摘 要：本設(shè)計以51單片機為核心，實現(xiàn)了人體紅外感應，煙霧感應，聲光報警，鍵盤密碼解警，局域網(wǎng)內(nèi)異地監(jiān)控，遠程電話報警，宿舍人員流動情況統(tǒng)計，宿舍無人提示鎖門，記錄宿舍內(nèi)安防情況，監(jiān)控點多路監(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、實用的宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)。　　本系統(tǒng)通過12864實時顯示宿舍內(nèi)煙霧、人員流動情況，經(jīng)NRF24L01無線模塊將各個宿舍安防信息傳送至樓管室，樓管室內(nèi)總機通過與上位機通信，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)絡在異地了解宿舍內(nèi)安防情況。另外，當有意外情況發(fā)生時，可撥打宿舍人員電話通知意外情況的發(fā)生，并立即發(fā)出報警和求助信息，通過密碼鍵盤解除警報。以微弱電磁感應來檢測宿舍內(nèi)貴重物品的出入情況?！　?b>關(guān)鍵字：單片機；局域網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控；遠程電話報警；無線多路監(jiān)控 一、方案比較、設(shè)計與論證1.1總體設(shè)計方案　　基于設(shè)計要求，系統(tǒng)可分為人體紅外感應，煙霧感應，聲光報警，鍵盤密碼解警，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)異地監(jiān)控，遠程電話報警，宿舍人員流動情況統(tǒng)計，宿舍無人提示，宿舍一周內(nèi)安防情況記錄，監(jiān)控點多路監(jiān)控，貴重物品出入宿舍檢測模塊。為實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，需對各模塊進行論證。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，在一棟宿舍樓內(nèi)通過APMserv建立一臺主機服務器，宿舍內(nèi)人員可通過登錄相應IP進入用戶監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控本宿舍安防情況。此方案耗費低，實時性強，操作簡單，且容易在學校內(nèi)實現(xiàn)。配合電話撥號報警功能，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人體，當有人走過時，會產(chǎn)生高低電平變化，單片機接收到電平變化后，將信號進行處理，儲存為人員流動情況。但此方案對于人體的進入及外出無法辨別，且由于人體熱釋紅外傳感器的特性，高電平需持續(xù)一段時間。若此時間段內(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：采用兩個光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當有人自門外走向門內(nèi)時，門外的光電開關(guān)先有反應，當人進入后門內(nèi)光電開關(guān)再有反應：而當有人自門內(nèi)走向門外時，反應時間恰好相反。根據(jù)這個時間差將兩個光電開關(guān)的信號傳入單片機，單片機進行處理后辨別進入還是外出人員，從而對進入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進行記錄。此方案實現(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)進行判斷宿舍是否有人，根據(jù)光電開關(guān)記錄下的進入人數(shù)及外出人數(shù)，兩數(shù)之差，當差值為零同時進入人數(shù)不為零時，表示此時外出的人員為宿舍內(nèi)最后一名人員。這時觸發(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對安防信息進行記錄，通過單片機外接ROM，每隔一秒進行一次寫操作，每隔一周對EEPROM進行一次清零操作。當有意外情況發(fā)生時，將寫入值計一次數(shù)。另外外部設(shè)置一個按鍵，當要查看記錄值時可通過按鍵查看一周內(nèi)宿舍內(nèi)的安防情況。此方案可記錄時間長，掉電后可繼續(xù)保持記錄數(shù)據(jù)。1.7網(wǎng)絡化控制模塊　　利用NRF24L01進行無線數(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?？蓪崿F(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　　利用微弱電磁感應技術(shù)，在每件貴重物品上粘貼鋼磁片，同時在門口安裝由霍爾元件構(gòu)成的霍爾電磁感應器。當帶有鋼磁片的貴重物品出入時，霍爾電磁感應器感應到物品出入，及時報警。此方案成本低廉，可靠性高，操作簡單。二、單元模塊設(shè)計2.1人體紅外感應模塊　　采用DYP-ME003構(gòu)成人體感應門口，其基于紅外線技術(shù)，當人進入其感應人進入其感應范圍則輸出高電平， 人離開感應范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。檢測距離可達7米。如下圖2即為其感應范圍圖。 圖2 人體熱釋紅外傳感器感應范圍2.2煙霧感應模塊　　采用MQ-2煙霧傳感器，其測量范圍廣，靈敏度高，恢復時間短等優(yōu)點使其成為檢測煙霧的首選傳感器。當單片機接收到煙霧感應值后，立即產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報警電路，產(chǎn)生報警信號。煙霧感應模塊的電路圖如圖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“#”后確認輸入的密碼數(shù)。當密碼輸入錯誤三次以上時，報警模塊開始響應，產(chǎn)生報警信息。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）實現(xiàn)實時監(jiān)控宿舍內(nèi)情況，只需設(shè)定好主機地址，然后登陸設(shè)定的服務器地址：如192.168.103.61，并將VB編程界面保存到預設(shè)文件夾下，即可隨時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　　采用兩個光電開關(guān)安置在門內(nèi)外兩側(cè)的墻壁內(nèi)，當有人自門外走向門內(nèi)時，門外的光電開關(guān)先有反應，當人進入后，門內(nèi)光電開關(guān)再有反應：而當有人自門內(nèi)走向門外時，反應時間順序恰好相反。根據(jù)這個時間差將兩個光電開關(guān)的信號傳入單片機，單片機進行處理后辨別進入還是外出人員，從而對進入宿舍，外出宿舍及剩余人數(shù)進行記錄。下圖6為進入人數(shù)流程圖，外出人數(shù)流程圖相同。圖6 進入人數(shù)統(tǒng)計流程圖2.6宿舍無人提示鎖門模塊　　采用ISD4004語音芯片，在無人時自動提示最后離開宿舍的人員及時鎖好門窗。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遠程電話報警模塊　　此模塊包括電話報警觸發(fā)裝置與撥號報警裝置，電話報警觸發(fā)裝置采用解碼芯片為PT2272的無線發(fā)射與接收模塊。撥號報警裝置利用電話自帶的重撥功能設(shè)定好報警電話。當接收到來自單片機的控制信號時置位無線發(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)重撥按鍵，即可撥打預設(shè)電話進行報警。遠程電話報警流程圖如圖9所示。圖9 遠程電話報警流程圖2.9網(wǎng)絡化控制模塊　　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，具有自動應答和自動重發(fā)功能。是應用SIP接口控制的半雙工收發(fā)一體設(shè)備。發(fā)射時執(zhí)行發(fā)射段程序?qū)ν獍l(fā)送安防情況，接收時執(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為其與單片機接線圖。圖10 NRF24L01與單片機連接電路圖 圖11NRF24L01接收程序圖2.10監(jiān)控點多路監(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)，當某個宿舍有意外情況發(fā)生時宿管可在樓管室內(nèi)隨時接收到某個宿舍的報警狀況。并可通過無線數(shù)據(jù)傳輸解除報警信息。同時將主機內(nèi)信息通過VB串口通信傳至服務器內(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技術(shù)，在每個貴重物品上粘貼一片鋼磁片，同時在宿舍門口墻壁內(nèi)安裝霍爾電磁感應器，即電磁型霍爾開關(guān)。當有電磁感應信號產(chǎn)生時，向單片機內(nèi)傳入信號。單片機經(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、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，用萬用表檢測當有人出現(xiàn)時，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煙霧傳感器檢測到煙霧時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)登陸服務器IP：192.168.103.61，查看能否查詢各個宿舍的安防情況。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，需要宿舍內(nèi)人員進出宿舍數(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入人數(shù)與外出人數(shù)調(diào)整為相同。測試當最后一個人走出門時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按鍵來查看記錄內(nèi)容，當按下按鍵后，測試能否查看正確安防記錄數(shù)值。當有意外情況發(fā)生時是否能正確存儲安防信息。3.8監(jiān)控點無線數(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。通過主機編寫入發(fā)送程序，子機出編寫入接收程序。測試能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否缺失及傳輸距離有多遠。3.9監(jiān)控點多路監(jiān)控　　監(jiān)控點多路監(jiān)控的測試，需要在多個宿舍之間進行。模擬兩個宿舍之間進行，當兩個宿舍中一個發(fā)生意外狀況時，測試能否及時向樓管室主控機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)能否準確檢測到物品進出宿舍情況。四、系統(tǒng)功能、指標，結(jié)果分析 4.1 人體熱釋紅外傳感器模塊　　測得最大感應距離7米，當有人走進其測量范圍時信號端輸出高電平。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　　測得當將煙霧傳感器伸入煙霧收集瓶內(nèi)時，煙霧傳感器信號輸出端會輸出3.3V的高電平。持續(xù)時間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，靈敏度高，輸入設(shè)定的密碼可成功確認。能夠滿足系統(tǒng)所需要求。4.4 局域網(wǎng)搭建　　利用APMserv搭建好服務器后，在任意一臺能接入局域網(wǎng)的電腦上登錄服務器IP例如：192.168.103.61。即可在瀏覽器中查看到樓管室主機上的記錄信息。4.5 宿舍人員流動情況記錄　　當有人員連續(xù)進出宿舍時，12864液晶顯示器上可實時反應人員流動情況，進入人數(shù)，外出人數(shù)與剩余人數(shù)均能正常顯示，符合設(shè)計要求。4.6 宿舍無人鎖門提示　　當12864液晶顯示上剩余人數(shù)為零而進入人數(shù)不為零時，語音ISD4004被觸發(fā)開始工作，播放錄制好的“請鎖好門窗，打開報警功能，謝謝！”提示。提醒宿舍人員及時鎖好門窗。4.7 宿舍安防情況記錄　　當出現(xiàn)非法入侵人員或煙霧報警時，開始向AT24C02中寫入一次計數(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)控點多路監(jiān)控　　利用煙霧收集瓶收集到煙霧來模擬火災的發(fā)生，當在兩個宿舍模擬火災發(fā)生時，可在樓管室主機上立即接收到各宿舍火災情況。當有非法入侵者進入宿舍時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　　當霍爾電磁感應器感應到來自貴重物品的鋼磁片產(chǎn)生的磁場，從而觸發(fā)蜂鳴器報警，從而檢測出貴重物品進出宿舍的情況。經(jīng)測試，效果良好。五、設(shè)計總結(jié)　　本系統(tǒng)以51單片機為核心，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，遠程電話報警，互聯(lián)網(wǎng)服務器搭建，光電開關(guān)，人體熱釋紅外傳感器，煙霧傳感器，霍爾電磁感應器，VB與AMPserv兩款軟件并配合軟件算法實現(xiàn)了設(shè)計的要求：5.1 基本部分：人體檢測及聲光報警；煙霧檢測及聲光報警；用鍵盤輸入完成解警；實現(xiàn)異地監(jiān)控；能反映宿舍人員的進出情況及人數(shù)情況；宿舍無人時提示鎖門。5.2 發(fā)揮部分：人體檢測范圍7米；能記錄最近一段時間宿舍內(nèi)安防情況；實現(xiàn)網(wǎng)路控制；有監(jiān)控點控制多個宿舍；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；增加上位機通信，將宿舍安防信息采集到主機服務器中；利用服務器組件軟件，構(gòu)建以校園為單位的網(wǎng)絡。附錄一、系統(tǒng)總體流程圖