毕业设计 宿舍智能防盗防火系统.docx
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毕业设计宿舍智能防盗防火系统
青岛理工大学
毕业设计（论文）
题目宿舍智能防盗防火报警系统
学生姓名：
指导教师：
学院专业班
2011年6月20日
青岛理工大学
本科生毕业设计（论文）选题、审题表
院（部）
自动化学院
指导
教师
姓名
专业
自动化
职称
申报题目名称
宿舍智能防盗防火报警系统
题目类型
A
B
C
题目来源
A
B
C
B
B
课题简介：
（国内外现状简介及课题的目的、意义；重点要解决的问题等）
本课题来源于应用课题，为了更全面系统地与市场接轨，从实用的角度出发，利用已学过掌握的知识，本设计是以凌阳SPCE061A为控制中心，实现对宿舍人员进出情况及人数的统计、贵重物品的检测以及宿舍火灾检测及报警功能。
本系统设计并制作了一个主机，多个从机。
从机由信号采集单元、信号传输单元、控制单元等组成，完成对宿舍烟雾，人员状况，贵重物品等信息的采集、处理和发送功能；主机接受从机信息，实现异地实时监控功能；该系统成本较低，应用于学生宿舍，能较好地完成宿舍内的安防，在异常情况时立即报警。
通过毕业设计使学生更系统地利用学过的知识，更快地走向社会。
设计（论文）要求及应具备条件：
该仪器凌阳SPCE061A单片机，采用单片机设计宿舍智能防盗防火报警系统，设计参数如下：
（1）实现人体检测与声光报警功能。
（2）实现烟雾检测与声光报警功能。
（3）用键盘输入密码完成报警系统的解警等工作状况。
（4）实现异地监控。
（5）能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录。
（6）宿舍无人时提示锁门。
（7）人体检测范围5米左右。
（8）实现网络控制，可在监控点监控多个宿舍。
（9）能检测本宿舍贵重物品的进出情况。
具备条件：
仿真器、电脑、电烙铁、万用表、电子元器件、参考文献（见任务书）；
学生应具有单片机及相关知识，在规定时间（17周前），规定地点完成毕业设计。
教研室
主任意见
签名：
年月日
院（部）
意见
签名：
年月日
注：
题目类型：
A工程设计B应用研究C理论研究
题目来源：
A科研、工程实际题目B有科研、工程实际背景的题目C自拟题目
第1页
指导教师评语
指导教师:
年月日
第2页
指定论文评阅人评语:
评阅人:
年月日
第3页
答辩委员会评语
答辩委员会主席签字：
年月日
总评成绩
周记成绩
指导教师
评定成绩
评阅人
评定成绩
答辩成绩
总评
主管院长签字
第4页
摘要
在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术已渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。
因此，将智能化引入宿舍已成为一种趋势，并且在智能化宿舍管理系统中对防火防盗报警进行监控已经成为民用建筑领域向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。
本设计是以凌阳SPCE061A为控制中心，实现对宿舍人员进出情况及人数的统计、贵重物品的检测以及宿舍火灾检测及报警功能。
本系统设计并制作了一个主机，多个从机。
从机由信号采集单元、信号传输单元、控制单元等组成，完成对宿舍烟雾，人员状况，贵重物品等信息的采集、处理和发送功能；主机接受从机信息，实现异地实时监控功能；该系统成本较低，应用于学生宿舍，能较好地完成宿舍内的安防，在异常情况时立即报警。
经过测试，本系统完成了题目的各项要求。
关键词：
SPCE061A，热释电人体红外传感器，烟雾传感器，nRF905，光电开关
ABSTRACT
Intheprocessofincreasingdevelopmentofinformationsocietyoftoday,informationtechnologyhasinfiltratedintohumanexistenceandactivitiesofthevariousareasintheconstructionsector,people'smodernlife,workingonresidentialandofficebuildingrequiresnotonlycomfortableandhealthyenvironment,safe,reliable,efficientandconvenient,butalsofortheInformationSocietytousetechnologytoolsandequipment.Therefore,intelligencehasbecomeatrendintoquartersintheintelligentmanagementsystemformonitoringanti-theftalarmoffire,thishasbecomethecivilconstructionfieldtothedevelopmentofinformationandnetworkingisanimportantcomponent.
ThedesignbasesonSunplusSPCE061Aasthecontrolcenter,torealizethesituationofstaffquartersinandout,thenumberofstatistics,valuablesdetection,firedetectionandalarmfunction.Thesystemhasdesignedandproducedahostandamultipleofslaveunits.Slaveunitismadeupofthesignalacquisition,signaltransmissionunit,controlunit,completingquarterssmoke,personnelstatus,valuablesandotherinformationcollection,processinganddistributionofdifferentfunctions.Thehostmachinereceivesinformationfromtheslaveunitsforreal-timeremotemonitoring.Thesystemwithlowcostissuitableforstudentdormitory,cancompletethesecurityquartersefficiently,andalarmsimmediatelywhenanabnormalityoccurs.Throughtesting,thesystemhascompletedtherequirementsofthesubject.
KEYWORDS:
SPCE061A，Pyroelectricinfraredsensor，Smokesensor，nRF905，Photoelectricswitch
第1章绪论
1.1本课题研究的背景
随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求己经丛追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过渡。
近年来,各高校及职工宿舍,如何有效地对宿舍进行监控已经成为一个亟待解决的问题。
本文介绍了宿舍智能防盗防火报警系统，采用SPCE061A为核心单片机控制，集智能化防盗防火功能于一体宿舍报警系统，可实现自动检测与无线传输报警。
自动检测是指由红外探测与微波探测器构成的探测器实现智能检测，同时由温度探测器和光电感烟探测器集为一体的复合式火灾探测器完成火情检测。
多传感器的应用实现了低误报率，增强了系统可靠性。
当防盗、防火探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，上位机与主控端直接通信，实现人机交互，表现智能化。
主控端可以与各监控端无线通信，能显示当前各监控端的平安信息与人员进出情况，并能发送一些安防提醒信息。
1.2防盗防火系统的主要特点
智能宿舍防盗报警系统主要应用了单片机技术和现代化电子通信技术，具有多项功能。
并且防盗防火报警系统具有性能稳定、能全天候工作、耗电省，安装使用方便等特点。
防盗系统监测模块前端传感器有红外线探头、温度传感器，采用热释电技术的红外探头，具有超低误报率、防电磁干扰、自动温度补偿、长探距、大角度、功耗小等特点，应用较广；防盗防火系统的报警模块为声、光报警，形式多样、反应迅速。
当系统监测模块检查到入侵信号．报警模块能将被盗状态以声音和指示灯方式传输到十几米甚至几十米的范围。
防盗系统的通知模块能在有盗情时通知管理中心，达到及时报警的目的，使人们能对现场进行高灵敏度监听，并进一步核实火情和盗情。
1.3设计任务及要求
1.3.1基本要求
（1）实现人体检测与声光报警功能。
（2）实现烟雾检测与声光报警功能。
（3）用键盘输入密码完成报警系统的解警等工作状况。
（4）实现异地监控。
（5）能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录。
（6）宿舍无人时提示锁门。
1.3.2发挥部分
（1）人体检测范围5米左右。
（2）能记录最近几天的宿舍安防情况。
（3）实现网络控制，可在监控点监控多个宿舍。
（4）能检测本宿舍贵重物品的进出情况。
第2章器件的选择
2.1总体方案的设计
根据题目要求和扩展功能的需要，本系统设计规划成三个主要模块：
一个主机模块，两个从机模块（以两个从机模拟多个从机）。
主机模块主要由无线接收模块，显示模块，语音模块，键盘模块和电源模块等构成；从机模块主要由无线发射模块，键盘模块，光电模块和电源模块等构成。
硬件部分就应该包括以下几部，如图2.1所示。
图2.1系统总体结构图
2.2主控单元
凌阳SPCE061A单片机具有体积小、驱动能力强、可靠性高、低功耗、处理中断能力强等特点，5V低电压供电，功耗较低；16位微处理器芯片能保证任务快速准确的执行；不需任何外围器件就可以完成语音播放功能[8]。
SPCE061A具有丰富的功能模块资源：
RAM、ROM空间大，SPCE061A单片机自身支持ＡＤ/ＤＡ转换，并且有专门的语音播放模块，语音播放功能强大，该芯片内置了在线仿真、编程接口，可方便地实现在线调试，同时简化了外围电路，极大地提高了开发效率，其内置2K字的SRAM和32K字的内存FLASH,能满足本系统数据处理及LCD显示所需数据的存储要求，还可以通过向32K内存内写入数据实现掉电保护及密码修改。
单片机编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。
图2.2凌阳单片机管脚图
2.3无线信号传输模块
2.3.1nRF905概述
nRF905单片无线收发器工作在433/868/915MHz的ISM频段，由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器。
组成ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。
电流消耗很低，在发射功率为-10dBm时，发射电流为11mA，快速参考数据接收电流为12.5mA.进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。
nRF905无线传输模块；编程简单，性能也简单稳定，工作电压为1．9～3．6V，nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件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，其功耗非常低。
nRF905传输数据时为非实时方式，即发送端发出数据，接收端收到后先暂存于芯片存储器内；nRF905较稳定，传输距离较远，且可穿透墙体。
2.3.2nRF905的特点
（1）载波检测
当nRF905工作在接收模式时，如果有与器件被编程通道相同的载波出现，载波检测（CD）引脚置高，这一特征对于避免工作在相同频率的不同发射机的数据碰撞非常有效，任何时候当器件准备发射数据时，应先进入接收模式，判断是否希望的通道可以输出数据，这种形式是非常简单的发射前先监听的协议，运行低功耗接收模式下的载波检测（CD）是非常强劲的RF系统，典型的载波检测水平（CD）是低于灵敏度5dBm，例如灵敏度是-100dBm时低于-105dBm的载波检测CD信号为低，例如；0V高于-95dBm的载波检测CD信号为高，例如；VDD-105dBm到106dBm之间的载波检测信号将触发。
（2）地址匹配
当nRF905工作在接收模式，时引入的数据包的地址与器件自身地址相同时，地址匹配AM引脚置高。
使用这个引脚控制被提示在数据准备就绪DR信号置高前，器件正在接收数据。
如果数据准备就绪DR信号没有置高，例如CRC校验错误，地址匹配AM引脚在数据包接收结束时复位置低。
这以特征对MCU来说非常有用，如果地址匹配AM引脚置高，MCU可以决定等待，观察如果数据准备就绪DR信号置高，说明一个有效的数据包已经接收，或者放弃一个可能已经接收的有效数据包并改变工作模式。
（3）数据准备就绪
数据准备就绪DR信号使最大限度的降低软件编程的复杂性成为可能。
在发送模式时，一个完整的数据包发射结束时DR信号置高，告诉MCUnRF905已经准备好新的动作，DR信号在数据包传输开始时或转换到其他模式如接收模式或Standby模式时复位置低。
在自动重发模式时，DR信号在前导码的开始时置高，在前导码的结束时置低，数据准备就绪DR信号在每次数据包传输的开始时产生脉冲。
在接收模式时，DR信号在接收到有效的数据包，如：
有效的地址，有效的数据长度和CRC时置高，然后MCU可以通过SPI接口，读取数据当数据缓冲起中数据被读空或者器件转换到发送模式时，DR信号置低。
（4）自动重发
在有噪声的环境或没有碰撞控制的系统中，提高系统可靠性的一种办法是将同一数据包重复发几次，这可以使用nRF905自动重发。
的特性很容易实现通过将配置寄存AUTO_RETRAN位置高，只要TRX_CE和TX_EN保持为高，电路将连续发送相同的数据包，当TRX_CE为低时，器件完成当前正在发送的数据包后转换到Standby模式。
（5）低功耗接收模式
当nRF905不需要很高的灵敏度时，为了使电池的使用寿命最大化，nRF905提供专门的低功耗模式。
在这个模式中接收电流消耗从12.5mA降低到仅10.5mA，灵敏度也降低到-85dBm±10dB。
在这个模式中nRF905模块的性能将有所下降，当使用载波检测来判断期望的通道是否可以发送数据时，低功耗模式是非常好的选择。
2.3.3nRF905的外部管脚图
图2.3nRF905外部管脚图
2.4显示模块
2.4.1液晶显示模块概述
12864A-1汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
主要技术参数和显示特性:
采用12864LCD液晶显示；LCD有明显的优点：
工作电流小其功耗很低；尺寸小；字迹清晰、美观、使人舒服；寿命长，使用方便且能够显示四行汉字，更加人性化；液晶显示屏还具有低功耗、影像稳定不闪烁的、画面效果好、抗干扰能力强的的特点。
液晶动态显示功能强大，可以实现多种信息的显示，提供了一个友好的用户界面，使系统更加直观，人性化。
综合考虑，最后决定采用12864显示。
2.4.2接口时序
模块有并行和串行两种连接方法（时序如下）：
8位并行连接时序如图2.3和2.4所示。
图2.4写资料到模块时序
图2.5从模块读出资料时序
2.4.3模块引脚说明
128X64引脚说明如表2.5所示。
表2.6128X64引脚
引脚号
引脚名称
方向
功能说明
1
VSS
-
模块的电源地
2
VDD
-
模块的电源正端
3
V0
-
LCD驱动电压输入端
4
RS（CS）
H/L
并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号
5
R/W（SID）
H/L
并行的读写选择信号；串行的数据口
6
E（CLK）
H/L
并行的使能信号；串行的同步时钟
7
DB0
H/L
数据0
8
DB1
H/L
数据1
9
DB2
H/L
数据2
10
DB3
H/L
数据3
11
DB4
H/L
数据4
12
DB5
H/L
数据5
13
DB6
H/L
数据6
14
DB7
H/L
数据7
15
PSB
H/L
并/串行接口选择：
H-并行；L-串行
16
NC
空脚
17
/RET
H/L
复位低电平有效
18
NC
空脚
19
LED_A
-
背光源正极（LED+5V）
20
LED_K
-
背光源负极（LED-OV）
逻辑工作电压（VDD）：
4.5～5.5V
电源地（GND）：
0V
工作温度（Ta）：
0～60℃（常温）/-20～75℃（宽温）
2.5人员出入检测模块
2.5.1引言
光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。
2.5.2光电开关分类
（1）按检测方式分
常用光电开关的分类方法：
按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。
对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。
反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。
镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。
（2）按结构分类
光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。
放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。
因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。
具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。
放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。
其响应速度局面（有0.1ms和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。
改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳定工作区指示灯。
兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。
电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。
它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。
也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密安装在系统中。
2.5.3光电开关工作原理
光电开关由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。
当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。
并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。
光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。
同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。
使用光电开关，光电开关具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。
同时，光电开关发出的信号能传送到很远的距离且抗干扰能力强，能够较好的检测宿舍人员的出入情况。
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
2.6语音模块
采用凌阳自带语音功能；凌阳自带语音功能，使用凌阳音频编码SACM_S2000方式（24K位/秒），能容纳相对较长时间的语音数据[8]。
音色好，传播距离远。
通过喇叭播放声音，可以实现实时提醒，报警等功能。
凌阳单片机的语音识别模块自带语音的API函数，其中包括A2000格式和S480格式自动播放及手动播放的播放函数，S240、MS01格式自动播放的播放函数、DVR格式的语音录放函数和语音识别函数，让凌阳单片机不但可以作为普通的单片机开发系统，而且还可以作为一个语音系统进行语音播放、语音录放和语音识别，大大降低了凌阳单片机的开发难度，并增强了凌阳单片机的使用领域和功能。
语音和音乐与我们的生活有着非常密切的关系，而单片机对语音的控制如录放音、合成及辨识也广泛应用在现实生活中。
我们知道对于语音处理大致可以分为A/D、编码处理、存储、解码处理以及D/A等。
然而，通过前面介绍我们知道麦克风输入所生成的WAVE文件，其占用的存储空间很大，对于单片机来说想要存储大量的信息显然是不可能的，而凌阳的SPCE061A提出了解决的方法，即SACM-LIB，该库将A/D、编码、解码、存储及D/A作成相应的模块，对于每个模块都有其应用程序接口API，所以您只需了解每个模块所要实现的功能及其参数的内容，然后调用该API函数即可实现该功能，例如在程序中插入语音提示，或连续播放一段语音或音乐，也可以根据自己需要的空间或使用范围选择适合自己的算法如表图2.6所示。
图2.7语音转化过程
2.7.时间模块
2.7.1DS1302简介
DS1302时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。
实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。
DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。
DS1302时钟芯片的最大优点是当单片机掉电后DS1302时钟芯片能继续计数。
DS1302的引脚如图2.7所示。
图2.8DS1302的引脚功能图
2.7.2DS1302的结构及工作原理
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
2.1引脚功能及结构DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1＋0
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