宿舍智能防盗防火报警系统论文Word格式.docx
《宿舍智能防盗防火报警系统论文Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宿舍智能防盗防火报警系统论文Word格式.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MSP430、无线传输、声光报警、异地监控
Abstract：
ThisdesignusingMSP430microcontrollerasdormitoryintelligentsecurityfirealarmsystemcontrolcore,matchwithdcpowersupply,wirelesstransmission,sound-lightalarm,externalstorage,smokedetection,humantesting,inspection,thekeyboard,thevaluablesdisplayoutsidecircuit,andtheintelligence,automaticmonitoringdormitoryfunction.Bymonitoringdormitorypyroelectricitysensor,smokesensorbuzzerandLEDtorealizehumantesting,smokedetectionaudibleandvisualalarmfunction,Choose4*4matrixkeyboardinputpasswordsystem'
swarnings,Usingphotoelectricswitchrecordsinthedormitoryandstaff;
ChooseISD4002speechhintlockfunctionrealizationcircuit,NRF905andrealizeremotemonitoring,wirelesstransmissioncanalwayscheckthecurrentorthedormitorysecuritysituationinrecentdays,Usingradiofrequencytransmissionandasynchronouscommunicationnetworkmonitoring,Choosesoundmagneticsecuritysystemindetectingthevaluables.Thedesignoflowcost,lowpowerconsumption,thesuccessfulcompletionofthesubjectandthebasicrequirements.
KeyWords:
MSP430,wirelesstransmission,sound-lightalarm,remotemonitoring
1．系统方案
1.1系统总体方案及结构框图
根据题目要求，本系统主要由电源模块，控制器模块，键盘模块，外部存储模块,无线传输模块，声光报警模块，显示模块，人体检测模块，烟雾检测模块，贵重物品检测模块等构成。
系统的结构框图如图1所示。
图1系统方框图
1.2主要模块方案论证与比较
1.2.1控制器模块
方案一：
采用ATMEL公司的AT89C51作为控制核心。
51单片机价格便宜，应用广泛，但运算速度较低，内部资源较少，功能单一，且自身功耗相对较高，难以满足系统要求。
方案二：
采用16位低功耗单片机MSP430作为控制核心。
它具有丰富的I/O口与外部中断，运算速度快，为16位机，而且功耗很低。
因为MSP430的功耗比51的低且其I/O口多，运算速度快，所以我们选择方案二。
1.2.2电源模块
采用开关直流稳压电源。
开关电源功率大，效率高，但是纹波大，价格相对较高。
采用线性直流稳压电源。
线性稳压电源制作简单，输出稳定，性价比较高。
因为线性直流稳压电源比开关电源成本低，输出稳定，所以我们选择方案二。
1.2.3键盘模块
采用独立式按键。
此类键盘采用独立键盘扫描方式，电路设计简单，编程相对容易，但对单片机资源占用较多，不利于系统整体功能的实现。
采用4*4矩阵式键盘输入。
矩阵键盘为行列扫描方式，在按键较多时可以大大节省I/O接口，控制方便，有利于实现系统的功能要求。
因为4*4矩阵式键盘比独立式按键节省单片机I/O接口，所以我们选择了方案二。
1.2.4显示模块
采用LED数码管显示。
数码管显示具有亮度高，颜色鲜艳，易于观察，可实时动态显示，采用CH451驱动可以大量减少占用的I/O口。
但缺点是只能显示有限的数字和符号，即显示信息量小，显示内容单一。
采用128X64点阵LCD液晶显示。
LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单，可以实现人性化、动态化的显示，使显示内容更加丰富，人机交互更加容易。
鉴于LCD强大的显示功能，我们选择了方案二。
1.2.5外部存储模块
采用可电擦除可编程只读存储器AT24C02。
AT24C02接线简单，修改数据灵活，且断电后数据不会丢失，故得到了广泛的应用。
1.2.6无线传输模块
方案一:
采用PT2262/2272编解码芯片。
PT2262/2272传输距离近，信号传输速度慢，数据编码方式单一。
采用nRF905无线收发器。
nRF905无线收发芯片具有功耗低、控制简单、可自动处理字头和CRC校验等优点，其片内硬件可自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便。
因为nRF905无线收发器传输速度快，传输距离远，所以我们选用方案二。
1.2.7贵重物品检测模块
采用声磁防盗系统。
声磁系统的特性是防盗检测率高、几乎零误报、不受金属锡箔纸屏蔽、抗干扰性好、保护的出口宽（单套系统最宽可保护4米）。
且只需在贵重物品上贴张标签即可，简单方便可行。
GPS追踪器。
把主机设备放在宿舍里，把从机固定在贵重物品上，当主从距离超过一定距离时,主从设备均会报警，且主机会把这一信息立即发送到手机卡里。
虽然功能够实现，但成本太高。
方案二成本高，对比来说，方案一优于方案二，所以我们选择方案一。
1.2.8声光报警模块
为区分人体与烟雾检测和提示锁门两项报警功能，本设计分为两种报警方式。
当检测到人和烟雾时采用蜂鸣器和LED进行声光报警，当检测到宿舍无人时采用语音报警。
1.2.9烟雾检测模块
采用离子式烟雾传感器HIS-07。
该离子式烟雾传感器需要用1014NM以上阻抗的仪表或IC集成电路（Mc14467/14468/145018）检测输出电压，普通的仪表会造成检测结果的不准确，这样使得成本增高。
采用自制烟雾传感器。
用两对红外对管，一个运算放大器和几个电阻即可，电路简单，成本低。
虽然方案一与方案二都能实现设计要求，但方案一成本高，所以我们选用方案二。
1.2.10人体检测模块
采用集成运算放大器处理热释电的输出信号。
电路设计简单，容易实现，但检测距离达不到5米。
采用热释电专用处理芯片BISS0001处理输出信号。
它的检测距离能达到5米以上，且工作稳定。
由于题目要求检测距离需达到5米以上，而方案二满足要求，所以我们选择方案二。
2．理论分析与计算
本作品在设计上主要运用负反馈放大原理，其理论计算可归结为以下：
若以
为输入量，
为反馈量，
为净输入量，
为输出量。
运用负反馈计算公式，以上几个变量的关系可表示为:
=
-
因此负反馈的放大倍数为：
，则反馈系数为：
，放大倍数为：
，综上可得：
，
为负反馈电路的环路放大倍数。
BISS0001为红外传感信号处理器，内设延时时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调节范围宽。
其输出延时时间为
（R1、C1为芯片3、4管脚的外接电阻和电容），触发封锁时间为
（R2、C2为芯片5、6管脚的外接电阻和电容）。
根据以上理论分析和计算公式可设计人体红外检测灵敏度调节和检测距离的调节以及烟雾传感器的灵敏度设计。
3．电路与程序设计
3.1电路设计
系统总体电路图见附录，各模块电路设计如下。
3.1.1控制器模块
采用MSP430单片机,其最小系统原理图如图2所示。
图2MSP430最小系统原理图
3.1.2电源模块
采用线性直流稳压电源，其原理图如图3所示。
图3直流稳压电源原理图
3.1.3键盘模块
采用4*4矩阵键盘，其原理图如图4所示。
图4键盘原理图
3.1.4外部存储模块
采用AT24C02，其原理图如图5所示。
图5外部存储原理图
3.1.5无线传输模块
采用nRF905无线收发模块，其原理图如图6所示。
图6无线收发原理图
3.1.6声光报警模块
采用蜂鸣器、LED和ISD4002语音收发芯片，其原理图如图7所示。
图7声光报警原理图
3.1.7烟雾检测模块
采用自制烟雾传感器，其原理图如图8所示。
图8烟雾检测原理图
3.1.8人体检测模块
采用红外热释电处理芯片BISS0001，其原理图如图9所示。
图9人体检测原理图
3.2程序设计
通过人体检测模块和烟雾检测模块产生的上升沿电平来触发单片机的外部中断，从而达到感应人体和检测烟雾的功能。
通过矩阵键盘扫描实现数据的输入。
宿舍与宿舍之间采用异步通信模式实现数据传输，宿舍和监控中心采用无线通信模式进行数据传输。
其他模块均采用单片机普通的输入和输出功能。
其程序流程图如图10所示。
图10程序流程图
4．系统测试与结果分析
4.1测试仪器
测试仪器包括数字万用表、MSP430开发板、秒表、直流稳压电源、双通道数字示波器等。
4.2测试项目
测试项目主要包括以下内容：
热释电红外传感器触发时间（灵敏度）测试、热释电红外传感器检测范围测试、烟雾传感器灵敏度测试。
4.3测试数据及测试结果分析
4.3.1热释电红外传感器触发时间（灵敏度）测试
通过调节BISS0001的RR2和RC2的值来确定最佳灵敏度。
测试数据如表1所示。
表1热释电传感器灵敏度测试数据
实验次序
1
2
3
4
5
RR1（Ω）和RC1（μF）乘积
1000
800
500
200
100
反应时间（S）
4.24
3.16
1.39
0.75
0.31
经过反复测试最终选定RR2和RC2乘积为500时为最佳选择，所以我们选用RR2=5.1KΩ，RC2=0.1μF。
4.3.2热释电红外传感器检测范围测试
热释电红外传感器检测范围主要是在传感器加菲涅尔透镜的基础上进行测试，通过调节BISS0001第12管脚负反馈电阻来实现。
测试数据如表2所示。
表2热释电检测范围测试数据
电阻（KΩ）
10
8
6
检测距离（m）
3.56
4.89
6.56
5.23
3.95
由题目要求检测距离在5m以上因此选择10KΩ可调电阻。
4.3.3烟雾传感器灵敏度测试
烟雾传感器灵敏度测试主要是先确定在烟雾浓度为1000ppm的前提下，通过调节红外发射管的限流电阻来实现。
测试数据如表3所示。
表3烟雾传感器灵敏度测试数据
限流电阻大小（KΩ）
8.7
6.8
4.7
2.2
3.69
2.78
1.58
1.13
0.54
根据测试数据，最终确定限流电阻在4.7KΩ左右为最佳。
5．结束语
通过四天三夜的努力，我们终于将本作品制作成功。
在这期间我们遇到了很多困难，但是我们并没有放弃，而是充分发挥团队合作精神，最终将其一一克服。
通过电子设计竞赛不但锻炼了我们的实践能力，更增强了我们做事的毅力，丰富了我们的性格，相信在以后的学习和生活中会有很大帮助。
在这里我们衷心感谢在竞赛中支持我们的各位老师和同学。
参考文献
[1]邱关源.电路[M].北京:
高等教育出版社,1999
[2]葛汝明.电子线路实验与课程设计[M].济南:
山东大学出版社,2006
[3]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006
[4]秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲[M].北京:
电子工业出版社,2007
[5]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:
清华大学出版社,2000
[6]胡大可.MSP430系列单片机C语言程序设计与开发[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2002
附录
附：
系统总体电路图
升级会员 