基于SPCE061A的智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了基于SPCE061A的智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煙霧檢測、人體熱釋電紅外檢測、貴重物品檢測和人員進(jìn)出檢測等功能，通過無線通信模塊能將報(bào)警信號上傳到主站，并及時(shí)報(bào)警。重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件原理及軟件流程圖。測試表明，系統(tǒng)工作良好，可用于房間的安防。

關(guān)鍵詞：SPCE061A；防火；防盜；報(bào)警系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，房間的安防方式也進(jìn)行不斷的變化，傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端，比如當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，防護(hù)鐵門、鐵欄桿就會(huì)成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)，便能很好地解決此類問題。文中設(shè)計(jì)了一種智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)，在單片機(jī)控制下可自動(dòng)檢測非法入侵人員、室內(nèi)煙霧、指定物品的在位等信息，因此可以對房間內(nèi)的盜竊、火災(zāi)和貴重物品丟失等不安全因素進(jìn)行監(jiān)控，如有險(xiǎn)情可迅速提醒管理人員，及時(shí)解決突發(fā)事件，給房間安全帶來保障。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

經(jīng)過對不同方案的比較分析，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)由信號檢測、控制器、無線通信及顯示和語音等模塊組成。其中，信號的檢測由從控制器控制，可布防在各個(gè)房間內(nèi)，主控制器及其附屬設(shè)施位于管理中心，由管理人員掌控。最底層是各傳感器，負(fù)責(zé)各種信號的采集和轉(zhuǎn)換，獲得的信號在所屬從控制器的控制下由無線通信模塊上傳到管理中心的主控制器，實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示和語音提示。

凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)內(nèi)置有2K字的SRAM和32K字的內(nèi)存FLASH，能滿足系統(tǒng)存儲(chǔ)密碼及各類數(shù)據(jù)的要求，且CPU時(shí)鐘頻率高達(dá)49．1 52MHz，能保證響應(yīng)的快速性。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)置的語音處理模塊可方便實(shí)現(xiàn)各種提示語音，更提高了系統(tǒng)人機(jī)的友好性，因此主從控制器均采用了16位單片機(jī)SPCE061A。從控制器控制的煙霧、熱釋電紅外和光電傳感器分別進(jìn)行煙霧檢測、人體紅外檢測和人員進(jìn)出情況檢測，射頻接收器進(jìn)行貴重物品檢測。采集的數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊上傳到主控制器，主控制器按設(shè)定程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并發(fā)出語音提示、報(bào)警、顯示人員進(jìn)出情況記錄等。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2．1 煙霧探測模塊

煙霧探測模塊采用MQ-2煙霧傳感器并配以驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)，它具有探測范圍廣，靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性優(yōu)，壽命長等優(yōu)點(diǎn)。煙霧傳感器的內(nèi)部電阻隨著煙霧濃度的變化而變化，因此要將其轉(zhuǎn)化為變化的電平信號，通過電壓比較器LM339和相應(yīng)的分壓電阻構(gòu)成，電路如圖2所示。當(dāng)未檢測到煙霧信號時(shí)，比較器的負(fù)端輸入為2．5 V，正端為1．2 V左右，比較器輸出低電平；當(dāng)傳感器檢測到煙霧信號時(shí)，比較器的正端輸入變?yōu)?～5 V，輸出高電平，產(chǎn)生火災(zāi)報(bào)警信號。

2．2 熱釋電人體紅外探測模塊

熱釋電紅外傳感器是一種高靈敏度探測元件，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，在探測器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70 dB以上，這樣就可以測出10～20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。該模塊由熱釋電紅外傳感器KBS-6B和BISS0001集成電路及少量外接元器件構(gòu)成。電路如圖3所示。當(dāng)有人從熱釋電傳感器附近通過時(shí)，BISS0001的OUT口輸出一正向脈沖，產(chǎn)生人體報(bào)警信號。

CDS1為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，CDS1的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號。JP1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)JP1與VCC端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式，此時(shí)只要有人在就不停觸發(fā)而產(chǎn)生報(bào)警信號，可提高電路可靠性；當(dāng)JP1與GND端連通時(shí)，則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R33和CY2的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R13、RT1和CY1的大小調(diào)整。

2．3 人員進(jìn)出檢測模塊

圖4為人員進(jìn)出檢測電路，由激光器、光敏電阻和信號調(diào)理電路構(gòu)成了光電傳感器。激光器LASER和光敏電阻W1分別安裝在門的左右兩側(cè)，當(dāng)有人進(jìn)出時(shí)由于遮擋使比較器的正輸入端電壓變化，從而port端口產(chǎn)生觸發(fā)信號。為了區(qū)分進(jìn)和出，在門框內(nèi)外兩側(cè)各裝一組傳感器，由控制器通過對兩組信號時(shí)序的判斷即可得到人員進(jìn)和出的信息。如果是房間最后一名離開者提示鎖門。

2．4 貴重物品檢測模塊

貴重物品的檢測采用射頻收發(fā)模塊，其中發(fā)射機(jī)(子機(jī))附在貴重物品上，接收機(jī)(母機(jī))與從控制器相連，正常情況下，子機(jī)與母機(jī)相隔距離小于設(shè)定范圍，母機(jī)能收到子機(jī)發(fā)來的信號，但當(dāng)子機(jī)與母機(jī)的距離大于設(shè)定范圍時(shí)，母機(jī)收不到子機(jī)發(fā)來的信號而立即向從控制器發(fā)出丟失報(bào)警信號。由于電路采用了FT2262／PT2272編解碼集成芯片及專用的315MHz的無線收發(fā)模塊，使電路簡單，性能穩(wěn)定，功耗低，體積小，便于置人防丟物品中。

2．5 無線通信模塊

無線通信模塊采用Nordic公司的無線數(shù)字傳輸芯片nRF2401。它是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2．4GHz ISM頻段，支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過1 Mbps。芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置，芯片功耗非常低，沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。電路如圖5所示。

主控制器SPCE061A通過改變PWR_UP、CE和CS三個(gè)引腳的狀態(tài)選擇合適的工作方式，通過CLK1和DATA發(fā)送或者讀取數(shù)據(jù)，DR1引腳是一個(gè)狀態(tài)引腳，它的狀態(tài)表示nRF2401是否已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。當(dāng)nRF2401沒有接收到數(shù)據(jù)時(shí)，DR1引腳輸出低電平，收到數(shù)據(jù)時(shí)跳變?yōu)楦唠娖?，直到控制器將其接收緩存中的?shù)據(jù)讀走后，才會(huì)恢復(fù)為低電平，可以作為通知控制器取數(shù)據(jù)或者發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括主控軟件和從控軟件，從控軟件主要是控制各種傳感器并處理信息，主控軟件主要是對從控制器管理與通信。主控制器系統(tǒng)加電后進(jìn)行初始化并要求輸入密碼，密碼正確即可對各從控制器進(jìn)行搜索，并根據(jù)搜索信息情況作出相應(yīng)的處理。從控制器加電初始化后即開始對個(gè)傳感器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。軟件流程圖如圖6所示。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)利用多傳感器檢測，基于單片機(jī)通過軟件設(shè)計(jì)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了對房間內(nèi)火災(zāi)、非法入侵、貴重物品丟失以及人員進(jìn)出情況的報(bào)警，具有智能化、自動(dòng)化特點(diǎn)。該系統(tǒng)可應(yīng)用于學(xué)生宿舍、員工辦公室、實(shí)驗(yàn)室及倉庫等需要實(shí)時(shí)監(jiān)測的場所，為房間的安防提供了一種可行方案。