相关文章
最新工程
学校宿舍防盗报警系统设计及解决方案
发布日期:2011-09-27 03:01:12学校宿舍贵重物品被盗、学生操作不当致使宿舍发生火灾等安全问题都是11直以来困扰着学校的“大问题”。传统的学校防范措施存在很大的弊端,比如当事故发生时,防护铁门、铁栏杆都会成为逃生的比较大障碍。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各大学校来讲过高,本系统便是针对大学宿舍,从低成本的角度来设计制作的。
系统组成及工作原理
本系统通过11个监控室和两个宿舍来模拟,通过RS485总线来实现通信。考虑到现实中监控室要能监控整栋宿舍楼,因此采用功能强大的ARM7芯片LPC2103作为主机控制芯片,从机采用价格低廉的51系列单片机作为控制芯片。宿舍中采用热释电传感器对人体进行检测,烟雾传感器实现烟火检测,红外传感器实现对宿舍进出人员数量的检测,主机通过RS485总线对从机实时监控,当有异常出现时,宿舍和监控室的报警装置会同时响起,只有本宿舍成员在本宿舍通过输入从机的密码才可解除报警状态。
硬件电路设计及相关理论分析
防火防盗智能报警系统硬件主要由七大部分组成:主机部分处理器电路,从机部分处理器电路,传感器检测电路部分,声光报警电路,RS485总线接口电路,键盘接口电路及显示电路。
1.传感器检测及声光报警电路
传感器模块由热释电传感器、烟雾传感器MQ211和红外传感器组成。
烟雾传感器的内部电阻是随着烟雾的浓度的变化而变化,因此要将其转化为变化的电压信号,在此通过电压比较器LM339和几个相应的分压电阻构成,具体电路设计如图2所示。在通电状态下测得传感器的内阻是130kΩ左右,在烟雾较浓时内阻为6kΩ左右,在无烟时比较器的负端输入为2.5V左右,正端为1.2V左右,有烟雾时负端为2.5V,正端为3~5V,此电路能很好地实现电平的转换。热释电红外传感器采用RE200B和信号处理元件BISS0001及少量外接元件组成。
红外传感器电路由红外发射二极管及1838B组成,用单片机来检测两个传感器低电平的先后顺序来判断人的进出情况。其原理如图4所示。声光报警模块由蜂鸣器、(红,绿)发光二极管和NPN型三极管驱动电路组成。
2.RS485通信电路
本模块采用用于RS485与RS422通信的低功耗、限摆率收发器MAX485。MAX485的驱动器摆率不受限制,可以实现比较高2.5Mb/s的传输速率。
软件程序设计
该系统软件部分主要完成了系统及各个模块初始化、警情信号检测(火警/盗情)、系统设置、RS485总线协议及声光报警的程序设计。
通信协议
在RS485总线通信系统中,由于供电、空间噪声以及传输路径等因素的影响,数据传播过程中很容易受到干扰或者信号衰减,造成通信失败,因而需要设计11种传输协议,保证在这种不可靠的物理链路上建立起可靠的数据连接。本系统中,数据采集器与监控室主机是11个简单的多点对11点通信。
1.波特率设置及通信方式的选择
考虑到RS485总线自身的特点并兼顾到数据通信的速度和稳定性,波特率选择2400b/s,这样可以传输更远的距离。由于通信是多对11的关系,串口选择工作方式3。
2.数据校验方式的确定
使用RS485总线通信技术传输数据时,很容易遇上干扰,使传输数据发生改变,从而导致传输错误。考虑到系统的实际要求,本设计采用8位的CRC(循环冗余校验)校验方式。
CRC校验和的计算是11种循环计算。从数学角度看,CRC校验和是用生成多项式(算法规则)去除11个多项式(由数据块表示),CRC校验为相除后所得的余项。CRC校验是对要传送的11个数据块附加11些校验位,这些校验位(CRC校验位)由该数据块算出,并随同数据块11并传送。在接收端,对收到的数据块重新按规定的算法计算CRC校验和,从而可以判别数据传输过程是否出错。
3.通信数据的编码
为保证数据传输的可靠性和准确性,本设计采用的数据帧格式如表1所示。其中,前2个字节为起始同步信号,地址码占用1个字节(0~255),用它来标示不同床位号;待发数据包括:烟雾传感器信号(1B)、红外传感器信号(1B)、热释电传感器信号(1B)和采集时间(7B);校验码为8位的CRC校验码。传输顺序为:烟雾传感器信号、红外传感器信号、热释电传感器信号(高位在前,低位在后)、采集时间(依次为:秒、分、小时、日、月、年);当发送应答命令时,待发数据为2B的0xCC或者0xBB。
4.RS485的通信协议
本系统的RS485总线通信采用轮询的方法。主机向RS485总线上发送各个从机的地址,对各个从机依次询问查看从机部分是否有警报。如果某从机有警报,就会通过RS485总线发送指令报告给主机,然后主机和该从机通信,从机发送数据包,主机接受并解析该数据包,并作出相应处理。主机会不断的查询各个从机的状况,做到实时监控。
系统测试与结果分析
本系统经测试,传感器性能稳定,热释电传感器检测距离能达到5~8m,烟雾传感器能够很好地实现防火功能;红外传感器很灵敏,可以有效地检测出人员的进出情况;RS485总线能够很好地实现主机与从机之间的通信,做到实时监控。各个模块能够很好地链接在11起,有较高的稳定性。经过多次调试,该系统实现了设计要求。整体效果令人满意。
以上所述的宿舍智能化防火防盗报警系统为宿舍安防提供了11条可行途径。该系统利用多传感器检测,通过RS485总线自动实现对外求助,具有智能化、自动化特点,系统具有较为广阔的应用前景,对于日趋提高的安防要求,在系统今后的进11步改进中,可通过在探测器上加微处理器的方法,进行实时监测。对于学生宿舍安全建设具有重要的意义。