F题-宿舍智能防盗防火报警系统

1、2010年山东电子设计竞赛参赛作品编号：F甲2411竞赛题目：宿舍智能防盗防火报警系统 参赛学生姓名：肖风玉 韩警 李加鑫所 属 学 校：山东科技大学 所 属专 业：电子信息科学与技术 指 导 教 师：王立华摘 要 本系统根据大赛设计要求以AT89C52单片机为控制核心，自行设计了一套宿舍智能防盗防火报警系统。在该系统中以AT89C52单片机及无线收发模块组成异地监控站，对宿舍进行安防、火灾的实时监控，并配备了异地解警功能；在宿舍内部以AT89C52单片机及光电开关实现宿舍内人员的进出情况及人数记录并在无人时提示锁门。此外，该系统还可以实现对宿舍安防情况的记录以及对贵重物品的检测功能，同时该系

2、统还可以在出现警报时给相应的报警中心拨打电话。关键词：AT89C52 烟雾报警器 红外传感器 无线模块 光电开关AbstractIn this system , we use microcontroller AT89C52 as the control unit, to design a wisdom system of fire prevention and steal prevention for dormitories . We use microcontroller AT89C52 and wireless module for shouting and receiving to mo

3、nitort the secutity and fire of the dormitories and we can use the microcontroller to relief the alarm; in the dormitories, we use microcontroller AT89C52 and infrared switch to realize the amount of people in dormitories and it can prompt locking the door when there is no people in the dormitory; B

4、esides,the system can record the security situation an check the valuable things, it can dial the appropriate telephone number when the alarm appears. Key word: AT89C52;smok alarm;infrared sensor;wireless module;infrared switch 一、系统方案论证 根据题目的基本要求，设计任务主要完成实现人体检测与声光报警功能；实现烟雾检测与声光报警功能；用键盘输入密码完成报警系统的解警等

5、工作状况；实现异地监控；能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录；宿舍无人时提示锁门。为完成相应的功能，该系统由两个部分组成，一个是异地监控站部分，另一个就是宿舍终端部分。异地监控站部分由烟雾检测与声光报警接收模块、人体检测与声光报警接收模块、宿舍安防记录模块、密码键盘异地解警模块和自动电话报警模块构成；宿舍终端部分由烟雾检测与声光报警发射模块、人体检测与声光报警发射模块、人数进出情况记录模块和无人锁门提示模块构成。异地监控站部分结构框图入图1所示，宿舍终端部分结构框图如图2所示。 图1 异地监控站部分结构框图图2 宿舍终端部分结构框图1MCU 的选取方案在该系统的两个组成部分中，都存在着MCU

6、的选取问题，MCU的性能及其成本决定着整个系统的性能和成本。在异地监控站部分，MCU主要是对烟雾报警器和红外报警器进行实时监控、记录宿舍内的安防情况以及当警报发生时通过输入特定密码以达到解警的目的，因此可以有三种MCU的选择方案。方案一：选用凌阳SPCE061A单片机。SPCE061A是16位的处理器，运算速度快，并行端口多，可以实现复杂的功能，但是对于该系统来说，所需端口并不多，电路结构并不复杂，若采用SPCE061A单片机无疑会增加电路的复杂程度，且会造成端口的浪费，给制板带来麻烦，同时SPCE061A高昂的价格也将使得系统的成本大幅度提升，故放弃该方案。方案二：选用FPGA（现场可编程门

7、阵列）作为系统的控制器。FPGA作为新一代的可编程器件使得其应用较为灵活，功能从简单到复杂都可以实现，但是在该系统中，若使用FPGA则会提高系统的成本，同时由于增加的FPGA,也会给电路的维修工作带来不可必要的麻烦。方案三：选用ATMEL公司生产的AT89C51单片机。AT89C51单片机是8位的单片机，有32个I/0构成，对于该系统来说端口足够使用，价格便宜，功耗低，且易于控制，因此将AT89C52作为MCU的最终选取方案。烟雾检测与声光报警发射与接收模块的选取方案在该系统中烟雾检测与声光报警发射与接收模块主要完成对报警信号的采集以及完成报警信号的无线发送，因此有以下两种方案可供选择。方案一

8、：采用挪威Nordic公司生产的nRF905无线发射与接收模块。nRF905工作在433/868/915MHz3个ISM频道，传输距离1000米左右，但对于该系统来说，只是对宿舍进行近距离的检测，若选用nRF905会使得其利用程度下降，同时其成本高，造成系统成本的提高。方案二：采用PT2262/PT2272无线发射与接收模块。PT2262/PT2272工作于315MHz，传输距离比nRF905要近，但该系统是对宿舍进行近距离监控，其传输距离足够使用，同时该无线发射与接收模块的成本低，因此可以降低该系统的成本。因此选用PT2262/PT2272作为该系统的无线发射与接收模块。3人体检测与声光报警

9、模块的选取方案在该系统中人体检测与声光报警模块主要完成对宿舍内人员情况的检测。因此可以有以下两种方案可供选择。方案一:采用光电开关。对射式的光电开关可以完成对人体的检测，但由于其条件限制，只有在其发出的光被人体遮挡住的时候才会发出信号，而在非正常情况下，人体可以随时避开其发出的红外线，因此也就可以随时躲避光电开关的检测，所以放弃该方案。方案二：采用热释电人体红外传感器。热释电人体红外传感器可以对2m范围以内的人体进行检测，加上菲涅尔透镜之后其检测距离可以达到7m，因此可以成功的实现对人体的检测，特别适合对宿舍安全进行监控，故采用此方案。4.密码键盘异地解警模块的选取方案 在该系统中密码键盘异地

10、解警模块主要完成当警报信号发生后可以在异地监控站输入特定的密码已完成解警工作，因此有以下两种方案可供选择。方案一:采用4*4矩阵键盘。4*4矩阵键盘应用广泛，复杂程度高，不易被破解，但在该系统中，警报不可能随时发生，也不可能随意去接触警报，采用4*4矩阵键盘的话一方面会增加电路的复杂程度，另一方面也会给编程方面带来一定的困难，故放弃此方案。方案二：采用双列直插的DIP开关。该开关从1-8对各个按键进行编号，为自锁型开关，完全可以满足该系统的需要，因此选用此方案。5.宿舍安防记录模块的选取方案该模块采用LCD液晶显示屏作为安防情况的记录模块。6.人数进出情况记录模块的选取方案 该模块中器件的选择

11、与人体检测与声光报警模块中的方案选择恰好相反，因为这里要对宿舍内的人数进行精确的记录，故不可采用热释电人体红外传感器，而应采用光电开关。7.无人锁门提示模块的选取方案 该模块的主要功能是宿舍无人时提示锁门，因此有两种提示方案可供选择。方案一：LCD显示屏显示。LCD显示具有清晰化，形象化，但作为提示来说缺乏告知性，且控制程度较难故放弃此方案。方案二：语音提示。采用语音芯片ISD1720PY作为无人时的提示，当宿舍无人时，由单片机发送信号启动语音芯片发出预先录制好的声音以达到提示的目的，这种提示方案要比LCD的效果要好，因此选用此方案。二、系统硬件设计1.烟雾检测与声光报警接收模块该模块原理图如

12、图3 所示。芯片PT2272的A0A7八个地址口与单片机的P10P17八个口相连，通过置单片机的P1各个口的电平高低便可以实现对PT2272的编码，即给PT2272赋予不同的地址；当PT2272与宿舍内部的烟雾检测与声光报警发射模块或者人体检测与声光报警发射模块的地址相同时，接收模块便可以接收烟雾检测与声光报警发射模块和人体检测与声光报警发射模块发射过来信号，并把数据送往PT2272的DIN数据接收管脚；对于不同的宿舍来说，可以将烟雾检测发射模块和人体检测发射模块设置不同的地址，这样通过对单片机P1口进行编程，不断的更改P1口的电平，即可使P2272获取不同的地址，当PT2272确保接收的地址

13、信号准确以后，便在VT引脚发出一个瞬态的高电平，将此高电平通过74LS00反向后便可以产生一个瞬态的下降沿，将此下降沿送往单片机的P3.2口便可以满足中断触发的条件，在中断内部，通过一条程序P2=P3，便可以通过发光二极管的亮灭判断是哪个宿舍发送的信号，并根据地址判断该信号是烟雾报警还是人体检测报警。2.人体检测与声光报警接收模块该模块的接收原理与烟雾检测与生光报警接收模块的原理一致，即通过单片机给PT2272赋予不同的地址，当该地址与人体检测与声光报警发送模块的地址相同的时候便可以将下降沿的脉冲送到中断口，引发中断，从而使P2口所接的二极管按照地址值亮与灭。其原理图如图3所示。3.宿舍安防记

14、录模块 在该模块中系统采用LCD液晶显示屏，通过单片机把宿舍近两天是否有被盗现象、是否有火灾发生等情况送入存储器，并通过液晶显示屏来显示，同时显示屏上还将显示出发生被盗现象与发生火灾的日期与时间。图3 烟雾检测与声光报警及人体检测与声光报警原理图4.密码键盘异地解警模块图4 密码键盘异地解警模块原理图其原理图如图4所示。继电器J1接的是烟雾检测声音报警器与人体检测声音报警器的供电回路，为长闭状态，以保证报警器正常工作，当有宿舍发生盗窃或火灾的时候，发出警报信号，而这些时间过后需要异地切断报警器，以使报警器恢复到正常工作状态。在P1口接入双列直插的DIP开关，将P1口初始化为高电平，平时开关处于

15、断开状态，同时将P20口置1，此时三极管不导通，继电器J2不吸合，因而PT2262没有外部电源供电，无法发送信号，因此PT2272也无法接收来自PT2262的信号，所以与PT2272相连的三极管处于断开状态，报警器处于报警状态。此时若经DIP上特定的开关拨通，便可以使P1中相应的口置0，当单片机所检测到的密码与按下的密码一致的时候，这是通过程序是P20端口为低电平，继电器吸合，PT2262正常工作，不断的向外发射信号，当PT2272接收到来自PT2262的数据时，D0口输出高电平，三极管导通，从而切断报警器的工作电路，一段时间后，将密码拨回原处，这样便回到了初始状态。5.烟雾检测与声光报警发射

16、模块其原理图如图5所示。与烟雾报警器相连的继电器平时处于闭合状态，烟雾报警器正常工作。当报警器发出报警信号时，V+与V-引脚产生高电平，此高电平送到PT2262的供电端，使PT2262正常工作，发射信号。图5 烟雾检测与声光报警发射模块原理图6.人体检测与声光报警发射模块如图6所示当宿舍内无人活动时，红外感应模块的OUT端输出低电平，当宿舍内有人体活动时，红外感应模块的OUT端输出高电平，此时三极管导通，喇叭接通，开始报警，与此同时，PT2262正常工作，开始发射信号，异地监控站便可以接受PT2262发射的信号。图6 人体检测与声光报警发射模块原理图7.人数进出情况记录模块如图7所示，模块采用

17、对射式的红外光电开关同时配合单片机完成宿舍内人员的进出情况以及对宿舍内剩余人数的记录，并通过数码管显示宿舍内的剩余人数。光电开关的BL和WH端平时为断开状态，当有人通过光电开关时，其发出的红外线被阻挡，此时WH端和BL端闭合。如图中所示，上方光电开关的BL端接至单片机的P32口，下方光电开关的BL端接至单片机的P33口，当无人通过时，P32与P33口为高电平，当有人通过时，P32与P33口为低电平，产生下降沿的脉冲，此时引发中断，通过两个光电开关的配合完成宿舍内人员进出情况的记录以及宿舍内剩余人数的统计。当宿舍内人数为零的时候，此时置单片机的P20口为低电平，这时三极管导通，继电器吸合，与继电

18、器所接的语音芯片放音控制端接通，发出提示锁门的声音。图7 人数进出情况记录模块8.语音芯片模块如图8所示，模块采用ISD1720语音芯片实现锁门提示，与语音芯片23脚相连的开关为继电器的长开关，当继电器断开时，语音芯片不工作，当宿舍内剩余人数为0时继电器吸合，语音芯片23脚接地，语音芯片开始工作，发出 “锁门”的声音提示。图8 语音芯片工作电路图9.贵重物品检测模块在贵重物品上安装发射器，同时将接收器放置一旁，两者设置合适的距离，当超出此距离的范围时则报警提示。10.附加功能在该系统中，除了完成大赛所要求的内容外，还在系统中附加了一部分功能，及当发生警报时可拨打不同的电话报警，如火警时，可自动

19、拨打119；盗警时，自动拨打110。该模块主要由两部分组成，分别为拨号电路和电话接口电路。（1）拨号电路其工作原理图如图9 所示。在拨号电路采用DTMF信号发生器HT9200A，使用3.58MHz晶体振荡器，该芯片具有低功耗、总谐波失真低等特点。HT9200A可由指令控制产生16种双频信号和8种单频信号并由DTMF引脚输出 ，从而实现电话拨号。图9 拨号电路工作原理图（2）电话接口电路其工作原理图如图10所示。当异地监控站检测到宿舍内发生盗窃或发生火灾情况后，单片机P3.7输出为高电平（即图中LINE为高），使三极管Q1导通，继电器吸合；同时拨号电路发出的信号DTMF，经语音放大器（LM358

20、）放大后加到隔离变压器T1上，通过T1的次级加到电话线上，从而实现报警电话的拨打。图10 电话接口电路工作原理图三、系统软件设计该系统采用C语言进行软件设计，该系统的程序主要分成两个模块，有异地监控站程序和宿舍终端程序构成，异地监控站程序软件流程图如图11所示，宿舍终端程序软件流程图如图12所示。图11 异地监控站软件流程图图12 宿舍终端软件流程图四、系统调试1.烟雾检测与声光报警调试用烟雾收集瓶收集烟雾，然后将其放置烟雾报警器旁，观察烟雾报警器是否报警且异地监控站的单片机是否显示其房间地址。2.人体检测与声光报警调试在红外传感器旁走动观察异地监控站是否显示地址，且宿舍内是否发出警报。3.宿舍