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(cè)、人體熱釋電紅外檢測(cè)、貴重物品檢測(cè)和人員進(jìn)出檢測(cè)等功能，通過(guò)無(wú)線通信模塊能將報(bào)警信號(hào)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(cè)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(wèn)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(cè)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(duì)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(lái)保障。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案
    經(jīng)過(guò)對(duì)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(hào)檢測(cè)、控制器、無(wú)線通信及顯示和語(yǔ)音等模塊組成。其中，信號(hào)的檢測(cè)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(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，獲得的信號(hào)在所屬?gòu)目刂破鞯目刂葡掠蔁o(wú)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(yǔ)音提示。

    凌陽(yáng)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(yǔ)音處理模塊可方便實(shí)現(xiàn)各種提示語(yǔ)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(cè)、人體紅外檢測(cè)和人員進(jìn)出情況檢測(cè)，射頻接收器進(jìn)行貴重物品檢測(cè)。采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)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(yǔ)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(cè)模塊
    煙霧探測(cè)模塊采用MQ-2煙霧傳感器并配以驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它具有探測(cè)范圍廣，靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)快，穩(wěn)定性優(yōu)，壽命長(zhǎng)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(hào)，通過(guò)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(cè)到煙霧信號(hào)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(cè)到煙霧信號(hào)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(hào)。

2．2 熱釋電人體紅外探測(cè)模塊
    熱釋電紅外傳感器是一種高靈敏度探測(cè)元件，它能以非接觸形式檢測(cè)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(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，在探測(cè)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(hào)放大70 dB以上，這樣就可以測(cè)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(guò)時(shí)，BISS0001的OUT口輸出一正向脈沖，產(chǎn)生人體報(bào)警信號(hào)。

    CDS1為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)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(hào)。JP1是工作方式選擇開(kāi)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(hào)，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(cè)模塊
    圖4為人員進(jìn)出檢測(cè)電路，由激光器、光敏電阻和信號(hào)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(hào)。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(guò)對(duì)兩組信號(hào)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(kāi)者提示鎖門。

2．4 貴重物品檢測(cè)模塊
    貴重物品的檢測(cè)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(lái)的信號(hào)，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(lái)的信號(hào)而立即向從控制器發(fā)出丟失報(bào)警信號(hào)。由于電路采用了FT2262／PT2272編解碼集成芯片及專用的315MHz的無(wú)線收發(fā)模塊，使電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，功耗低，體積小，便于置人防丟物品中。
2．5 無(wú)線通信模塊
    無(wú)線通信模塊采用Nordic公司的無(wú)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(guò)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(guò)程序進(jìn)行配置，芯片功耗非常低，沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對(duì)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(guò)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(guò)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(méi)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(hào)。

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(duì)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(duì)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(kāi)始對(duì)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(yǔ)
    系統(tǒng)利用多傳感器檢測(cè)，基于單片機(jī)通過(guò)軟件設(shè)計(jì)控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(cāng)庫(kù)等需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所，為房間的安防提供了一種可行方案。