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1、编号：编号：F 甲甲 2001宿舍智能防盗防火报警系统（宿舍智能防盗防火报警系统（F 题）题）学校：鲁东大学学校：鲁东大学专业：电气工程及其自动化专业：电气工程及其自动化参赛学生：参赛学生：张召张召 向恒向恒 李刚李刚指导教师：指导教师：张平张平联系电话：联系电话：135835098722010 年年 9 月月 20 日日1宿舍智能防盗防火报警系统（宿舍智能防盗防火报警系统（F 题）题）摘要：摘要：本体统是利用 STC89C52 作为主控制器，设计出的一套具有人体检测、烟雾检测、声光报警、液晶显示、异地监控、语音播放等多功能的宿舍智能防盗防火报警系统。系统集成了上位机、人机交互界面、STC89
2、C52 单片机、NRF905 无线发射接收模块、人体红外热释电传感器、MQ-2 烟雾传感器、CH451 矩阵键盘、12864 液晶模块、智能防丢器、凌阳语音播放模块、DS1302 时钟模块等硬件电路。整个系统结构清晰、成本低廉，经测试，能够完成题目基本要求和发挥部分的各项内容且运行可靠。关键词：关键词：STC89C52，异地监控，人体检测，烟雾检测Abstract：This system, who used STC89C52 as main controller ,designed a dormitory intellectualized burglarproof and fireproof
3、alarm system, with man detection, smog detection, alarming, liquid crystal displaying, supervising and controlling in another place ,speech playing and so on. This system integrated many hardware electric circuits, such as the position machine,STC89C52 processors,NRF905 wireless modules, infrared se
4、nsors,MQ-2 smog sensors, keyboard with CH451,12864 liquid crystal modules, speech playing modules of Lingyang,DS1302 clock modules and so on. The whole system with clear structure and low cost has been tested to complete all the design of this topic requested by the various indicators and reliable o
5、peration.Keywords:Keywords: STC89C52, supervise and control among different places, human detection, smog detection21.1. 系统方案设计与论证系统方案设计与论证1.11.1 方案设计与论证方案设计与论证 1.1.11.1.1 异地监控模块异地监控模块方案一：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，上位机已广泛应用于工业控制和自动 化领域。方案
6、二：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。 1 1. .1 1. .2 2 主主从从机机通通信信模模块块 方案一：RS232接口简单，操作容易，但传输距离较短。 方案二：RS485 RS485 接口传输速度快，采用平衡驱动器和差分接收器的组合， 抗噪声 干扰性好。虽然传输距离有限， 最大为 12
7、19 米。 方案三：NRF905 无线发射接收模块 利用电磁波作为媒介进行通信，传输距离远，功耗低，且体积小、质量轻，具 有高抗干扰能力和低误码率。 方案选择：RS485 虽然传输距离有限，但对于本系统已足够；NRF905 无线模块 摆脱了线路的限制，通信方便。综合考虑，我们根据不同的场合采用方案二和方案 三两套方案。 1.1.31.1.3 从机控制器选择从机控制器选择 方案一：采用可编程逻辑器件 CPLD，可以实现各种复杂的逻辑功能，速度快，控制功能强大、结构灵活，集成度高，易扩展各种功能，但价格较高，适合作为大 规模控制系统的控制核心。 方案二：采用 STC 公司的 STC89C52 单片
8、机，功耗低，价格便宜，IO 口可扩展， 处理速度快，性能高，且编程方便。 从适用度和价格两方面考虑，选择方案二。 1.1.41.1.4 电源模块的选择电源模块的选择 方案一：采用 4 节 5 号电池，这样供电简单；但由于本系统涉及模块较多， 容易导致功率不足，电压不稳，严重时可能导致单片机系统掉电，缺点比较明显。3方案二：采用开关电源供电，开关电源功耗小、效率高、体积小、重量轻、工 作稳定，完全满足本系统的要求。经过比较，我们选择方案二。 1.1.51.1.5 从机显示模块选择从机显示模块选择 方案一：1602 液晶模块，控制方便，成本低廉；16*2 单屏显示内容少，只能 显示英文字母和数字，
9、不能显示汉字；数据并行输入，占用单片机 IO 口资源较多。方案二：12864 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。 1.1.61.1.6 语音提示模块选择语音提示模块选择 采用凌阳语音模块，具有语音识别和语音播放功能，播放语音比较长，语音失 真小，编程比较简单，控制较容易。 1.1.71.1.7 人体检测与烟雾检测模块人体检测与烟雾检测模块 本系统采用市面流行且成本低廉的红外热释电传感器实现人体检测，MQ-2 烟 雾传感器模块实现烟雾检测。 1.1.81.1.8 键盘输入
10、模块键盘输入模块 本系统采用 CH451 矩阵键盘模块进行密码输入和报警器的解警等工作。 1.21.2 整体设计整体设计4上位机STC89C52 单片机NRF905 无 线发收总控台（主机）总控台（主机）STC89C52 单片机DS1302 时钟芯片DS18B2012864 液晶AT24C02光电 传感 器红外热 释电传 感器烟雾 传感 器矩阵键盘NRF905 无线 发收语音播 放宿舍 2（从机）宿舍 1（从机）. . . . . . .2.2. 理论分析与计算理论分析与计算 2.12.1 热释电人体红外传感器工作原理 热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其内部的热电元 由高
11、热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成， 其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工 艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触 式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器 在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号， 并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达 104M，故引入的 沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感 器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材 料
12、制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这 样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元 也是有正、负极性的。 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时， 电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由 C1、C2、R1、R2 组成的带通 滤波器，该滤波器的上限截止频率为 16Hz，下限截止频率为 0.16Hz。由于热释电红外传感5器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右） ，而且是一个变化的信号， 同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体 的移动速度决定，通常为
13、0.110Hz左右） ，所以应对热释红外传感器输出的电压信 号进行放大。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时， 若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输 出低电平信号。 2.22.2 MQ-2 烟雾传感器工作原理MQ-2/MQ-2S 烟雾传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化 锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在烟雾或可燃气体时，传感器的电导率随空气中 烟雾浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度 相对应的输出信号。 左图是传感器典型的灵敏度特性曲线。 图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro）
14、， 横坐标为气体浓度。 Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电 阻值； Ro 表示传感器在1000ppm 氢气中的电 阻值。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其 中4个用于信号取出，2个用于提供加热 电流。2.32.3 NRF905 无线发射接收模块的工作原理 RF905 模块使用 Nordic 公司的 nRF905 芯片开发而成。RF905 单片无线收发器 工作在 433/868/915MHZ 的 ISM 频段，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调 器的接收器、一个功率放大器、一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst 工作模式的特点是自动产生前导码和 CRC，可以很容易通过 SPI
15、 接口进行编程配置。 电流很低在发射功率为10dBm 时发射电流为 30mA，接收电流为 12.5mA.进入 POWERDOWN 模式可以很容易实现节电. RF905 一共有四种工作模式, 其中有两种活动 RX/TX 模式和两种节电模式。活 动模式为 ShockBurst RX 和 ShockBurst TX；节电模式为掉电和 SPI 编程、 STANDBY 和 SPI 编程。nRF905 工作模式由 TRX_CE、TX_EN、PWR_UP 的设置来设定。3.3. 电路设计电路设计3.13.1 控制器模块控制器模块 采用 STC89C52 单片机最小化系统作为控制器。实时检测各传感器模块，并对
16、 数据按程序进行处理。详细电路图见附录附录 1 1。 3.23.2上位机总控制台上位机总控制台采用 VB 可视化界面，方便、直观地显示当前整套系统的监测与报警情况，并图 16能够对系统进行操作控制。界面见附录附录 2 2。 3.33.3从机其他主要模块从机其他主要模块 红外热释电传感器模块能够进行人体监测；MQ-2 烟雾传感器模块负责对烟雾 进行监测；CH451 矩阵键盘可以输入密码解警，也可以对时间进行设定；NRF905 无 线模块实现主机与从机间的数据传送；12864 液晶模块直观显示各宿舍人员进出、 火警、盗警次数、贵重物品进出、当前时间及温度等情况；语音播放模块能够进行 声音报警，并能够在宿舍无人时提示锁门，防丢器模块能够检测宿舍贵重物品的进 出。各模块电路图见附录附录 3 3。 4.4. 程序设计程序设计 4.1 系统的整体详细软件流程图见附录附录 4 4。 4.2 系统的部分程序代码见附
