2．2系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

    2．2．1宿舍監(jiān)控部分

本設(shè)計(jì)通過(guò)紅外對(duì)管來(lái)檢測(cè)宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況，并且對(duì)房間內(nèi)部的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在宿舍無(wú)人的狀況下，如果人體紅外檢測(cè)到有人在活動(dòng)，說(shuō)明有人非法進(jìn)入，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。利用熱釋電人體紅外的紅外線感應(yīng)功能檢測(cè)房間內(nèi)部人體活動(dòng)情況，在輸入密碼正確進(jìn)入屋內(nèi)的情況下，人體紅外不起作用。貴重物品檢測(cè)是通過(guò)一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片PT2262與PT2272來(lái)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)貴重物品上的接收模塊接收不到發(fā)射信號(hào)時(shí)，說(shuō)明貴重物品被帶出宿舍，這時(shí)通過(guò)單片機(jī)串行通信進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送，在上位機(jī)通過(guò)GSM手機(jī)短信模塊將貴重物品出入情況發(fā)送到宿舍成員手機(jī)上。煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧濃度高時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的外部中斷通知單片機(jī)，交給單片機(jī)處理，做出聲光報(bào)警。溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器采用24C08存儲(chǔ)人員出入情況、溫度、貴重物品移動(dòng)等檢測(cè)數(shù)據(jù)，液晶顯示用12864實(shí)時(shí)顯示各種數(shù)據(jù)。

本部分的創(chuàng)新是：使用了震動(dòng)傳感器、溫度傳感器和太陽(yáng)能電池三個(gè)模塊。在設(shè)計(jì)中將震動(dòng)傳感器鑲嵌在貴重物品上，當(dāng)傳感器被輕微碰到就能檢測(cè)出來(lái)，單片機(jī)根據(jù)情況進(jìn)行處理，以保護(hù)貴重物品。溫度傳感器配合煙霧傳感器，從而判斷是煙氣從外進(jìn)入還是火災(zāi)發(fā)生，這樣可以很好的布置火災(zāi)營(yíng)救工作，以減少學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)損失。利用太陽(yáng)能電池板和蓄電池組合進(jìn)行突然斷電情況下供電，以免因電費(fèi)不夠或其他原因給學(xué)生帶來(lái)不便。

2．2．2樓管監(jiān)控室部分

該部分是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新部分，我們較好的利用電腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行宿舍組網(wǎng)監(jiān)控。樓管監(jiān)控室主要是用安裝好上位機(jī)軟件的PC機(jī)來(lái)代替，我們用VB里面封裝好的MSCOM控件，通過(guò)串行接口安裝了打印機(jī)、手機(jī)短信模塊和攝像頭等模塊。在出現(xiàn)偷盜或者火災(zāi)等事件時(shí)，上位機(jī)通過(guò)TC35I手機(jī)短信通知主人，并且啟動(dòng)攝像頭錄像監(jiān)控以備警方調(diào)查取證。我們還利用TCP/IP協(xié)議件將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和視頻發(fā)送到社長(zhǎng)指定的郵箱里，以助于舍友在外地及時(shí)查詢宿舍狀況。

本設(shè)計(jì)還創(chuàng)新性的觸摸屏，當(dāng)電腦開(kāi)不了機(jī)或者其他原因時(shí)作為備用監(jiān)控方案，簡(jiǎn)單的控制各個(gè)宿舍的開(kāi)門和關(guān)門情況，以保障同學(xué)們正常的日常休息。

    2．3熱釋電人體紅外檢測(cè)參數(shù)的確定

本設(shè)計(jì)中對(duì)人體的檢測(cè)使用熱釋電人體紅外傳感器，用BISS0001芯片處理人體紅外檢測(cè)到的信號(hào),將處理后信號(hào)交給單片機(jī)處理。BISS0001芯片的原理圖如附圖1所示，現(xiàn)就具體參數(shù)論證如下。

任何物體都會(huì)發(fā)射出紅外線輻射能，其中紅外線最長(zhǎng)波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系為：

（2-1）

式中 為最大波長(zhǎng)， 為絕對(duì)溫度。人體的正常溫度為36~37.5℃，即309~310.5K

其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為 ，

            （2-2）

所以人體紅外的中心波長(zhǎng)為9.65 。菲涅耳透鏡只允許10 左右的紅外線透過(guò)。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號(hào)放大60~70db，就可以檢測(cè)10~20m處人的活動(dòng)。參考電源VM≈0.5VDD，VR≈0.2VDD，VH≈0.7VDD，VL≈0.3VDD，噪聲系數(shù)為VZ=0.9(VH-VL)。根據(jù)人體紅外電路圖（附圖4）計(jì)算出兩級(jí)運(yùn)放后運(yùn)放放大倍數(shù)，

              （2-3）

RR1、RC1，輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端；RR2、RC2，觸發(fā)封銷時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端。其中根據(jù)電容充放電計(jì)算出輸出延遲時(shí)間 觸發(fā)封銷時(shí)間 。通過(guò)調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間和觸發(fā)封銷時(shí)間可以調(diào)節(jié)人體紅外傳感器的檢測(cè)頻率 ，

                  （2-4）                    

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用Altium Designer專業(yè)繪圖軟件繪制出了系統(tǒng)總體電路圖如附圖2所示。下面將對(duì)電路的重點(diǎn)部分進(jìn)行詳細(xì)論述，具體如下：

3．1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

    MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng)由430單片機(jī)芯片、復(fù)位電路、AD電壓電路、晶振電路、JTAG下載電路組成。本系統(tǒng)主要是對(duì)執(zhí)行器件采集數(shù)據(jù)并控制其有效運(yùn)行，同時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行全雙工數(shù)據(jù)通信。最小系統(tǒng)電路圖如附圖3所示。

3．2人體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與分析

傳感器檢測(cè)BISS0001接收人體紅外傳感器輸出的電信號(hào)首先經(jīng)內(nèi)部運(yùn)算放大器OP1進(jìn)行前置放大，由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大。再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器輸出。輸出信號(hào)經(jīng)LM339電壓比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以識(shí)別的高低電平交給單片機(jī)進(jìn)行處理。熱釋電人體紅外電路圖如附圖4所示。

3．3煙霧檢測(cè)電路設(shè)計(jì)與分析

本設(shè)計(jì)中煙霧傳感器采用MQ-2,在可燃?xì)怏w或煙霧中MQ-2煙霧傳感器的電阻會(huì)有相應(yīng)的變化。由于當(dāng)有煙霧產(chǎn)生時(shí)引起傳感器變化的是電阻，所以用附圖5中所示電路圖，可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓。將電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)LM339電壓比較器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的電平，調(diào)節(jié)兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)煙霧檢測(cè)的靈敏度。LM324電壓跟隨電路可以使比較輸出電壓比較穩(wěn)定的傳輸給單片機(jī)的接口，有煙霧時(shí)輸出3.3V，沒(méi)有煙霧時(shí)輸出是0V。煙霧傳感器電路如附圖5所示。

3．4振動(dòng)傳感器電路設(shè)計(jì)與分析

該震動(dòng)傳感器內(nèi)部有壓電片，震動(dòng)時(shí)帶動(dòng)壓電片震動(dòng)，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)，輸出電壓Uout是在0.1~0.2V之間。輸出地電壓信號(hào)先采用差分運(yùn)放電路進(jìn)行放大，這樣能夠很好的抑制共模信號(hào)，有助于小信號(hào)的放大。經(jīng)過(guò)放大后，再經(jīng)過(guò)減法電路將放大的電壓信號(hào)采集出來(lái)。振動(dòng)傳感器電路如附圖6所示，R38、R43為r，R37、R42為cr，R39為ar1，R41為br1，R40為r1，根據(jù)電路分析計(jì)算得輸出電壓 ，

                        （3-1）

3．5語(yǔ)音播報(bào)電路設(shè)計(jì)

語(yǔ)音電路使用唯創(chuàng)公司生產(chǎn)的WT588D語(yǔ)音模塊，該模塊采用flash做存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值可直接存儲(chǔ)在flash單元中，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲，從而避免了一般固體錄音電路因量化或壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。該電路很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)語(yǔ)音播報(bào)提示鎖門功能的實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)音播報(bào)電路如附圖7所示。

3．6貴重物品檢測(cè)電路

    貴重物品檢測(cè)是利用一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的無(wú)線遙控發(fā)射/接收芯片PT2262/2272來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中發(fā)射芯片PT2262-IR將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡(jiǎn)潔。將PT2262掛在貴重物品上，PT2272接收PT2262發(fā)送的數(shù)據(jù)，當(dāng)PT2272接收不到發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)，說(shuō)明貴重物品被帶出房間（我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)改變接收的距離，使其恰好調(diào)節(jié)到門口的距離）。具體硬件電路圖如附圖8所示。
    3．7無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

    JZ863無(wú)線模塊可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的無(wú)線通信，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和控制功能。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4．1單片機(jī)程序流程圖

MSP430單片機(jī)主程序?qū)崿F(xiàn)密碼控制、人數(shù)紀(jì)錄、語(yǔ)音提示鎖門、鎖門等基本功能。程序流程圖如圖2所示。

首先將系統(tǒng)加電開(kāi)始，程序進(jìn)入初始化設(shè)置，進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)，然后系統(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描，如果此時(shí)輸入密碼正確，解鎖，然后鍵盤掃描，進(jìn)入檢測(cè)溫度日期狀態(tài)、修改密碼狀態(tài)、查看檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)、查看當(dāng)前宿舍出入情況及人數(shù)狀態(tài)，如果當(dāng)前人數(shù)為0，語(yǔ)音提示鎖門，按下確定鍵鎖門，進(jìn)入輸入密碼狀態(tài)。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中對(duì)煙霧檢測(cè)控制和貴重物品檢測(cè)控制采用中斷處理，對(duì)人體檢測(cè)控制通過(guò)當(dāng)前檢測(cè)人數(shù)判斷是否執(zhí)行中斷處理，若人數(shù)大于0不執(zhí)行中斷，若等于0時(shí)則打開(kāi)中斷執(zhí)行對(duì)人體的檢測(cè)，若檢測(cè)到煙霧超標(biāo)、非法入室或貴重物品丟失時(shí)聲光報(bào)警，主程序運(yùn)行到輸入密碼解警狀態(tài)，鍵盤掃描，若輸入密碼正確，解除報(bào)警，然后進(jìn)入輸入密碼開(kāi)門狀態(tài)。

圖2  程序流程圖

4．2上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件使用VB語(yǔ)言編寫，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、權(quán)限登錄：在登錄窗口需要輸入登錄人的用戶名和密碼，樓管和學(xué)生登錄有不同的權(quán)限設(shè)置，如附圖9所示；2房間狀態(tài)顯示及控制功能：顯示門狀態(tài)、煙霧情況、宿舍人數(shù)、非法入室情況、宿舍溫度、貴重物品數(shù)量，同時(shí)還設(shè)置有功能按鈕，菜單中還有一些系統(tǒng)功能，如附圖10所示；3、手機(jī)短信設(shè)置：設(shè)置短信接收方電話號(hào)碼、短信內(nèi)容等，如附圖11所示；4、宿舍記錄查詢表：包括記錄編號(hào)、宿舍溫度、宿舍非法入室情況、宿舍煙霧狀況等數(shù)據(jù)，該表格還具有快速查詢功能，具體如附圖12所示； 5、攝像監(jiān)控：在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，安裝在樓道的攝像頭會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)進(jìn)行錄像記錄并自動(dòng)存儲(chǔ)，方便警方采證破案。

 

五 系統(tǒng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

5．1紅外對(duì)管發(fā)射端正向電壓V與正向電流I的測(cè)試

    測(cè)試工具：多功能萬(wàn)用電表

發(fā)射二極管兩端正向電壓V與正向電流I，測(cè)試結(jié)果如表1和圖2所示：

表1  電壓電流數(shù)據(jù)記錄表

V（v）	1.0	1.1	1.14	1.16	1.18	1.2	1.22
I（mA）	0.07	0.24	0.47	0.73	1.47	1.98	3.82
V（v）	1.24	1.26	1.28	1.3	1.32	1.34	1.36
I（mA）	5.76	6.94	8.20	10.50	13.0	18.65	20.6

                                                       圖2  電壓電流二維表

 

通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)試分析知，電位器串入電路的電阻值安全范圍是95歐~180歐，當(dāng)電阻值太低時(shí)紅外發(fā)射管就會(huì)燒壞，太高時(shí)發(fā)射光就會(huì)很低接收管感應(yīng)不到。

5．2人體紅外距離和頻率測(cè)試

（1）將人體紅外傳感器接上示波器后當(dāng)沒(méi)有人時(shí)輸出電壓為0.56V，當(dāng)有人時(shí)輸出波形為0.6V，只相差0.03V左右的電壓差。

（2）根據(jù)BIS0001芯片的頻率計(jì)算公式（公式2-4所示），通過(guò)改變R1、C1、R2、C2來(lái)改變頻率大小來(lái)改變檢測(cè)頻率大小，用馬表和萬(wàn)用表測(cè)算人體紅外反應(yīng)時(shí)間，再轉(zhuǎn)換為頻率值 ，具體測(cè)算數(shù)據(jù)如下表2所示：

表2  人體紅外頻率測(cè)試表

R1/（Ω）	C1/(F)	R2/(Ω)	C2/F	f/（HZ）
5.1×103	1×10-10	1.0×106	1×10-7	0.41
3.6×103	1×10-10	1.5×105	1×10-7	2.77
5.1×103	1×10-10	1.0×105	1×10-7	3.84

（3）根據(jù)BIS0001芯片的二級(jí)放大電路的放大倍數(shù)公式（公式2-3所示）通過(guò)改變R21、R23、R24、R25的大小來(lái)改變測(cè)試距離遠(yuǎn)近，使用米尺測(cè)試最遠(yuǎn)檢測(cè)距離數(shù)據(jù)如表3所示：

表3  人體紅外檢測(cè)距離測(cè)定表

R21/（Ω）	R23/（Ω）	R24/（Ω）	R25/（Ω）	L/（m）
48×103	1×106	4.0×106	9.7×103	3.2
38.6×103	1×106	2.2×106	6.6×103	6.5
45×103	1.5×106	3.2×106	3.2×103	9.2

 

六、結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)MSP430單片機(jī)作為控制器結(jié)合VB編寫的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)的基本部分和發(fā)揮部分，還創(chuàng)新性的加入了一些設(shè)計(jì)使該系統(tǒng)更加高效安全穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)成本低，不僅可以安裝在學(xué)生宿舍，還可以安裝在職工宿舍、賓館、居民小區(qū)等人群密集的地方，對(duì)于提高人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

經(jīng)過(guò)這一段時(shí)間的努力，雖然該設(shè)計(jì)能夠達(dá)到競(jìng)賽要求的水平，但是該設(shè)計(jì)還有許多不足，我們考慮使用宿舍局域網(wǎng)通信傳輸媒介，這比無(wú)線通信更加安全高速。

 

參考文獻(xiàn)

[1]   華成英 童詩(shī)白著 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）. 北京市西城區(qū)德外大街4號(hào)：高等教育出版社，2006.

[2]  飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心 . MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講 . 北京海淀區(qū)萬(wàn)壽路：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]  黃繼昌著 . 電子元器件應(yīng)用手冊(cè) . 北京市崇文區(qū)夕照寺街14號(hào)：人民郵電出版社，2004.

[4]   譚浩強(qiáng)著 . C程序設(shè)計(jì)（第三版）. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[5]   2010年山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽  編號(hào)：F甲0210題目（F題）：宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)   參 賽 學(xué) 生：周蒙、陰啟東、馬超 學(xué)校 / 學(xué) 院：濟(jì)南大學(xué)控制學(xué)院 賽前指導(dǎo)教師：張智杰、馬靜

 

 

附錄

附圖1

附圖1  BISS0001紅外傳感器信號(hào)處理器原理圖

附圖2

 

附圖2  系統(tǒng)總體電路圖

附圖3

附圖3  MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng)

附圖4

附圖4  熱釋電人體紅外電路圖

附圖5

附圖5  煙霧傳感器電路圖

附圖6

 

附圖6  振動(dòng)傳感器電路圖

附圖7

附圖7  語(yǔ)音播報(bào)電路

附圖8

圖8  貴重物品保護(hù)電路設(shè)計(jì)

附圖9

 

附圖9  軟件登錄界面

附圖10

 

 

附錄10   宿舍狀態(tài)顯示畫面

附圖11

圖11  手機(jī)短信設(shè)置畫面

附圖12

附圖12  數(shù)據(jù)查詢記錄畫面

 

附錄13  部分程序清單

/*************************************************************

宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)

*************************************************************/

#include  <msp430x14x.h>

#include "cryfucns.h"

#include "displaydata.h"

#include "18B20.h"

#include "DS1302.h"

#include "jianpan.h"

#include "EEPROM.h"

#include "ADC.h"

#include "keyrenti.h"

#include "UART.h"

 

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

 

#define chumoping  (P5IN & 0xff)

 

#define fmqk  P6OUT|=BIT5   //蜂鳴器打開(kāi)

#define fmqg  P6OUT&=~BIT5; //蜂鳴器關(guān)閉

 

//#define kaimen   P6OUT|=BIT1

//#define guanmen   P6OUT&=~BIT1

 

unsigned char shuzi[]={"0123456789"};

uchar dN[6];//要顯示的6位溫度數(shù)字

 

void Disp_Numb(uint temper); 

void Delay_kms(uint z)        /*延時(shí)函數(shù)*/

{

    uint x,y;

    for(x=255;x>0;x--)

    for(y = z;y > 0;y--);  

}

void chn_disp(uchar *chn)       /*顯示漢字或字符   從地址0x80開(kāi)始*/

{

    uchar i,j;

    Send(0,0x30);

    Send(0,0x80);

    for(j=0;j<4;j++)

    {

         for(i=0;i<16;i++)

         Send(1,chn[j*16+i]);

         _NOP(); _NOP();

    }

}

void clrram(void)/*清屏指令*/

{

    Send(0,0x30);

    Send(0,0x01);

}

void int_clk() /*------選擇系統(tǒng)主時(shí)鐘為8MHz-------*/

{

    uchar q;

    BCSCTL1 &= ~XT2OFF;      

    do

    {

        IFG1 &= ~OFIFG;         

        for (q = 0xFF; q > 0; q--);   

    }

    while ((IFG1 & OFIFG));       

    BCSCTL2 |= SELM_2 + SELS;  

}

 

/************************主函數(shù)***********************/

void main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;    //關(guān)閉看門狗

  Init_Keypad();                     //初始化鍵盤端口

  int_clk();

  Ini_Lcd();

  

  P6DIR|=0x06;

  P6OUT&=~BIT1;

  P6OUT&=~BIT2;

  P6DIR|=BIT5;   //設(shè)置蜂鳴器輸出

  P6DIR |= 0xc0;  // EEPROM端口

  P3SEL |= 0xc0;  //設(shè)置觸摸屏通訊端口

  P5DIR=0X00;  

  P1DIR&=0xf0;   //設(shè)置為輸入口，檢測(cè)獨(dú)立按鍵的按下情況

  P2DIR=0X3c;    //設(shè)置煙感和人體紅外中斷

  P2IES=0X03;//設(shè)置為下降沿觸發(fā)0x0000111

  P2IE=0X03;//p1_1、p1_0設(shè)置為P1口中斷00000111

  P2IFG=0;

 // _EINT();

 /******************ADC設(shè)置************************************/

  Init_adc();//設(shè)置ADC模塊

  ADC12CTL0|=ADC12ON;

 /***************************************************************/      

    Reset_DS1302();

    Set_DS1302(wdata); //設(shè)置時(shí)間

    TACTL |= TASSEL_2 + ID_3; //計(jì)數(shù)時(shí)鐘選擇SMLK=8MHz，1/8分頻后

_EINT();    //打開(kāi)全局中斷

/****************************************************************/   

    chn_disp(tab1);//作者濟(jì)南大學(xué)

    Delay_kms(9000);

    chn_disp(tab8);//提示請(qǐng)輸入密碼

   

    while(1)

    {

      while(yanganflag)

      {

        P2IE=0X00;//停止煙感和人體檢測(cè)中斷使能打開(kāi)

        //P2OUT|=BIT6+BIT7;//停止人數(shù)檢測(cè)

        Key_Event();

        if(key_Flag == 1)

        {

          key_Flag = 0;

          if(key_val<=9)

         {

            keyarray2[s++]=key_val;

            if(s==6)

            {s=0;}

}

}

}