基于ARM的智能化公寓安防測控系統(tǒng)設(shè)計

縱觀目前校園安防的現(xiàn)狀，無論高校還是中小學(xué)校都不容樂觀，學(xué)生在學(xué)校寢室里物品被盜以及學(xué)生使用電器不當(dāng)引起火災(zāi)，是高校管理中的一個“大問題”。隨著傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)的調(diào)整發(fā)展，為學(xué)生公寓的現(xiàn)代化動態(tài)管理，提升學(xué)生公寓的居住安全性，把安全事故控制在最低限，解除學(xué)業(yè)生和學(xué)校的后顧之憂提供了可能。本文遵循可靠性、獨立性、安全性、聯(lián)動性、擴展性、實用性、經(jīng)濟性的原則設(shè)計出一個基于ARM的學(xué)生公寓智能安防測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由采集終端和異地集中控制終端兩部分組成，兩者通過RS232總線進(jìn)行串行通信，可實現(xiàn)異地控制和多終端網(wǎng)絡(luò)同步控制，不僅具有人體檢測、煙霧檢測、聲光報警、鍵盤密碼解警、以及宿舍內(nèi)貴重物品進(jìn)出情況記錄等功能，且具有電路設(shè)計簡單，可靠性高，針對性強，人機交互友好，成本低的特點。

1.系統(tǒng)組成及基本原理

本系統(tǒng)由多個宿舍監(jiān)控站和一個樓管站組成，示意圖如圖1所示。宿舍監(jiān)控站安裝在宿舍需要防范的部位，完成宿舍里不現(xiàn)探測區(qū)域內(nèi)的各種災(zāi)情發(fā)生前的各種參數(shù)（如人體熱釋電紅外信號，火災(zāi)煙霧濃度）等的可靠探測，并通過RS232總線傳輸?shù)綐枪苷尽枪苷驹O(shè)在值班區(qū)域，為方便查詢，存儲功能等，采用PC機實現(xiàn)，通過PC機上顯示的信息監(jiān)控各個宿舍，以便及時報警并通知管理員采取相應(yīng)的措施。

圖1 系統(tǒng)示意圖

宿舍監(jiān)控站由各種探測器、微處理器、聲光報警、顯示及接口電路組成，其框圖如圖2所示。采用人體探測器實現(xiàn)監(jiān)測人體非法侵入和人員進(jìn)出信息：采用紅外探測器和煙霧傳感器實現(xiàn)火災(zāi)現(xiàn)場信息的采集：采用磁傳感器實現(xiàn)監(jiān)測貴重物品移動信息。其工作流程如下：微處理器通過對數(shù)據(jù)采集模塊提供的信息，按照預(yù)先設(shè)定的程序處理和保存，同時將盜竊情況、火災(zāi)情況實現(xiàn)聲光報警，并通過RS232接口發(fā)送到異地PC管理終端。

樓管站由主控計算機，通信接口芯片、監(jiān)控管理軟件、鋪設(shè)總線及電源組成。其T作過程為：樓管站通過主控計算機顯示的信息監(jiān)測宿舍監(jiān)控站的情況，當(dāng)宿舍監(jiān)控站發(fā)來報警信息時對其進(jìn)行保存和處理，并通知管理員采取必要的措施。

圖2 宿舍監(jiān)控站總體框圖

2 硬件電路設(shè)計

由于樓管站的功能主要由監(jiān)測管理軟件實現(xiàn)，因此系統(tǒng)的電路設(shè)計主要是宿舍監(jiān)控站的電路設(shè)計。

主控模塊：本系統(tǒng)采用基于ARM的Easyarm LM3S1138作為主控制模塊芯片，用于處理和保存數(shù)據(jù)采集模塊送來的信息。Easyarm LM3S1138[5]具有32位代碼指令、32位地址總線、34個中斷源、共64 KB單周期Flash、16 KB單周期SRAM、尋址范圍32位地址寬度，兩個同步串行端口(SSI)、3個完全可編程的串口、ADC以及多個GPIO．且具有豐富的內(nèi)部資源，其高性能的32位運算能力可以輕松控制整個系統(tǒng)，同時其低功耗、低成本符合應(yīng)用環(huán)境，尤其是其具有豐富的中斷源為接收采集器的數(shù)據(jù)提供了很大的方便。

紅外探測模塊：采用E18-D80NK紅外避障傳感器，該模塊南門外紅外壁障、門內(nèi)紅外壁障兩個傳感器裝置并排組成。

當(dāng)有人進(jìn)入時，門外裝置先被遮住并檢測到信號，傳送低電平信號至主控芯片，門內(nèi)開關(guān)冉被遮住檢測到信號，傳送低電平門至主控芯片，當(dāng)門內(nèi)、外兩側(cè)傳感器電平信號均消失后，即為該終端檢測到進(jìn)入一人，若人離開房間，原理相反。

人體檢測模塊：主要采用DYP-ME003人體感應(yīng)模塊，當(dāng)人數(shù)紀(jì)錄為零時開啟該模塊電路。若有人進(jìn)入感應(yīng)范圍則輸出高電平，聲光模塊報警：若人進(jìn)門之前通過鍵盤輸入正確密碼解鎖，聲光模塊停止報警，實現(xiàn)防盜功能。如若計數(shù)器為零且門開關(guān)電路為斷開時，該模塊輸出高電平，聲光模塊報警，實現(xiàn)門鎖提示功能。

煙霧檢測模塊：主要采用GH-312煙霧感應(yīng)模塊，可以檢測到有害氣體和煙霧的產(chǎn)生。當(dāng)室內(nèi)煙霧超出閾值時輸出高電平，由ARM處理使聲光模塊報警，實現(xiàn)防火功能。

貴重物品檢測模塊：該模塊采用SEN-65磁感應(yīng)器，可檢測到貼有特定磁條的物體。當(dāng)有人攜帶貼有磁性標(biāo)簽的貴重物品離開房間時，磁感應(yīng)裝置檢測到并向主控模塊發(fā)出高電平，控制器使報警系統(tǒng)工作，實現(xiàn)檢測貴重物品進(jìn)出情況的功能。

通信模塊：系統(tǒng)通信模塊采用程控電阻通信協(xié)議，ARM和PC之間通過MAX232完成電平轉(zhuǎn)換。對安裝好的系統(tǒng)設(shè)置通信的基本參數(shù)，如表1所示。

表1基本參數(shù)取值

電路原理圖如圖3所示。

圖3 電路原理圖

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計是采用C語言和IAR系統(tǒng)嵌入式Workbench 工具同實現(xiàn)的。WorkbenCh 工[6]具是一種用于開發(fā)應(yīng)用各種不同日標(biāo)處理器的靈活的集成環(huán)境。它提供了一個方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試。嵌入式Workbench支持多種不同的目標(biāo)處理器，用戶用不同的日標(biāo)處理器開發(fā)的工程(Projects)可以在工程的基礎(chǔ)上逐個規(guī)定日標(biāo)工程。

3.1  宿舍監(jiān)控站的軟件設(shè)計

宿舍監(jiān)控站主要進(jìn)行信息（人體探測器獲得的人體非法入侵信息和人員進(jìn)出信息、用紅外探測器和煙霧傳感器捕捉到的現(xiàn)場火災(zāi)信息、由磁傳感器捕捉到的貴重物品移動信息采集，數(shù)據(jù)采集的軟件流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集軟件流程圖

3.2 樓管站的軟件設(shè)計

樓管站利用人機界面上顯示的各個宿舍監(jiān)控站上傳的信息來監(jiān)測各宿舍站的情況，利用串口實現(xiàn)與宿舍監(jiān)控站之間的數(shù)據(jù)傳輸，接收宿舍監(jiān)控站發(fā)來的報警信息，對其保存和處理，同時通知管理員采取必要的措施。樓管站數(shù)據(jù)處理的流程圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)處理軟件流程圖

樓管站采用串口通信，利用PC上位機的人機界面實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中各報警系統(tǒng)安防狀態(tài)的實時查詢并顯示，并記錄安防情況以供查詢，其中人機界面是在VC開發(fā)環(huán)境[7]下開發(fā)的，如圖6所示。

圖6人機界面

4  系統(tǒng)實現(xiàn)及測試

該系統(tǒng)主要由室內(nèi)熱釋電傳感器及煙霧傳感器，紅外避障裝置，ARM控制器和PC電腦6部分組成。其中控制器部分置于門外右框架離地大約155 cm的地方，方便人員輸入密碼解鎖，兩個紅外避障傳感器則并排在右側(cè)門框兩側(cè)離地大約145 cm的地方，磁感應(yīng)模塊置于門框右側(cè)離地120 cm的位置，房梁上放置室內(nèi)煙霧傳感器，左側(cè)門框離地160 cm的地方放置室內(nèi)熱釋電傳感器，主控器通過RS232總線與PC相連，實現(xiàn)異地監(jiān)控，系統(tǒng)安裝圖如圖7所示。然后對系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行測試，具體結(jié)果如表2、3所示。

圖7  系統(tǒng)安裝圖

表2風(fēng)、光對檢測角度的影響測試結(jié)果

表3風(fēng)、光對檢測距離的影響測試結(jié)果

測試結(jié)果表明：在有風(fēng)、無風(fēng)自然光條件下的最大平均檢測角度分別為70.2。和100.8。，平均最大檢測距離分別為5.5 m和7 m;而在無風(fēng)情況下，強光對最大檢測角度及最大檢測距離影響均較大。

5 結(jié)束語

通過對系統(tǒng)功能與性能測試，結(jié)果表明本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了人體檢測、聲光報警、密碼輸入解警、進(jìn)出人員計數(shù)、最后人員出門時的鎖門提示、貴重物品出人檢測、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)裙δ埽揖哂须娐吩O(shè)計簡單、可靠性高、人機交互友好和成本低的特點，符合學(xué)生公寓智能化管理的需求，有助于提升學(xué)生公寓的安全性，解決學(xué)校和學(xué)生的后顧之憂。但是本系統(tǒng)還存在一些不足，如本系統(tǒng)采用有線傳輸，當(dāng)有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷時，采集的數(shù)據(jù)無法及時傳輸?shù)奖O(jiān)測終端，不能及時報警，兇此系統(tǒng)還有待于繼續(xù)完善。

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