基于SPCE061A的智能防盜防火報警系統(tǒng)

摘要：設計了基于SPCE061A的智能防盜防火報警系統(tǒng)，實現(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出檢測等功能，通過無線通信模塊能將報警信號上傳到主站，并及時報警。重點介紹了系統(tǒng)結構、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。
關鍵詞：SPCE061A；防火；防盜；報警系統(tǒng)

    隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，房間的安防方式也進行不斷的變化，傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端，比如當事故發(fā)生時，防護鐵門、鐵欄桿就會成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報警系統(tǒng)，便能很好地解決此類問題。文中設計了一種智能防盜防火報警系統(tǒng)，在單片機控制下可自動檢測非法入侵人員、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、火災和貴重物品丟失等不安全因素進行監(jiān)控，如有險情可迅速提醒管理人員，及時解決突發(fā)事件，給房間安全帶來保障。

1 系統(tǒng)設計總體方案
    經(jīng)過對不同方案的比較分析，設計的系統(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，可布防在各個房間內(nèi)，主控制器及其附屬設施位于管理中心，由管理人員掌控。最底層是各傳感器，負責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，實時進行顯示和語音提示。

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

2 系統(tǒng)硬件電路設計
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)動電路來實現(xiàn)，它具有探測范圍廣，靈敏度高，響應恢復快，穩(wěn)定性優(yōu)，壽命長等優(yōu)點。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和相應的分壓電阻構成，電路如圖2所示。當未檢測到煙霧信號時，比較器的負端輸入為2．5 V，正端為1．2 V左右，比較器輸出低電平；當傳感器檢測到煙霧信號時，比較器的正端輸入變?yōu)?～5 V，輸出高電平，產(chǎn)生火災報警信號。

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一個菲涅爾透鏡，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。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成。電路如圖3所示。當有人從熱釋電傳感器附近通過時，BISS0001的OUT口輸出一正向脈沖，產(chǎn)生人體報警信號。

    CDS1為光敏電阻，用來檢測環(huán)境照度。當作為照明控制時，若環(huán)境較明亮，CDS1的電阻值會降低，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，當JP1與VCC端連通時，芯片處于可重復觸發(fā)工作方式，此時只要有人在就不停觸發(fā)而產(chǎn)生報警信號，可提高電路可靠性；當JP1與GND端連通時，則處于不可重復觸發(fā)工作方式。輸出延遲時間Tx由外部的R33和CY2的大小調(diào)整，觸發(fā)封鎖時間Ti由外部的R13、RT1和CY1的大小調(diào)整。
2．3 人員進出檢測模塊
    圖4為人員進出檢測電路，由激光器、光敏電阻和信號調(diào)理電路構成了光電傳感器。激光器LASER和光敏電阻W1分別安裝在門的左右兩側，當有人進出時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)分進和出，在門框內(nèi)外兩側各裝一組傳感器，由控制器通過對兩組信號時序的判斷即可得到人員進和出的信息。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(子機)附在貴重物品上，接收機(母機)與從控制器相連，正常情況下，子機與母機相隔距離小于設定范圍，母機能收到子機發(fā)來的信號，但當子機與母機的距離大于設定范圍時，母機收不到子機發(fā)來的信號而立即向從控制器發(fā)出丟失報警信號。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行配置，芯片功耗非常低，沒有復雜的通信協(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nRF2401沒有接收到數(shù)據(jù)時，DR1引腳輸出低電平，收到數(shù)據(jù)時跳變?yōu)楦唠娖?，直到控制器將其接收緩存中的?shù)據(jù)讀走后，才會恢復為低電平，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 軟件設計
    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)加電后進行初始化并要求輸入密碼，密碼正確即可對各從控制器進行搜索，并根據(jù)搜索信息情況作出相應的處理。從控制器加電初始化后即開始對個傳感器狀態(tài)進行監(jiān)控并進行數(shù)據(jù)發(fā)送。軟件流程圖如圖6所示。
   
   
   

4 結束語
    系統(tǒng)利用多傳感器檢測，基于單片機通過軟件設計控制邏輯，實現(xiàn)了對房間內(nèi)火災、非法入侵、貴重物品丟失以及人員進出情況的報警，具有智能化、自動化特點。該系統(tǒng)可應用于學生宿舍、員工辦公室、實驗室及倉庫等需要實時監(jiān)測的場所，為房間的安防提供了一種可行方案。