些宿舍的水管因年久而出现老化，可能会出现漏水事故，因此我们利用漏水检测模块对水管内的水流进行实时监测，以防发生漏水事故。此外，本系统添加了对宿舍内温湿度进行实时检测的附加功能模块，以显示宿舍内的温湿度变化情况，从而提醒学生及时添加衣物，及时晒被防潮。总体设计系统框图如上图1所示。2.方案论证与比较选择2.1基础部分各组成部分方案选择2.1.1主机控制模块方案一：监控室内的主机采用上位机，上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。由于其直观、清晰、人性化的界面和方便简易的操作，再加上计算机的普及，上位机已广
7、泛应用于工业控制和自动化领域。它的作用是监控现场设备的运行状态，当现场设备出现问题在上位机上就能显示出各设备之间的状态（如正常、报警、故障等）方案二：采用单片机+液晶，单片机又称单片微控制器,是把一个计算机系统集成到一个芯片上。由于体积小、质量轻、价格便宜、功能强大，单片机已广泛应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、家用电器等领域。方案选择：虽然上位机价格稍贵一些，但界面直观、操作方便、处理速度快、功能强大；单片机内存有限，液晶显示不稳定，操作较繁琐。综合考虑，选择方案一。2.1.2主从机通信模块方案一：选用一种工作频率为3 1 5MHz的无线传输模块，它采用声表谐振器稳频，频率稳定度极高。它与
8、台湾普城公司生产的通用编解码芯片PT2262PT2272配套使用，很方便实现无线收发的功能。但是因为是无线传输，因此，稳定性和可靠性较差。方案二：RS485/RS232配合使用，RS232包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS485只能半双工工作，虽然发收不能同时进行，有效传输距离长便于远距离传输。通过对比，我们选择方案二。2.1.3从机控制器选择方案一：采用通用的51单片机，51单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩展较多
9、的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满足本设计要求。方案二，采用ATmega16单片机, ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。AVR是高速嵌入式单片机具有高速、低耗、保密的优点。其内部集成资源丰富具有功能强大的定时/计数器和A/D转换功能及通讯接口。 考虑到项目的实际需求和可操作性，我们选择方案二。2.1.4显示部分模块选择方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大。方案二：12
10、864液晶模块，单屏显示内容多，不仅能显示字母、数字，也能显示汉字；串行输入，仅占用单片机3个IO口，大大节约了IO口资源。经过比较，我们选择方案二。2.1.5人体检测模块方案方案一：采用人体接近传感器，它是一种用于检测人体接近的控制器件, 可准确探知附近人物的靠近，但这种传感器不具有较好的隐蔽性，电路较为复杂且设计和安装成本较高。方案二：采用雷达式微波探测器，雷达式微波探测器的探测范围是一个立体防范空间，范围比较大，灵敏度高，可外加修饰物进行伪装，便于隐蔽安装。微波对非金属具有穿透性，对于宿舍外走廊里行走的人或者马路上行驶的车辆等都可能造成误报警，费用也比较昂贵。方案三：采用热释电红外线传感
11、器，热释电红外线传感器的前方的菲涅尔透镜滤光片能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。在电子防盗、人体探测器领域中，应用广泛，技术性能稳定。热释电容传感器有低功耗,隐蔽性好、价格低廉、抗电磁干扰、本身不发任何类型的辐射等优点。 综合上述三种方案我选择方案三。2.1.6烟雾检测模块方案方案一：采用光敏传感器，该传感器是最常见的传感器之一，可以对许多烟雾浓度进行检测，但是在进行检测时要将烟雾信号转化为光信号才可以，此电路不稳定，不易控制。方案二：采用光电感烟探测器,光电感烟探测器也是点型探测器，它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研
12、制的。如有烟雾可以引发传感器输出电流、电压的变化，经处理电路转变为电平信号输入单片机实现火灾的检测与报警。对木制品、棉织物、纸张等物质阴燃烟雾的传感性能优于离子传感器，比较适合用于宿舍的烟雾检测。方案三：选用MQ-2可燃气体传感器，这种传感器能有效检测多种可燃性气体，灵敏度高，考虑到学生宿舍不太可能会有可燃性气体的实际情况，故此类传感器在宿舍防火方面的用处不大。综合考虑，我们选择方案二。方案二不仅能监测到火灾发生时的情况而且还能有效的控制宿舍内抽烟的频率从而使宿舍内发生火灾的概率更小了。2.1.7报警系统设计方案方案一：系统采用一组声光报警系统，经MCU处理后的各种信号经过或门与报警系统相连，
13、这样可以大大减少成本，但是却不能判断是何事故。方案二：每种异常事件配备一组声光报警系统且每种异常事件对应的报警系统所发出的声音和光都不相同，这样可以清晰地辨别警情。我们选择方案二，因为这种设计方便了人们的生活，避免了人们对警情的误判，从而可以在第一时间对警情进行处理。2.1.8电源选择方案方案一：选用普通的干电池或锂离子充电电池作为电源，价格便宜，但是易对环境造成污染。方案二：选用UPS（Uninterruptible Power System ）不间断充电电源和可调式三端稳压器LM317配合使用，可以直接接入市电，电源输出电压为稳定的220V交流电经过相应的电路变换再通过LM317得到系统需
14、要的电压等级，同时UPS可以自行储能以备不时之需，从而可以为系统提供稳定的电源供应。综上分析，我们选择方案二。2.2.发挥部分各组成部分方案选择2.2.1温湿度传感器选择方案方案一：选用瑞士SENSIRION公司生产的SHT15温湿度传感器芯片。图2 25C时每种型号传感器的相对湿度最大误差图3 每种型号传感器的温度最大误差方案二：选用瑞士SENSIRION公司生产的SHT10温湿度传感器芯片。SHT1x系列传感器具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点高等优点，通过图2和图3的比较，考虑到本系统对相对湿度误差和相对温度误差要求不高，为了降低成本，我们选用SHT10温湿度传感器芯片
15、，即选用方案二。2.2.2漏电检测方案选择方案一：采用传统的电流传感器即剩余电流互感器AKH-0.66L-35来检测漏电流，这种技术成熟，价格便宜，得到了广泛的应用。方案二：选用先进的光电电流传感器来检测漏电流，这类传感器灵敏度高，抗干扰能力强，但是价格较高，适用于对检测要求较高的场合。考虑到学生宿舍的实际情况及题目的低成本的要求，我们采用方案一。2.2.3漏水检测方案选择方案一：选择上海横仪机电设备有限公司生产的FT-110经济型流量传感器低价格，高精度（3），测量从0.1-8GPM的低流量，轻质塑料设计使之可以安装在任何位置。方案二：选用涡轮流量计，它是利用放在流动液体中的物体受到的力来测定流速的。但是由于涡轮的旋转受管路中的流速分布，特别是涡流的影响，因此需要做一定设计方可正常使用。通过比较我们选择方案一。2.2.4 GSM短消息以及自动电话拨号语音报警系统方案选择方案一：采用基于GSM的ZWG-01DP通信模块，该模块是广州致远电子有限公司出品的一款嵌入式
