論文|宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作
摘 要：本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)了人體紅外感應(yīng)，煙霧感應(yīng)，聲光報(bào)警，鍵盤密碼解警，局域網(wǎng)內(nèi)異地監(jiān)控，遠(yuǎn)程電話報(bào)警，宿舍人員流動情況統(tǒng)計(jì)，宿舍無人提示鎖門，記錄宿舍內(nèi)安防情況，監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控，貴重物品出入宿舍情況檢測等功能，構(gòu)建了一套低成本、低功耗、實(shí)用的宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)通過12864實(shí)時(shí)顯示宿舍內(nèi)煙霧、人員流動情況，經(jīng)NRF24L01無線模塊將各個(gè)宿舍安防信息傳送至樓管室，樓管室內(nèi)總機(jī)通過與上位機(jī)通信，利用APMserv將宿舍情況連接至局域網(wǎng)內(nèi)。各宿舍人員可通過網(wǎng)絡(luò)在異地了解宿舍內(nèi)安防情況。另外，當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)，可撥打宿舍人員電話通知意外情況的發(fā)生，并立即發(fā)出報(bào)警和求助信息，通過密碼鍵盤解除警報(bào)。以微弱電磁感應(yīng)來檢測宿舍內(nèi)貴重物品的出入情況?！ ?b>關(guān)鍵字：單片機(jī)；局域網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控；遠(yuǎn)程電話報(bào)警；無線多路監(jiān)控 一、方案比較、設(shè)計(jì)與論證1.1總體設(shè)計(jì)方案 基于設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可分為人體紅外感應(yīng)，煙霧感應(yīng)，聲光報(bào)警，鍵盤密碼解警，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)異地監(jiān)控，遠(yuǎn)程電話報(bào)警，宿舍人員流動情況統(tǒng)計(jì)，宿舍無人提示，宿舍一周內(nèi)安防情況記錄，監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控，貴重物品出入宿舍檢測模塊。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需對各模塊進(jìn)行論證。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2密碼鍵盤輸入 采用4*3的矩陣按鍵來構(gòu)成密碼鍵盤，通過掃描方式獲得鍵值。此方案占用IO口較少，操作方便。因其占用IO少且性能穩(wěn)定，故本系統(tǒng)中采用此方案。1.3異地監(jiān)控 利用廣泛散布的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在一棟宿舍樓內(nèi)通過APMserv建立一臺主機(jī)服務(wù)器，宿舍內(nèi)人員可通過登錄相應(yīng)IP進(jìn)入用戶監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控本宿舍安防情況。此方案耗費(fèi)低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作簡單，且容易在學(xué)校內(nèi)實(shí)現(xiàn)。配合電話撥號報(bào)警功能，保證安防及求救信息的可靠性。1.4人員流動情況記錄 方案一：采用人體熱釋紅外傳感器感應(yīng)人體，當(dāng)有人走過時(shí)，會產(chǎn)生高低電平變化，單片機(jī)接收到電平變化后，將信號進(jìn)行處理，儲存為人員流動情況。但此方案對于人體的進(jìn)入及外出無法辨別，且由于人體熱釋紅外傳感器的特性，高電平需持續(xù)一段時(shí)間。若此時(shí)間段內(nèi)有多名人員走過就會產(chǎn)生誤差，故不采用此方案。 方案二：采用兩個(gè)光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時(shí)，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時(shí)，反應(yīng)時(shí)間恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。此方案實(shí)現(xiàn)簡單，可靠性高，故本系統(tǒng)采用此方案。1.5宿舍無人提示鎖門 利用記錄人員流動記錄的光電開關(guān)進(jìn)行判斷宿舍是否有人，根據(jù)光電開關(guān)記錄下的進(jìn)入人數(shù)及外出人數(shù)，兩數(shù)之差，當(dāng)差值為零同時(shí)進(jìn)入人數(shù)不為零時(shí)，表示此時(shí)外出的人員為宿舍內(nèi)最后一名人員。這時(shí)觸發(fā)ISD4004語音芯片，播放語音提示鎖門。此方案可靠性高，可準(zhǔn)確產(chǎn)生提示信號，采用語音芯片提示，直接有效。1.6宿舍安防情況記錄模塊 采用EEPROM對安防信息進(jìn)行記錄，通過單片機(jī)外接ROM，每隔一秒進(jìn)行一次寫操作，每隔一周對EEPROM進(jìn)行一次清零操作。當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)，將寫入值計(jì)一次數(shù)。另外外部設(shè)置一個(gè)按鍵，當(dāng)要查看記錄值時(shí)可通過按鍵查看一周內(nèi)宿舍內(nèi)的安防情況。此方案可記錄時(shí)間長，掉電后可繼續(xù)保持記錄數(shù)據(jù)。1.7網(wǎng)絡(luò)化控制模塊 利用NRF24L01進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸率為1或2Mbps，工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM頻段?？蓪?shí)現(xiàn)多位數(shù)據(jù)的傳送，在接收端可接收到多數(shù)量可靠數(shù)據(jù)。鑒于本系統(tǒng)所需的安防信息包括整棟宿舍樓，信息量大。1.8貴重物品檢測模塊 利用微弱電磁感應(yīng)技術(shù)，在每件貴重物品上粘貼鋼磁片，同時(shí)在門口安裝由霍爾元件構(gòu)成的霍爾電磁感應(yīng)器。當(dāng)帶有鋼磁片的貴重物品出入時(shí)，霍爾電磁感應(yīng)器感應(yīng)到物品出入，及時(shí)報(bào)警。此方案成本低廉，可靠性高，操作簡單。二、單元模塊設(shè)計(jì)2.1人體紅外感應(yīng)模塊 采用DYP-ME003構(gòu)成人體感應(yīng)門口，其基于紅外線技術(shù)，當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平， 人離開感應(yīng)范圍則自動延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。檢測距離可達(dá)7米。如下圖2即為其感應(yīng)范圍圖。 
圖2 人體熱釋紅外傳感器感應(yīng)范圍2.2煙霧感應(yīng)模塊 采用MQ-2煙霧傳感器，其測量范圍廣，靈敏度高，恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)使其成為檢測煙霧的首選傳感器。當(dāng)單片機(jī)接收到煙霧感應(yīng)值后，立即產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報(bào)警電路，產(chǎn)生報(bào)警信號。煙霧感應(yīng)模塊的電路圖如圖3所示。
圖3 煙霧傳感器電路圖 2.3鍵盤密碼輸入模塊 采用矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備。組成“0—9，*.#“12位數(shù)鍵盤。按下“*”后開始輸入秘密，根據(jù)提示按下“#”后確認(rèn)輸入的密碼數(shù)。當(dāng)密碼輸入錯誤三次以上時(shí)，報(bào)警模塊開始響應(yīng)，產(chǎn)生報(bào)警信息。如圖4所示。
圖4 密碼鍵盤輸入電路 2.4局域網(wǎng)監(jiān)控模塊 采用APMserv軟件（如下圖）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控宿舍內(nèi)情況，只需設(shè)定好主機(jī)地址，然后登陸設(shè)定的服務(wù)器地址：如192.168.103.61，并將VB編程界面保存到預(yù)設(shè)文件夾下，即可隨時(shí)查看本宿舍的安防情況采用，更加人性化。（后附VB程序）。利用互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)內(nèi)均可查詢，使宿舍人員實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控功能。下圖5即為VB通信界面。
APMserv軟件
圖5 VB通信界面2.5宿舍人員流動情況記錄 采用兩個(gè)光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時(shí)，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后，門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時(shí)，反應(yīng)時(shí)間順序恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。下圖6為進(jìn)入人數(shù)流程圖，外出人數(shù)流程圖相同。
圖6 進(jìn)入人數(shù)統(tǒng)計(jì)流程圖2.6宿舍無人提示鎖門模塊 采用ISD4004語音芯片，在無人時(shí)自動提示最后離開宿舍的人員及時(shí)鎖好門窗。ISD4004電路圖如下圖7所示。 
圖7 ISD4004語音電路圖 2.7宿舍安防情況記錄模塊 外部擴(kuò)展一塊AT24C02，用來儲存宿舍的安防情況，防止系統(tǒng)突然掉電后數(shù)據(jù)的丟失。AT24C02電路如圖8所示。
圖8 AT24C02電路圖2.8遠(yuǎn)程電話報(bào)警模塊 此模塊包括電話報(bào)警觸發(fā)裝置與撥號報(bào)警裝置，電話報(bào)警觸發(fā)裝置采用解碼芯片為PT2272的無線發(fā)射與接收模塊。撥號報(bào)警裝置利用電話自帶的重?fù)芄δ茉O(shè)定好報(bào)警電話。當(dāng)接收到來自單片機(jī)的控制信號時(shí)置位無線發(fā)射的通道一發(fā)射端，接收端通道一接收到無線信號后觸發(fā)重?fù)馨存I，即可撥打預(yù)設(shè)電話進(jìn)行報(bào)警。遠(yuǎn)程電話報(bào)警流程圖如圖9所示。
圖9 遠(yuǎn)程電話報(bào)警流程圖2.9網(wǎng)絡(luò)化控制模塊 采用NRF24L01無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。NRF24L01是單片2.4G無線射頻收發(fā)芯片，具有自動應(yīng)答和自動重發(fā)功能。是應(yīng)用SIP接口控制的半雙工收發(fā)一體設(shè)備。發(fā)射時(shí)執(zhí)行發(fā)射段程序?qū)ν獍l(fā)送安防情況，接收時(shí)執(zhí)行接收程序搜集安防信息，而且其功耗低，發(fā)射模式下電流近10MA左右，接收模式下為12MA左右。右下圖10為其與單片機(jī)接線圖。
圖10 NRF24L01與單片機(jī)連接電路圖 
圖11NRF24L01接收程序圖2.10監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控模塊 此模塊包含NRF24L01無線數(shù)傳接收部分，將該模塊放置在樓管室內(nèi)，當(dāng)某個(gè)宿舍有意外情況發(fā)生時(shí)宿管可在樓管室內(nèi)隨時(shí)接收到某個(gè)宿舍的報(bào)警狀況。并可通過無線數(shù)據(jù)傳輸解除報(bào)警信息。同時(shí)將主機(jī)內(nèi)信息通過VB串口通信傳至服務(wù)器內(nèi)，可在局域網(wǎng)內(nèi)訪問查詢安防信息。2.11貴重物品出入宿舍檢測模塊 此模塊采用微弱電磁信號感應(yīng)技術(shù)，在每個(gè)貴重物品上粘貼一片鋼磁片，同時(shí)在宿舍門口墻壁內(nèi)安裝霍爾電磁感應(yīng)器，即電磁型霍爾開關(guān)。當(dāng)有電磁感應(yīng)信號產(chǎn)生時(shí)，向單片機(jī)內(nèi)傳入信號。單片機(jī)經(jīng)識別處理完成對貴重物品外出宿舍的檢測功能。其電路如圖12所示。 
圖12 電磁型霍爾開關(guān)接線圖三、系統(tǒng)測試 在測試過程中，用到的儀器主要有：數(shù)字萬用表、PC機(jī)、卷尺等3.1 人體熱釋紅外傳感器的測試 人體熱釋紅外傳感器的測試就是將制作好的人體熱釋紅外傳感器的電源線引出，用萬用表檢測當(dāng)有人出現(xiàn)時(shí)，傳感器的信號輸出端是否為想要得到結(jié)果。若不是所要結(jié)果，則分析、查找原因完成調(diào)試。3.2 煙霧傳感器的測試 煙霧傳感器的測試是測試當(dāng)煙霧傳感器檢測到煙霧時(shí)用萬用表測量輸出端是否為高電平。3.3 系統(tǒng)鍵盤的定義 系統(tǒng)采用的鍵盤是4*3式，各鍵盤標(biāo)號及功能如下
0—9：普通數(shù)字輸入鍵* ：密碼重新輸入鍵# ：密碼確定鍵3.4局域網(wǎng)監(jiān)控 局域網(wǎng)監(jiān)控模塊的測試只需在局域網(wǎng)內(nèi)登陸服務(wù)器IP：192.168.103.61，查看能否查詢各個(gè)宿舍的安防情況。3.5宿舍人員流動情況記錄 舍人員流動情況記錄部分檢測時(shí)，需要宿舍內(nèi)人員進(jìn)出宿舍數(shù)次，查看12864液晶顯示能否正確顯示人員流動情況。3.6宿舍無人提示鎖門 此模塊的測試需要將進(jìn)入人數(shù)與外出人數(shù)調(diào)整為相同。測試當(dāng)最后一個(gè)人走出門時(shí)語音能否播放鎖門提示。3.7宿舍安防情況記錄 宿舍安防情況記錄通過一個(gè)按鍵來查看記錄內(nèi)容，當(dāng)按下按鍵后，測試能否查看正確安防記錄數(shù)值。當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)是否能正確存儲安防信息。3.8監(jiān)控點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸測試 本系統(tǒng)對無線數(shù)據(jù)的傳輸主要是距離控制。通過主機(jī)編寫入發(fā)送程序，子機(jī)出編寫入接收程序。測試能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否缺失及傳輸距離有多遠(yuǎn)。3.9監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控 監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控的測試，需要在多個(gè)宿舍之間進(jìn)行。模擬兩個(gè)宿舍之間進(jìn)行，當(dāng)兩個(gè)宿舍中一個(gè)發(fā)生意外狀況時(shí)，測試能否及時(shí)向樓管室主控機(jī)上檢測到各宿舍的安防情況。3.10貴重物品出入宿舍檢測的測試 貴重物品出入的測試需將帶鋼磁片的貴重物品帶出宿舍，帶入宿舍數(shù)次，測試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確檢測到物品進(jìn)出宿舍情況。四、系統(tǒng)功能、指標(biāo)，結(jié)果分析 4.1 人體熱釋紅外傳感器模塊 測得最大感應(yīng)距離7米，當(dāng)有人走進(jìn)其測量范圍時(shí)信號端輸出高電平。高電平持續(xù)3秒，能夠滿足本系統(tǒng)的智能防盜要求。4.2煙霧傳感器模塊 測得當(dāng)將煙霧傳感器伸入煙霧收集瓶內(nèi)時(shí)，煙霧傳感器信號輸出端會輸出3.3V的高電平。持續(xù)時(shí)間5秒，能夠滿足本系統(tǒng)智能防火的要求。4.3 鍵盤測試 對鍵盤的編碼值與鍵盤的設(shè)定值相對應(yīng)，靈敏度高，輸入設(shè)定的密碼可成功確認(rèn)。能夠滿足系統(tǒng)所需要求。4.4 局域網(wǎng)搭建 利用APMserv搭建好服務(wù)器后，在任意一臺能接入局域網(wǎng)的電腦上登錄服務(wù)器IP例如：192.168.103.61。即可在瀏覽器中查看到樓管室主機(jī)上的記錄信息。4.5 宿舍人員流動情況記錄 當(dāng)有人員連續(xù)進(jìn)出宿舍時(shí)，12864液晶顯示器上可實(shí)時(shí)反應(yīng)人員流動情況，進(jìn)入人數(shù)，外出人數(shù)與剩余人數(shù)均能正常顯示，符合設(shè)計(jì)要求。4.6 宿舍無人鎖門提示 當(dāng)12864液晶顯示上剩余人數(shù)為零而進(jìn)入人數(shù)不為零時(shí)，語音ISD4004被觸發(fā)開始工作，播放錄制好的“請鎖好門窗，打開報(bào)警功能，謝謝！”提示。提醒宿舍人員及時(shí)鎖好門窗。4.7 宿舍安防情況記錄 當(dāng)出現(xiàn)非法入侵人員或煙霧報(bào)警時(shí)，開始向AT24C02中寫入一次計(jì)數(shù)值，由于EEPROM的掉電保存功能，可保存住256次煙霧值。4.8 監(jiān)控點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸裝置 可接收到發(fā)射端發(fā)送的所有數(shù)據(jù)，最大傳輸距離可達(dá)200m。能夠滿足本系統(tǒng)發(fā)送各宿舍安防情況的距離，符合系統(tǒng)要求。4.9 監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控 利用煙霧收集瓶收集到煙霧來模擬火災(zāi)的發(fā)生，當(dāng)在兩個(gè)宿舍模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可在樓管室主機(jī)上立即接收到各宿舍火災(zāi)情況。當(dāng)有非法入侵者進(jìn)入宿舍時(shí)也可立即接收到人員情況。測試結(jié)果良好。4.10 貴重物品出入宿舍記錄 當(dāng)霍爾電磁感應(yīng)器感應(yīng)到來自貴重物品的鋼磁片產(chǎn)生的磁場，從而觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，從而檢測出貴重物品進(jìn)出宿舍的情況。經(jīng)測試，效果良好。五、設(shè)計(jì)總結(jié) 本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，利用鍵盤輸入，12864液晶顯示，ISD4004語音錄放，NRF無線數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程電話報(bào)警，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器搭建，光電開關(guān)，人體熱釋紅外傳感器，煙霧傳感器，霍爾電磁感應(yīng)器，VB與AMPserv兩款軟件并配合軟件算法實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求：5.1 基本部分：人體檢測及聲光報(bào)警；煙霧檢測及聲光報(bào)警；用鍵盤輸入完成解警；實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控；能反映宿舍人員的進(jìn)出情況及人數(shù)情況；宿舍無人時(shí)提示鎖門。5.2 發(fā)揮部分：人體檢測范圍7米；能記錄最近一段時(shí)間宿舍內(nèi)安防情況；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路控制；有監(jiān)控點(diǎn)控制多個(gè)宿舍；能檢測到本宿舍貴重物品的出入情況。5.3創(chuàng)新部分：12864顯示宿舍人員的流動情況，密碼輸入情況，宿舍安防記錄情況；增加上位機(jī)通信，將宿舍安防信息采集到主機(jī)服務(wù)器中；利用服務(wù)器組件軟件，構(gòu)建以校園為單位的網(wǎng)絡(luò)。附錄一、系統(tǒng)總體流程圖
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2密碼鍵盤輸入 采用4*3的矩陣按鍵來構(gòu)成密碼鍵盤，通過掃描方式獲得鍵值。此方案占用IO口較少，操作方便。因其占用IO少且性能穩(wěn)定，故本系統(tǒng)中采用此方案。1.3異地監(jiān)控 利用廣泛散布的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在一棟宿舍樓內(nèi)通過APMserv建立一臺主機(jī)服務(wù)器，宿舍內(nèi)人員可通過登錄相應(yīng)IP進(jìn)入用戶監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控本宿舍安防情況。此方案耗費(fèi)低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，操作簡單，且容易在學(xué)校內(nèi)實(shí)現(xiàn)。配合電話撥號報(bào)警功能，保證安防及求救信息的可靠性。1.4人員流動情況記錄 方案一：采用人體熱釋紅外傳感器感應(yīng)人體，當(dāng)有人走過時(shí)，會產(chǎn)生高低電平變化，單片機(jī)接收到電平變化后，將信號進(jìn)行處理，儲存為人員流動情況。但此方案對于人體的進(jìn)入及外出無法辨別，且由于人體熱釋紅外傳感器的特性，高電平需持續(xù)一段時(shí)間。若此時(shí)間段內(nèi)有多名人員走過就會產(chǎn)生誤差，故不采用此方案。 方案二：采用兩個(gè)光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時(shí)，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時(shí)，反應(yīng)時(shí)間恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。此方案實(shí)現(xiàn)簡單，可靠性高，故本系統(tǒng)采用此方案。1.5宿舍無人提示鎖門 利用記錄人員流動記錄的光電開關(guān)進(jìn)行判斷宿舍是否有人，根據(jù)光電開關(guān)記錄下的進(jìn)入人數(shù)及外出人數(shù)，兩數(shù)之差，當(dāng)差值為零同時(shí)進(jìn)入人數(shù)不為零時(shí)，表示此時(shí)外出的人員為宿舍內(nèi)最后一名人員。這時(shí)觸發(fā)ISD4004語音芯片，播放語音提示鎖門。此方案可靠性高，可準(zhǔn)確產(chǎn)生提示信號，采用語音芯片提示，直接有效。1.6宿舍安防情況記錄模塊 采用EEPROM對安防信息進(jìn)行記錄，通過單片機(jī)外接ROM，每隔一秒進(jìn)行一次寫操作，每隔一周對EEPROM進(jìn)行一次清零操作。當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)，將寫入值計(jì)一次數(shù)。另外外部設(shè)置一個(gè)按鍵，當(dāng)要查看記錄值時(shí)可通過按鍵查看一周內(nèi)宿舍內(nèi)的安防情況。此方案可記錄時(shí)間長，掉電后可繼續(xù)保持記錄數(shù)據(jù)。1.7網(wǎng)絡(luò)化控制模塊 利用NRF24L01進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸率為1或2Mbps，工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM頻段?？蓪?shí)現(xiàn)多位數(shù)據(jù)的傳送，在接收端可接收到多數(shù)量可靠數(shù)據(jù)。鑒于本系統(tǒng)所需的安防信息包括整棟宿舍樓，信息量大。1.8貴重物品檢測模塊 利用微弱電磁感應(yīng)技術(shù)，在每件貴重物品上粘貼鋼磁片，同時(shí)在門口安裝由霍爾元件構(gòu)成的霍爾電磁感應(yīng)器。當(dāng)帶有鋼磁片的貴重物品出入時(shí)，霍爾電磁感應(yīng)器感應(yīng)到物品出入，及時(shí)報(bào)警。此方案成本低廉，可靠性高，操作簡單。二、單元模塊設(shè)計(jì)2.1人體紅外感應(yīng)模塊 采用DYP-ME003構(gòu)成人體感應(yīng)門口，其基于紅外線技術(shù)，當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平， 人離開感應(yīng)范圍則自動延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。檢測距離可達(dá)7米。如下圖2即為其感應(yīng)范圍圖。 圖2 人體熱釋紅外傳感器感應(yīng)范圍2.2煙霧感應(yīng)模塊 采用MQ-2煙霧傳感器，其測量范圍廣，靈敏度高，恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)使其成為檢測煙霧的首選傳感器。當(dāng)單片機(jī)接收到煙霧感應(yīng)值后，立即產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報(bào)警電路，產(chǎn)生報(bào)警信號。煙霧感應(yīng)模塊的電路圖如圖3所示。 圖3 煙霧傳感器電路圖 2.3鍵盤密碼輸入模塊 采用矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備。組成“0—9，*.#“12位數(shù)鍵盤。按下“*”后開始輸入秘密，根據(jù)提示按下“#”后確認(rèn)輸入的密碼數(shù)。當(dāng)密碼輸入錯誤三次以上時(shí)，報(bào)警模塊開始響應(yīng)，產(chǎn)生報(bào)警信息。如圖4所示。 圖4 密碼鍵盤輸入電路 2.4局域網(wǎng)監(jiān)控模塊 采用APMserv軟件（如下圖）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控宿舍內(nèi)情況，只需設(shè)定好主機(jī)地址，然后登陸設(shè)定的服務(wù)器地址：如192.168.103.61，并將VB編程界面保存到預(yù)設(shè)文件夾下，即可隨時(shí)查看本宿舍的安防情況采用，更加人性化。（后附VB程序）。利用互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)內(nèi)均可查詢，使宿舍人員實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控功能。下圖5即為VB通信界面。APMserv軟件圖5 VB通信界面2.5宿舍人員流動情況記錄 采用兩個(gè)光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當(dāng)有人自門外走向門內(nèi)時(shí)，門外的光電開關(guān)先有反應(yīng)，當(dāng)人進(jìn)入后，門內(nèi)光電開關(guān)再有反應(yīng)：而當(dāng)有人自門內(nèi)走向門外時(shí)，反應(yīng)時(shí)間順序恰好相反。根據(jù)這個(gè)時(shí)間差將兩個(gè)光電開關(guān)的信號傳入單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后辨別進(jìn)入還是外出人員，從而對進(jìn)入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進(jìn)行記錄。下圖6為進(jìn)入人數(shù)流程圖，外出人數(shù)流程圖相同。圖6 進(jìn)入人數(shù)統(tǒng)計(jì)流程圖2.6宿舍無人提示鎖門模塊 采用ISD4004語音芯片，在無人時(shí)自動提示最后離開宿舍的人員及時(shí)鎖好門窗。ISD4004電路圖如下圖7所示。 圖7 ISD4004語音電路圖 2.7宿舍安防情況記錄模塊 外部擴(kuò)展一塊AT24C02，用來儲存宿舍的安防情況，防止系統(tǒng)突然掉電后數(shù)據(jù)的丟失。AT24C02電路如圖8所示。圖8 AT24C02電路圖2.8遠(yuǎn)程電話報(bào)警模塊 此模塊包括電話報(bào)警觸發(fā)裝置與撥號報(bào)警裝置，電話報(bào)警觸發(fā)裝置采用解碼芯片為PT2272的無線發(fā)射與接收模塊。撥號報(bào)警裝置利用電話自帶的重?fù)芄δ茉O(shè)定好報(bào)警電話。當(dāng)接收到來自單片機(jī)的控制信號時(shí)置位無線發(fā)射的通道一發(fā)射端，接收端通道一接收到無線信號后觸發(fā)重?fù)馨存I，即可撥打預(yù)設(shè)電話進(jìn)行報(bào)警。遠(yuǎn)程電話報(bào)警流程圖如圖9所示。圖9 遠(yuǎn)程電話報(bào)警流程圖2.9網(wǎng)絡(luò)化控制模塊 采用NRF24L01無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。NRF24L01是單片2.4G無線射頻收發(fā)芯片，具有自動應(yīng)答和自動重發(fā)功能。是應(yīng)用SIP接口控制的半雙工收發(fā)一體設(shè)備。發(fā)射時(shí)執(zhí)行發(fā)射段程序?qū)ν獍l(fā)送安防情況，接收時(shí)執(zhí)行接收程序搜集安防信息，而且其功耗低，發(fā)射模式下電流近10MA左右，接收模式下為12MA左右。右下圖10為其與單片機(jī)接線圖。圖10 NRF24L01與單片機(jī)連接電路圖 圖11NRF24L01接收程序圖2.10監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控模塊 此模塊包含NRF24L01無線數(shù)傳接收部分，將該模塊放置在樓管室內(nèi)，當(dāng)某個(gè)宿舍有意外情況發(fā)生時(shí)宿管可在樓管室內(nèi)隨時(shí)接收到某個(gè)宿舍的報(bào)警狀況。并可通過無線數(shù)據(jù)傳輸解除報(bào)警信息。同時(shí)將主機(jī)內(nèi)信息通過VB串口通信傳至服務(wù)器內(nèi)，可在局域網(wǎng)內(nèi)訪問查詢安防信息。2.11貴重物品出入宿舍檢測模塊 此模塊采用微弱電磁信號感應(yīng)技術(shù)，在每個(gè)貴重物品上粘貼一片鋼磁片，同時(shí)在宿舍門口墻壁內(nèi)安裝霍爾電磁感應(yīng)器，即電磁型霍爾開關(guān)。當(dāng)有電磁感應(yīng)信號產(chǎn)生時(shí)，向單片機(jī)內(nèi)傳入信號。單片機(jī)經(jīng)識別處理完成對貴重物品外出宿舍的檢測功能。其電路如圖12所示。 圖12 電磁型霍爾開關(guān)接線圖三、系統(tǒng)測試 在測試過程中，用到的儀器主要有：數(shù)字萬用表、PC機(jī)、卷尺等3.1 人體熱釋紅外傳感器的測試 人體熱釋紅外傳感器的測試就是將制作好的人體熱釋紅外傳感器的電源線引出，用萬用表檢測當(dāng)有人出現(xiàn)時(shí)，傳感器的信號輸出端是否為想要得到結(jié)果。若不是所要結(jié)果，則分析、查找原因完成調(diào)試。3.2 煙霧傳感器的測試 煙霧傳感器的測試是測試當(dāng)煙霧傳感器檢測到煙霧時(shí)用萬用表測量輸出端是否為高電平。3.3 系統(tǒng)鍵盤的定義 系統(tǒng)采用的鍵盤是4*3式，各鍵盤標(biāo)號及功能如下0—9：普通數(shù)字輸入鍵* ：密碼重新輸入鍵# ：密碼確定鍵3.4局域網(wǎng)監(jiān)控 局域網(wǎng)監(jiān)控模塊的測試只需在局域網(wǎng)內(nèi)登陸服務(wù)器IP：192.168.103.61，查看能否查詢各個(gè)宿舍的安防情況。3.5宿舍人員流動情況記錄 舍人員流動情況記錄部分檢測時(shí)，需要宿舍內(nèi)人員進(jìn)出宿舍數(shù)次，查看12864液晶顯示能否正確顯示人員流動情況。3.6宿舍無人提示鎖門 此模塊的測試需要將進(jìn)入人數(shù)與外出人數(shù)調(diào)整為相同。測試當(dāng)最后一個(gè)人走出門時(shí)語音能否播放鎖門提示。3.7宿舍安防情況記錄 宿舍安防情況記錄通過一個(gè)按鍵來查看記錄內(nèi)容，當(dāng)按下按鍵后，測試能否查看正確安防記錄數(shù)值。當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)是否能正確存儲安防信息。3.8監(jiān)控點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸測試 本系統(tǒng)對無線數(shù)據(jù)的傳輸主要是距離控制。通過主機(jī)編寫入發(fā)送程序，子機(jī)出編寫入接收程序。測試能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否缺失及傳輸距離有多遠(yuǎn)。3.9監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控 監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控的測試，需要在多個(gè)宿舍之間進(jìn)行。模擬兩個(gè)宿舍之間進(jìn)行，當(dāng)兩個(gè)宿舍中一個(gè)發(fā)生意外狀況時(shí)，測試能否及時(shí)向樓管室主控機(jī)上檢測到各宿舍的安防情況。3.10貴重物品出入宿舍檢測的測試 貴重物品出入的測試需將帶鋼磁片的貴重物品帶出宿舍，帶入宿舍數(shù)次，測試系統(tǒng)能否準(zhǔn)確檢測到物品進(jìn)出宿舍情況。四、系統(tǒng)功能、指標(biāo)，結(jié)果分析 4.1 人體熱釋紅外傳感器模塊 測得最大感應(yīng)距離7米，當(dāng)有人走進(jìn)其測量范圍時(shí)信號端輸出高電平。高電平持續(xù)3秒，能夠滿足本系統(tǒng)的智能防盜要求。4.2煙霧傳感器模塊 測得當(dāng)將煙霧傳感器伸入煙霧收集瓶內(nèi)時(shí)，煙霧傳感器信號輸出端會輸出3.3V的高電平。持續(xù)時(shí)間5秒，能夠滿足本系統(tǒng)智能防火的要求。4.3 鍵盤測試 對鍵盤的編碼值與鍵盤的設(shè)定值相對應(yīng)，靈敏度高，輸入設(shè)定的密碼可成功確認(rèn)。能夠滿足系統(tǒng)所需要求。4.4 局域網(wǎng)搭建 利用APMserv搭建好服務(wù)器后，在任意一臺能接入局域網(wǎng)的電腦上登錄服務(wù)器IP例如：192.168.103.61。即可在瀏覽器中查看到樓管室主機(jī)上的記錄信息。4.5 宿舍人員流動情況記錄 當(dāng)有人員連續(xù)進(jìn)出宿舍時(shí)，12864液晶顯示器上可實(shí)時(shí)反應(yīng)人員流動情況，進(jìn)入人數(shù)，外出人數(shù)與剩余人數(shù)均能正常顯示，符合設(shè)計(jì)要求。4.6 宿舍無人鎖門提示 當(dāng)12864液晶顯示上剩余人數(shù)為零而進(jìn)入人數(shù)不為零時(shí)，語音ISD4004被觸發(fā)開始工作，播放錄制好的“請鎖好門窗，打開報(bào)警功能，謝謝！”提示。提醒宿舍人員及時(shí)鎖好門窗。4.7 宿舍安防情況記錄 當(dāng)出現(xiàn)非法入侵人員或煙霧報(bào)警時(shí)，開始向AT24C02中寫入一次計(jì)數(shù)值，由于EEPROM的掉電保存功能，可保存住256次煙霧值。4.8 監(jiān)控點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸裝置 可接收到發(fā)射端發(fā)送的所有數(shù)據(jù)，最大傳輸距離可達(dá)200m。能夠滿足本系統(tǒng)發(fā)送各宿舍安防情況的距離，符合系統(tǒng)要求。4.9 監(jiān)控點(diǎn)多路監(jiān)控 利用煙霧收集瓶收集到煙霧來模擬火災(zāi)的發(fā)生，當(dāng)在兩個(gè)宿舍模擬火災(zāi)發(fā)生時(shí)，可在樓管室主機(jī)上立即接收到各宿舍火災(zāi)情況。當(dāng)有非法入侵者進(jìn)入宿舍時(shí)也可立即接收到人員情況。測試結(jié)果良好。4.10 貴重物品出入宿舍記錄 當(dāng)霍爾電磁感應(yīng)器感應(yīng)到來自貴重物品的鋼磁片產(chǎn)生的磁場，從而觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，從而檢測出貴重物品進(jìn)出宿舍的情況。經(jīng)測試，效果良好。五、設(shè)計(jì)總結(jié) 本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，利用鍵盤輸入，12864液晶顯示，ISD4004語音錄放，NRF無線數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程電話報(bào)警，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器搭建，光電開關(guān)，人體熱釋紅外傳感器，煙霧傳感器，霍爾電磁感應(yīng)器，VB與AMPserv兩款軟件并配合軟件算法實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求：5.1 基本部分：人體檢測及聲光報(bào)警；煙霧檢測及聲光報(bào)警；用鍵盤輸入完成解警；實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控；能反映宿舍人員的進(jìn)出情況及人數(shù)情況；宿舍無人時(shí)提示鎖門。5.2 發(fā)揮部分：人體檢測范圍7米；能記錄最近一段時(shí)間宿舍內(nèi)安防情況；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路控制；有監(jiān)控點(diǎn)控制多個(gè)宿舍；能檢測到本宿舍貴重物品的出入情況。5.3創(chuàng)新部分：12864顯示宿舍人員的流動情況，密碼輸入情況，宿舍安防記錄情況；增加上位機(jī)通信，將宿舍安防信息采集到主機(jī)服務(wù)器中；利用服務(wù)器組件軟件，構(gòu)建以校園為單位的網(wǎng)絡(luò)。附錄一、系統(tǒng)總體流程圖 
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