基于单片机的报警系统

基于WT588D宿舍智能防盗防火报警系统作者:iushiyuan 标签：WT588D智能防盗防火报警系语音报警系2010-10-13 12:02 星期三 晴基于WT588D宿舍智能防盗防火报警系统摘要：本设计以超低功耗单片机MSP430F149为控制核心实现了宿舍智能防盗防火报警功能。其中含人体红外检测，烟雾检测及声光报警，安防数据存储等模块。在设计中，人体红外检测实现了最远距离9.6米；烟雾传感器检测能在0.5秒内快速反应，在掉电的情况下可存储安防监控数据；具有事故语音播报等功能。除此之外考虑宿舍安防特点，设计中还添加了贵重物品检测功能；用VB语言编写上位机监控程序，通过无线通信实现组网异地监控；监控数据存储可在数据库内进行查询；外人强制开门时自动录像，短信报警和真人语音报警,视频发送到主人邮箱等功能。另考虑到节能安全的效果，设计中还加入太阳能电池板、铅酸蓄电池以便在突然停电情况下供电。关键词：MSP430F149；人体红外传感器；烟雾传感器；无线模块；组网监控WT588D语音模块Abstract:This design achieved such functions as intelligent burglary-resisting and fire prevention in dormitories，taking super-low consumption series MSP430F149 as control core. Modules including infrared detection over human body, smoke detection, the valuables detection,data storage ,acousto-optic alarm, etc. are carried out in the design. Among them, in maximum distance and frequency, the infrared detection module achieved the effects of 9.6m. Smoke sensor could react rapidly within 0.5seconds and storage can store the monitoring data under the condition of power failure. And the function of voice broadcast upon accidents is also included.Apart from these functions, in view of dormitory security, VB Language was adopted in this design to write the PC monitor procedure. Then net-forming monitoring was realized via wireless communication and monitoring data could also be stored within database for data query. Additionally, when a stranger tries to force the door, the camera could automatically record a video and then inform the master by means of a short message. Meanwhile, it could also send the video to the masters mailbox, playing a role in burglary-prevention and collecting crime evidences. Lastly, taking safety of energy conservation into consideration, solar panels, lead-acid battery are applied in this design to supply power in case of sudden loss of power.Keywords: MSP430F149; human infrared sensor; smoke sensor; wireless module;net-forming monitor WT588D一、方案论证与比较 根据题目要求以及从设计的客观实际情况出发，我们对单片机的控制系统、上位机的设计方式、通讯方式的选择进行了详细论证与比较，具体内容如下：11控制器的选择与论证方案一：采用MCS-51系列单片机。MCS-51系列单片机是8位单片机，具有价格低廉，技术成熟，使用简单的特点。但是MCS-51系列单片机的I/O口少，RAM、ROM容量小，运算速度低，执行一条指令是1us，功能单一，功耗高。方案二：采用MSP430F149单片机。此款单片机是TI（德州仪器公司）推出的一种超低功耗16位工业级混合微处理器，60KB的Flash，2KB的RAM，有48个I/O口。这款单片机的特点是低电压，低功耗（五种低功耗模式），具有高速的运算处理能力，执行一条指令时间是0.125us,稳定的串行数据通信能力，适合于低功耗要求的场合。方案选择：基于功耗低的设计要求，我们在比较了MSP430 与MCS-51的处理速度，功耗高低和串口通信的前提下，选择了MSP430F149单片机作为本系统的主要控制芯片。12上位机监控的设计与论证方案一：采用VB语言进行组网监控软件的设计。VB语言是一种可视化、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。VB同时还具有可视化的集成开发环境、结构化程序设计、强大的数据库管理以及动态数据交换等功能。利用微软封装好的MSComm控件，可以设计良好的人机交互界面，安装简便易行。方案二：采用组态软件进行组网监控软件的设计。利用组态软件的内部控件和通用控件可以方便、快捷的进行软件的开发。组态软件没有通用单片机驱动，且单片机需要根据组态软件的通信协议进行通信配置，通信的实现过程比较复杂。方案选择：为了简化单片机通信的配置过程，最大限度的降低成本，在最短的时间内开发出功能完善的上位机监控软件，我们采用VB语言进行上位机监控软件的开发。13通讯方式的选择和设计方案一：使用单片机自带的串口进行通讯，不需要增加任何器件就可以实现多机主从通讯。使用简单，通讯距离较近。方案二：使用RS232接口通讯。传输距离15米之内可以进行有效通讯，超出距离会产生通讯干扰；方案三：使用RS485接口实现二线差分方式通讯，通讯抗干扰好，测试监控距离可达到500m，有利于实现多机通讯。方案选择：因为上位机需要监控多个宿舍，需要实现多机通讯。同时要求远距离通信，信息抗干扰性强，RS485通讯满足设计需要，选择用485通信模式。14报警方式的选择和设计 方案一：使用WT588D的话,不须要录音,是flash作存储, 重复下载语音可达5万次,用直接用下载器配合上位机软件就可以下载电脑的声音,而且音质好,操作简单,连接电路也方便方案二：使用WTV-SR,录音和放音时间长,可以随意选flash的容量,更可以上传下载电脑的声音,随意操作,但缺点就是要用到下载器和上位机软件,方案三：使用WTR-S4模块,录音音质好,同时也是用flash来做存贮,可以随意选择容量,外围电路少,对于客户来说是很容易接受方案选择：因为上位机需要监控多个宿舍，需要实现多机通讯。同时要求远距离通信，信息抗干扰性强，RS485通讯满足设计需要，选择用485通信模式。二、理论分析与参数计算21系统的方案设计与结构框图 根据宿舍防火防盗功能的实现，充分考虑各方面的因素，制定了完整的设计方案。本方案包括三大部分：宿舍监控、楼管监控室和无线通信。宿舍监控部分以MSP430F149为控制核心，包括人体红外检测、温度传感器、烟雾传感器、振动传感器、输入模块、数据存储、电磁锁、语音模块、液晶显示等模块。楼管监控室是以VB编写的上位机为核心，组合了短信猫、打印机、摄像头等模块。无线通信模块作为宿舍监控与楼管监控室的连接部分，起到双向数据传输的作用。其原理方框图如图1所示。图1 宿舍智能防盗防火报警系统总体框图22系统功能实现 221宿舍监控部分本设计通过红外对管来检测宿舍内人员的进出情况，并且对房间内部的人数进行统计。在宿舍无人的状况下，如果人体红外检测到有人在活动，说明有人非法进入，启动报警系统。利用热释电人体红外的红外线感应功能检测房间内部人体活动情况，在输入密码正确进入屋内的情况下，人体红外不起作用。贵重物品检测是通过一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片PT2262与PT2272来实现的,当贵重物品上的接收模块接收不到发射信号时，说明贵重物品被带出宿舍，这时通过单片机串行通信进行无线数据发送，在上位机通过GSM手机短信模块将贵重物品出入情况发送到宿舍成员手机上。烟雾传感器检测到烟雾浓度高时，通过单片机的外部中断通知单片机，交给单片机处理，做出声光报警。温度传感器采集温度数据，存储器采用24C08存储人员出入情况、温度、贵重物品移动等检测数据，液晶显示用12864实时显示各种数据。本部分的创新是：使用了震动传感器、温度传感器和太阳能电池三个模块。在设计中将震动传感器镶嵌在贵重物品上，当传感器被轻微碰到就能检测出来，单片机根据情况进行处理，以保护贵重物品。温度传感器配合烟雾传感器，从而判断是烟气从外进入还是火灾发生，这样可以很好的布置火灾营救工作，以减少学生的生命财产损失。利用太阳能电池板和蓄电池组合进行突然断电情况下供电，以免因电费不够或其他原因给学生带来不便。222楼管监控室部分该部分是本设计的创新部分，我们较好的利用电脑网络进行宿舍组网监控。楼管监控室主要是用安装好上位机软件的PC机来代替，我们用VB里面封装好的MSCOM控件，通过串行接口安装了打印机、手机短信模块和摄像头等模块。在出现偷盗或者火灾等事件时，上位机通过TC35I手机短信通知主人，并且启动摄像头录像监控以备警方调查取证。我们还利用TCP/IP协议件将监控数据和视频发送到社长指定的邮箱里，以助于舍友在外地及时查询宿舍状况。本设计还创新性的触摸屏，当电脑开不了机或者其他原因时作为备用监控方案，简单的控制各个宿舍的开门和关门情况，以保障同学们正常的日常休息。 23热释电人体红外检测参数的确定本设计中对人体的检测使用热释电人体红外传感器，用BISS0001芯片处理人体红外检测到的信号,将处理后信号交给单片机处理。BISS0001芯片的原理图如附图1所示，现就具体参数论证如下。任何物体都会发射出红外线辐射能，其中红外线最长波长和温度的关系为：（2-1）式中 为最大波长， 为绝对温度。人体的正常温度为3637.5，即309310.5K其辐射的最强的红外线的波长为 ，（2-2）所以人体红外的中心波长为9.65 。菲涅耳透镜只允许10 左右的红外线透过。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大6070db，就可以检测1020m处人的活动。参考电源VM0.5VDD，VR0.2VDD，VH0.7VDD，VL0.3VDD，噪声系数为VZ=0.9(VH-VL)。根据人体红外电路图（附图4）计算出两级运放后运放放大倍数，（2-3）RR1、RC1，输出延迟时间Tx的调节端；RR2、RC2，触发封销时间Ti的调节端。其中根据电容充放电计算出输出延迟时间 触发封销时间 。通过调节输出延迟时间和触发封销时间可以调节人体红外传感器的检测频率 ，（2-4）三、系统硬件设计与分析根据设计要求，用Altium Designer专业绘图软件绘制出了系统总体电路图如附图2所示。下面将对电路的重点部分进行详细论述，具体如下：31单片机最小系统设计与分析 MSP430单片机最小系统由430单片机芯片、复位电路、AD电压电路、晶振电路、JTAG下载电路组成。本系统主要是对执行器件采集数据并控制其有效运行，同时与上位机进行全双工数据通信。最小系统电路图如附图3所示。32人体检测电路设计与分析传感器检测BISS0001接收人体红外传感器输出的电信号首先经内部运算放大器OP1进行前置放大，由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器输出。输出信号经LM339电压比较器转换为单片机可以识别的高低电平交给单片机进行处理。热释电人体红外电路图如附图4所示。33烟雾检测电路设计与分析本设计中烟雾传感器采用MQ-2,在可燃气体或烟雾中MQ-2烟雾传感器的电阻会有相应的变化。由于当有烟雾产生时引起传感器变化的是电阻，所以用附图5中所示电路图，可以将电信号转换为电压。将电压信号经过LM339电压比较器转换为单片机能够识别的电平，调节两个滑动变阻器可以调节烟雾检测的灵敏度。LM324电压跟随电路可以使比较输出电压比较稳定的传输给单片机的接口，有烟雾时输出3.3V，没有烟雾时输出是0V。烟雾传感器电路如附图5所示。34振动传感器电路设计与分析该震动传感器内部有压电片，震动时带动压电片震动，从而产生电压信号，输出电压Uout是在0.10.2V之间。输出地电压信号先采用差分运放电路进行放大，这样能够很好的抑制共模信号，有助于小信号的放大。经过放大后，再经过减法电路将放大的电压信号采集出来。振动传感器电路如附图6所示，R38、R43为r，R37、R42为cr，R39为ar1，R41为br1，R40为r1，根据电路分析计算得输出电压 ，（3-1）35语音播报电路设计语音电路使用唯创公司生产的WT588D语音模块，该模块采用flash做存储技术，每个采样值可直接存储在flash单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，从而避免了一般固体录音电路因量化或压缩造成的量化噪声和“金属声”。该电路很好的实现了对语音播报提示锁门功能的实现的实现。语音播报电路如附图7所示。36贵重物品检测电路 贵重物品检测是利用一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片PT2262/2272来实现的。其中发射芯片PT2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。将PT2262挂在贵重物品上，PT2272接收PT2262发送的数据，当PT2272接收不到发送的数据时，说明贵重物品被带出房间（我们可以通过调节电位器来改变接收的距离，使其恰好调节到门口的距离）。具体硬件电路图如附图8所示。 37无线通信模块设计 JZ863无线模块可以实现单片机与上位机的无线通信，从而实现上位机对下位机的数据采集和控制功能。四、系统软件设计41单片机程序流程图MSP430单片机主程序实现密码控制、人数纪录、语音提示锁门、锁门等基本功能。程序流程图如图2所示。首先将系统加电开始，程序进入初始化设置，进入输入密码状态，然后系统进行键盘扫描，如果此时输入密码正确，解锁，然后键盘扫描，进入检测温度日期状态、修改密码状态、查看检测数据存储状态、查看当前宿舍出入情况及人数状态，如果当前人数为0，语音提示锁门，按下确定键锁门，进入输入密码状态。在整个系统运行中对烟雾检测控制和贵重物品检测控制采用中断处理，对人体检测控制通过当前检测人数判断是否执行中断处理，若人数大于0不执行中断，若等于0时则打开中断执行对人体的检测，若检测到烟雾超标、非法入室或贵重物品丢失时声光报警，主程序运行到输入密码解警状态，键盘扫描，若输入密码正确，解除报警，然后进入输入密码开门状态。图2 程序流程图42上位机软件的设计上位机软件使用VB语言编写，主要实现以下功能：1、权限登录：在登录窗口需要输入登录人的用户名和密码，楼管和学生登录有不同的权限设置，如附图9所示；2房间状态显示及控制功能：显示门状态、烟雾情况、宿舍人数、非法入室情况、宿舍温度、贵重物品数量，同时还设置有功能按钮，菜单中还有一些系统功能，如附图10所示；3、手机短信设置：设置短信接收方电话号码、短信内容等，如附图11所示；4、宿舍记录查询表：包括记录编号、宿舍温度、宿舍非法入室情况、宿舍烟雾状况等数据，该表格还具有快速查询功能，具体如附图12所示； 5、摄像监控：在出现紧急情况时，安装在楼道的摄像头会自动启动进行录像记录并自动存储，方便警方采证破案。五 系统测试与数据分析51红外对管发射端正向电压V与正向电流I的测试 测试工具：多功能万用电表发射二极管两端正向电压V与正向电流I，测试结果如表1和图2所示：表1 电压电流数据记录表V（v） 1.0 1.1 1.14 1.16 1.18 1.2 1.22I（mA） 0.07 0.24 0.47 0.73 1.47 1.98 3.82V（v） 1.24 1.26 1.28 1.3 1.32 1.34 1.36I（mA） 5.76 6.94 8.20 10.50 13.0 18.65 20.6图2 电压电流二维表通过数据测试分析知，电位器串入电路的电阻值安全范围是95欧180欧，当电阻值太低时红外发射管就会烧坏，太高时发射光就会很低接收管感应不到。52人体红外距离和频率测试（1）将人体红外传感器接上示波器后当没有人时输出电压为0.56V，当有人时输出波形为0.6V，只相差0.03V左右的电压差。（2）根据BIS0001芯片的频率计算公式（公式2-4所示），通过改变R1、C1、R2、C2来改变频率大小来改变检测频率大小，用马表和万用表测算人体红外反应时间，再转换为频率值 ，具体测算数据如下表2所示：表2 人体红外频率测试表R1/（） C1/(F) R2/() C2/F f/（HZ）5.1103 110-10 1.0106 110-7 0.413.6103 110-10 1.5105 110-7 2.775.1103 110-10 1.0105 110-7 3.84（3）根据BIS0001芯片的二级放大电路的放大倍数公式（公式2-3所示）通过改变R21、R23、R24、R25的大小来改变测试距离远近，使用米尺测试最远检测距离数据如表3所示：表3 人体红外检测距离测定表R21/（） R23/（） R24/（） R25/（） L/（m）48103 1106 4.0106 9.7103 3.238.6103 1106 2.2106 6.6103 6.545103 1.5106 3.2106 3.2103 9.2六、结语本设计通过MSP430单片机作为控制器结合VB编写的上位机实现了宿舍智能防盗防火报警系统的基本部分和发挥部分，还创新性的加入了一些设计使该系统更加高效安全稳定。本设计成本低，不仅可以安装在学生宿舍，还可以安装在职工宿舍、宾馆、居民小区等人群密集的地方，对于提高人民的生命财产安全具有重要意义。经过这一段时间的努力，虽然该设计能够达到竞赛要求的水平，但是该设计还有许多不足，我们考虑使用宿舍局域网通信传输媒介，这比无线通信更加安全高速。参考文献1 华成英 童诗白著 . 模拟电子技术基础（第四版）. 北京市西城区德外大街4号：高等教育出版社，2006.2 飞思科技产品研发中心 . MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲 . 北京海淀区万寿路：电子工业出版社，2007.3 黄继昌著 . 电子元器件应用手册 . 北京市崇文区夕照寺街14号：人民邮电出版社，2004.4 谭浩强著 . C程序设计（第三版）. 北京：清华大学出版社，2005.5 2010年山东省大学生电子设计竞赛 编号：F甲0210题目（F题）：宿舍智能防盗防火报警系统 参 赛 学 生：周蒙、阴启东、马超 学校 / 学 院：济南大学控制学院 赛前指导教师：张智杰、马静附录附图1附图1 BISS0001红外传感器信号处理器原理图附图2附图2 系统总体电路图附图3附图3 MSP430单片机最小系统附图4附图4 热释电人体红外电路图附图5附图5 烟雾传感器电路图附图6附图6 振动传感器电路图附图7附图7 语音播报电路附图8图8 贵重物品保护电路设计附图9附图9 软件登录界面附图10附录10 宿舍状态显示画面附图11图11 手机短信设置画面附图12附图12 数据查询记录画面附录13 部分程序清单/*宿舍智能防盗防火报警系统*/#include #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 /蜂鸣器打开#define fmqg P6OUT&=BIT5; /蜂鸣器关闭/#define kaimen P6OUT|=BIT1/#define guanmen P6OUT&=BIT1unsigned char shuzi=0123456789;uchar dN6;/要显示的6位温度数字void Disp_Numb(uint temper);void Delay_kms(uint z) /*延时函数*/ uint x,y; for(x=255;x0;x-) for(y = z;y 0;y-);void chn_disp(uchar *chn) /*显示汉字或字符 从地址0x80开始*/ uchar i,j; Send(0,0x30); Send(0,0x80); for(j=0;j4;j+) for(i=0;i 0; q-); while (IFG1 & OFIFG); BCSCTL2 |= SELM_2 + SELS;/*主函数*/void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; /关闭看门狗 Init_Keypad(); /初始化键盘端口 int_clk(); Ini_Lcd(); P6DIR|=0x06; P6OUT&=BIT1; P6OUT&=BIT2; P6DIR|=BIT5; /设置蜂鸣器输出 P6DIR |= 0xc0; / EEPROM端口 P3SEL |= 0xc0; /设置触摸屏通讯端口 P5DIR=0X00; P1DIR&=0xf0; /设置为输入口，检测独立按键的按下情况 P2DIR=0X3c; /设置烟感和人体红外中断 P2IES=0X03;/设置为下降沿触发0x0000111 P2IE=0X03;/p1_1、p1_0设置为P1口中断00000111 P2IFG=0; / _EINT(); /*ADC设置*/ Init_adc();/设置ADC模块 ADC12CTL0|=ADC12ON; /*/ Reset_DS1302(); Set_DS1302(wdata); /设置时间 TACTL |= TASSEL_2 + ID_3; /计数时钟选择SMLK=8MHz，1/8分频后_EINT(); /打开全局中断/*/ chn_disp(tab1);/作者济南大学 Delay_kms(9000); chn_disp(tab8);/提示请输入密码 while(1) while(yanganflag) P2IE=0X00;/停止烟感和人体检测中断使能打开 /P2OUT|=BIT6+BIT7;/停止人数检测 Key_Event(); if(key_Flag = 1) key_Flag = 0; if(key_val=9) keyarray2s+=key_val; if(s=6) s=0;