1.1 主控制器的選擇
采用凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)SPCE061A作為主控制器。由于SPCE061A內(nèi)置有2 KB的SRAM和32 KB的內(nèi)存FLASH，能滿(mǎn)足本系統(tǒng)存儲(chǔ)密碼及各類(lèi)數(shù)據(jù)的要求，且CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)49.152 MHz，能保證響應(yīng)的快速性，內(nèi)置的語(yǔ)音模塊更提高了系統(tǒng)人機(jī)界面的友好性。
1.2 異地監(jiān)控方案選擇
采用無(wú)線(xiàn)通信方式。使用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊NRF2401進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。這種通信方式不受線(xiàn)路長(zhǎng)短影響，主從站位置可任意設(shè)置，布置比較靈活。
1.3 貴重物品檢測(cè)方案選擇
門(mén)框?qū)捯话阍?~2 m，采用射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)較為方便，將發(fā)射機(jī)附在貴重物品上，接收機(jī)固定在門(mén)口，當(dāng)貴重物品出入時(shí)，即可進(jìn)行記錄。發(fā)射機(jī)與接收機(jī)電路結(jié)構(gòu)都較簡(jiǎn)單，體積小，攜帶方便。
1.4 系統(tǒng)總體框圖
根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。上位機(jī)進(jìn)行鍵盤(pán)輸入、語(yǔ)音提示、報(bào)警和人員物品進(jìn)出情況記錄。下位機(jī)進(jìn)行煙霧檢測(cè)、人體紅外檢測(cè)、貴重物品檢測(cè)、人員進(jìn)出情況檢測(cè)等數(shù)據(jù)采集工作。下位機(jī)通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將檢測(cè)信號(hào)送入上位機(jī)。上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并作出相應(yīng)動(dòng)作。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
2 理論分析與計(jì)算
2.1 物品檢測(cè)電路的計(jì)算
采用無(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收方式進(jìn)行貴重物品檢測(cè)，通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。選用通信頻率為8MHz，電感為47μH。
2.2 控制方案分析
根據(jù)題目要求，為實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍安防情況進(jìn)行異地監(jiān)控，采用一主兩從的方式進(jìn)行模擬，其中主站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)從站的搜索，實(shí)時(shí)顯示從站是否在線(xiàn)，并進(jìn)行信息的接收處理、顯示、記錄與報(bào)警，從站進(jìn)行信息獲取與發(fā)送。主站上可實(shí)現(xiàn)對(duì)從站信息的實(shí)時(shí)顯示，并將報(bào)警及貴重物品進(jìn)出信息存儲(chǔ)在主站的FLASH內(nèi)，省去了外接存儲(chǔ)芯片，可方便地讀取與顯示。利用人體傳感器并通過(guò)對(duì)進(jìn)出宿舍的人員進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)確定宿舍內(nèi)人數(shù)，并提示鎖門(mén)。采用單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，用以記錄報(bào)警時(shí)間。利用單片機(jī)內(nèi)部的語(yǔ)音模塊實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警，直觀(guān)實(shí)用。這種控制方案充分利用了單片機(jī)的片內(nèi)資源，使用外部器件少，簡(jiǎn)單實(shí)用。
2.3 煙霧探測(cè)模塊
采用MQ-2煙霧傳感器，它具有探測(cè)范圍廣，靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性?xún)?yōu)，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，配以簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路即可實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè)。煙霧傳感器電路如圖2所示。當(dāng)未檢測(cè)到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出低電平；當(dāng)傳感器檢測(cè)到煙霧信號(hào)時(shí)，比較器輸出5 V高電平，報(bào)警器動(dòng)作。
圖2 煙霧傳感器結(jié)構(gòu)
2.4 人體紅外探測(cè)模塊
采用芯片BISS0001配以熱釋電紅外傳感器KBS-6B和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式紅外人體傳感器。加裝菲涅爾透鏡大大提高了檢測(cè)范圍，很好的滿(mǎn)足了人體檢測(cè)需求。當(dāng)有人從熱釋電傳感器通過(guò)時(shí)，BISS0001的V.口輸出一正向脈沖，報(bào)警器動(dòng)作。電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 釋熱電紅外傳感器結(jié)構(gòu)
2.5 人員進(jìn)出檢測(cè)設(shè)計(jì)
采用前后放置的兩個(gè)紅外光電開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)順序的檢測(cè)確定人員進(jìn)/出宿舍。當(dāng)有人出宿舍時(shí)控制信號(hào)1先置高，然后控制信號(hào)2置高，通過(guò)對(duì)時(shí)序的判斷即可得出人員外出的結(jié)論。有人進(jìn)入時(shí)同理。檢測(cè)電路如圖4所示。
圖4 人員進(jìn)出檢測(cè)電路圖
2.6 貴重物品檢測(cè)設(shè)計(jì)
為達(dá)到貴重物品檢測(cè)的要求，將一單調(diào)諧回路諧振放大器至于卡片內(nèi)，卡片掛在貴重物品上，卡片向外發(fā)出射頻信號(hào)，當(dāng)其出入宿舍時(shí)，與副邊線(xiàn)圈發(fā)生諧振，負(fù)載電壓發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)負(fù)載的檢測(cè)即可記錄人員進(jìn)出情況。電路如圖5所示。
圖5 貴重物品檢測(cè)電路圖
3 程序設(shè)計(jì)
主站系統(tǒng)加電后進(jìn)行初始化并要求輸入密碼，密碼輸入正確即可對(duì)火災(zāi)、貴重物品、鍵盤(pán)等進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控的情況作出相應(yīng)的處理。從站加電初始化后即開(kāi)始對(duì)各個(gè)傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。其程序流程如圖6所示。
圖6 主程序流程圖
4 測(cè)試數(shù)據(jù)與分析
4.1 測(cè)試儀器
測(cè)試儀器及型號(hào)如表1所示。
4.2 測(cè)試方法及測(cè)試數(shù)據(jù)
測(cè)試方法及測(cè)試數(shù)據(jù)如表2、表3所示。
表2的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，煙霧傳感器性能良好。
表3顯示的測(cè)試數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。
5 結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求。主要?jiǎng)?chuàng)新是加入了語(yǔ)音報(bào)警功能，更加實(shí)用；加入從站搜索功能，可以實(shí)時(shí)顯示各從站的工作狀態(tài)；加入無(wú)人看守功能，并能在特定時(shí)段發(fā)現(xiàn)人員活動(dòng)后立即發(fā)出報(bào)警；加入時(shí)鐘功能，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定和顯示。