主頁 > 新聞動態(tài) > 智能防盜防火報警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與軟硬件設計及功能測試 2021-12-13

智能防盜防火報警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與軟硬件設計及功能測試

當前，學生宿舍被盜以及發(fā)生火災的事件普遍存在，極大地危脅到學生的人身安全及財產(chǎn)安全。如何有效地對宿舍進行實時監(jiān)控，降低宿舍安全隱患是亟須探討的一個問題。而宿舍智能防盜防火報警系統(tǒng)能夠在宿舍被盜及發(fā)生火災時及時報警，降低損失�；诖耍P者對其設計展開研究。
一、設計整體結(jié)構(gòu)
本次報警系統(tǒng)的設計涵蓋了軟件和硬件兩部分，其中對硬件主要進行各種參數(shù)的設計和電路設計，對軟件的設計主要針對報警系統(tǒng)主程序和子程序開展。本次設計的流程圖如圖1 所示。
本次設計，結(jié)構(gòu)組件包含了AD 數(shù)據(jù)采集、STC89C51型號單片機、報警控件、煙霧感應組件等�？傮w框圖如圖2所示。

圖1 報警系統(tǒng)流程圖

圖2 本次設計總體框圖
1.結(jié)構(gòu)物件的選型
1）控制器單片機部分。本次設計采用英特爾公司推出的51 系列，該系列包含了8051 和8031，近年來已經(jīng)從SCM 階段發(fā)展至SoC 階段，其中8051 具備眾多優(yōu)點，例如性能強大，反應快，具備較強的可靠性，因此，本次設計選用8051 型號單片機。
2）煙霧傳感器組件。煙霧傳感器在本次設計中主要負責利用煙霧的濃度將其從模擬信號進行電信號的轉(zhuǎn)換，隨后系統(tǒng)依據(jù)電信號電壓的大小來判斷環(huán)境煙霧濃度，從而達到系統(tǒng)的監(jiān)測以及報警功能。本次設計采用的傳感器為MQ2，MQ2 傳感器隸屬于N 型半導體氣體傳感器，其優(yōu)點包含恢復迅速，靈敏度高，響應快速，輸出穩(wěn)定，使用壽命長，可執(zhí)行高強度的工作等。
3）人體紅外傳感器。本次設計采用DYPMT003 人體感應模塊，這是一種基于紅外技術(shù)，低功率耗能少、可靠性高靈敏高、低電壓的操作系統(tǒng)，目前在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應用于感應電氣設備。
4）溫度傳感器。本次設計選用DS18B20 溫度傳感器。溫度傳感器是一種可感知溫度，同時將感知到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、輸出的系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)模塊設計
本次報警系統(tǒng)包含四個模塊組件，防盜防火報警系統(tǒng)功能模塊示意圖如圖3 所示。

圖3 防盜防火報警系統(tǒng)功能模塊示意圖
本次系統(tǒng)包含煙霧監(jiān)測、溫度監(jiān)測、紅外監(jiān)測、緊急事件四大報警功能模塊。
1）煙霧監(jiān)測模塊功能設計。當煙霧傳感器對宿舍進行監(jiān)測期間，會對宿舍內(nèi)的煙霧濃度進行監(jiān)測，同時將濃度直通預先設置好的煙霧濃度閥值以進行對比，這種對比有兩種結(jié)果：一種是大于閥值，另一種是小于閥值。當環(huán)境內(nèi)的煙霧濃度大于閥值，煙霧傳感器就會向單片機傳送模擬信號，單片機對信號進行處理后向蜂鳴器發(fā)送信號，蜂鳴器根據(jù)信號指令開啟報警功能，同時轉(zhuǎn)動風扇，開啟排煙換氣功能；如果監(jiān)測到的煙霧濃度小于閥值，那么傳感器就會始終處于對宿舍煙霧濃度的監(jiān)測狀態(tài)。
2）溫度監(jiān)測功能模塊設計。由溫度傳感器來對宿舍環(huán)境的溫度進行監(jiān)測，同時將數(shù)據(jù)同溫度傳感器閥值進行比較，比較結(jié)果同樣包含兩種，即大于報警閥值或小于報警閥值。一旦宿舍內(nèi)的煙霧濃度大于報警閥值，溫度傳感器就會向單片機傳送模擬信號，單片機對信號處理轉(zhuǎn)換后，向蜂鳴器發(fā)出信號，蜂鳴器接收指令開啟報警功能；如果監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)小于閥值，那么溫度監(jiān)測傳感器就會始終處于監(jiān)測狀態(tài)。
3）紅外監(jiān)測功能模塊設計。本次設計中的紅外監(jiān)測功能模塊負責監(jiān)測宿舍是否有人進入，監(jiān)測狀態(tài)分為兩種，一種是非布防，一種是布防。如果在布防的狀態(tài)下監(jiān)測到有人進入宿舍，紅外傳感器就會向單片機傳輸監(jiān)測信號，單片機進行信號轉(zhuǎn)換后向蜂鳴器發(fā)起指令，從而引發(fā)紅外警報；在非布防狀態(tài)下，紅外監(jiān)測功能處于休眠的狀態(tài)，進而一定程度上節(jié)省電能。
4）緊急事件功能模塊設計。該模塊負責當宿舍的人員遇到緊急突發(fā)事件時，手動點擊報警鍵，開啟報警功能。

圖4 單片機主控電路示意圖
二、系統(tǒng)設計硬件部分
1.主控制模塊
本次設計中單片機主控電路示意圖如圖4 所示。針對智能防盜防火報警系統(tǒng)的設計，最小系統(tǒng)包括單片機時鐘電路和復位電路。
其中復位電路負責對單片機進行初始工作狀態(tài)的判斷，從而完成自身的啟動狀態(tài)，當單片機運行過程中，受到來自外部環(huán)境的干擾，可以利用復位鍵，讓內(nèi)部程序進行重新啟動。包括兩種方式，一種是手動，一種是自動復位，本次設計的防盜防火智能報警系統(tǒng)，采用手動按鍵復位的形式，其復位原理是利用連接上拉電阻，將輸出電瓶升高，從而完成復位。
2.煙霧AD 數(shù)據(jù)采集電路設計
本次設計采用MQ2 煙霧傳感器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換采用ADC0832，系統(tǒng)可以利用ADC0832 的轉(zhuǎn)換，得出各種煙霧濃度的電壓等級。
3.顯示模塊設計
本次防盜防火報警系統(tǒng)顯示方面采用LCD1602 液晶顯示屏，能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的直觀展示，用戶操作便捷易懂。
4.聲音報警電路
本次防盜防火報警系統(tǒng)聲音報警電路的實現(xiàn)及實現(xiàn)原理為利用三極管基極串聯(lián)電阻，與單片機的端口進行連接，從而實現(xiàn)對蜂鳴器是否報警的控制。
5.電源模塊
本次設計采用5V 鋰電池作為供電電源，鋰電池具備如下優(yōu)勢：體積小，可重復利用，供電穩(wěn)定。
6.溫度傳感器模塊電路設計
本次設計采用DS18B20 溫度傳感器，該型號充電器設有非易失性電EEPRAM 以及一個便捷內(nèi)存，便捷內(nèi)存負責TH、TL 值的寫入，存儲，隨后對EEPRAM 進行檢查，當DS18B20 轉(zhuǎn)換出的數(shù)值精度的值始終等于1，只有TM 來決定DS18B2 處于測試模式或是工作模式。
7.轉(zhuǎn)換器模塊設計
本次防盜防火報警系統(tǒng)采用ADC0832 轉(zhuǎn)換器，這是一種八位分辨率，并且設有兩個通道的轉(zhuǎn)換芯片，具備著體積小、性價比高、金融性強的特點。單片機與轉(zhuǎn)換器接口電路示意圖如圖5 所示。

圖5 單片機與轉(zhuǎn)換器接口電路示意圖
三、系統(tǒng)設計軟件部分
1.煙霧監(jiān)測功能部分
本次設計的煙霧監(jiān)測功能，煙霧濃度通過K5 設置，K4負責設置煙霧濃度增大，K3 負責設置煙霧濃度降低，當煙霧傳感器監(jiān)測到實際溫度超出預警閥值，蜂鳴器就會報警，點亮發(fā)光，二極管同時啟動風扇開啟排煙功能。
2.溫度監(jiān)測功能部分
本次設計溫度閥值為W30℃，一旦系統(tǒng)監(jiān)測的溫度高于閥值，蜂鳴器就會發(fā)出報警，同時點亮發(fā)光，二極管進行閃爍，開啟風扇轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)降溫。
3.紅外監(jiān)測公共部分
紅外監(jiān)測部分利用K3 進行布防設置，取消布防利用K4 實現(xiàn)，在系統(tǒng)布防狀態(tài)下（HW=ON），一旦監(jiān)測到有人進入數(shù)值就會迅速地從0 變成1。同時單片機指令蜂鳴器進行報警，點亮發(fā)光二極管。
4.緊急事件報警部分
對緊急事件報警部分的軟件設計，利用K2 來進行報警觸發(fā)，使用K1 進行復位，當人員按下緊急報警，按鈕蜂鳴器就會發(fā)出報警，同時點亮發(fā)光二極管并開啟風扇轉(zhuǎn)動功能。
四、防盜防火報警系統(tǒng)功能測試
1.系統(tǒng)功能性測試
對本次設計的防盜防火報警系統(tǒng)進行四個方位的功能測試，在進行煙霧監(jiān)測報警功能測試期間，采取將紙片點燃放在傳感器附近進行觀察的方式。當將點燃的紙片靠近傳感器，顯示屏上的煙霧濃度數(shù)字逐漸增大，等到煙霧濃度超過閥值就會聽見報警器蜂鳴，同時二極管被點亮閃爍，風扇啟動轉(zhuǎn)動，顯示屏數(shù)據(jù)顯示煙霧濃度大于100ppm。
2.傳感器干擾測試
對煙霧傳感器進行測試期間，測試員采用釋放打火機氣體，隨著氣體釋放，越來越多，顯示屏上的數(shù)字越來越大，即證明該傳感器也可以測試有毒氣體的濃度。對紅外傳感器的測試，測試人員先將塑料殼套在紅外傳感器上，隨后使用熱源靠近溫度傳感器，發(fā)現(xiàn)紅外傳感器和溫度傳感器的靈敏度都有所下降，此測試證明在實際應用期間，應該避免將雜物靠近傳感器，從而保持傳感器的靈敏度和精確度。
3.防盜防火報警系統(tǒng)測試結(jié)果
經(jīng)過實驗人員多次對本次設計的測試，其結(jié)果表示本次設計達到了預期要求，實現(xiàn)了對宿舍煙霧溫度紅外和緊急報警的四大功能。
五、結(jié)論
在學校內(nèi)發(fā)生的宿舍失竊事故、火災等事件都會對學生的生命、財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅，所以基于以上背景，作者設計了一種專門應用于學生宿舍的智能防盜防火報警系統(tǒng)，從而通過系統(tǒng)實現(xiàn)對學生宿舍的有效監(jiān)測。

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