主（zhǔ）頁 > 新聞動態 > 智（zhì）能防盜防（fáng）火報警係統整體結構與軟（ruǎn）硬件設計及功能測試 2021-12-13

智能防盜防火報警係統整體結構與軟硬件設計及功能測試

當前，學生宿舍被盜（dào）以及發（fā）生火災的（de）事件普遍存在，極大地危脅到學生的人身安全及財產安全。如何有效地對宿舍（shě）進行（háng）實（shí）時（shí）監控，降低宿舍安全隱患是亟須探討的一個問題。而（ér）宿舍智能（néng）防盜防火報警係統能夠在宿舍被盜及發（fā）生火災時及（jí）時報警，降（jiàng）低損失。基於此，筆（bǐ）者對（duì）其設計展開研究。
一、設計整（zhěng）體結構
本（běn）次報警係統的設計涵蓋了軟件和硬件兩部分，其中對硬件主要進行各種（zhǒng）參數的設（shè）計和電路設計，對軟件的設計主要針對報警（jǐng）係統主程序和子程序開展。本次設計的流程圖如圖1 所（suǒ）示。
本次設計，結構組件包含了（le）AD 數據采（cǎi）集、STC89C51型號單片機、報警控（kòng）件、煙霧感應組件等。總體框圖如圖2所示。

圖1 報警係統流程圖

圖2 本（běn）次設計（jì）總（zǒng）體框圖
1.結構物件的選型
1）控製器（qì）單片機部分。本次設計（jì）采用英特（tè）爾公司推出（chū）的51 係列，該（gāi）係列包含了8051 和8031，近年來已經從SCM 階（jiē）段發展至SoC 階段，其中8051 具備眾多優點，例如性能強大，反應快，具備較強的（de）可（kě）靠性，因（yīn）此，本次設計選用8051 型號單片（piàn）機。
2）煙霧傳感（gǎn）器組件。煙霧傳感（gǎn）器在本（běn）次設計中主要負責利（lì）用煙霧的濃度將其從模擬信號進行電信號的轉換，隨後係統依據（jù）電信號電壓的大小來（lái）判斷環境煙霧濃（nóng）度，從而達到係統的（de）監測以及報警功能。本次設計采用的傳（chuán）感器為MQ2，MQ2 傳感器隸屬於（yú）N 型半導體氣體傳感器，其優點包含恢複迅速，靈敏（mǐn）度高，響應快速，輸出穩定，使用壽命長，可執行高（gāo）強度的工作等。
3）人體紅（hóng）外傳感（gǎn）器。本次設計采用DYPMT003 人體感應模塊，這是一種基於紅（hóng）外技術，低功率耗（hào）能少、可靠性（xìng）高靈敏高、低（dī）電壓的操（cāo）作係統，目前在國內外已經廣泛應用於感應電氣設備。
4）溫度傳感器。本次設計選用DS18B20 溫度傳感器。溫度傳感器是一種可感知溫度，同時將感知到的數據進行數據（jù）轉換、輸（shū）出的（de）係統。
2.係統模塊設計
本次報（bào）警係統包含（hán）四個模塊組件，防盜防火報警係（xì）統功能模（mó）塊示意圖如圖3 所示。

圖（tú）3 防（fáng）盜防火報警係統功能模塊示意圖
本次係統包含煙霧（wù）監測（cè）、溫度監測、紅外監測、緊急事件四大報警（jǐng）功能模塊。
1）煙霧監測模塊功能設計。當煙（yān）霧傳感（gǎn）器對（duì）宿舍進行監測期間，會對宿舍內的煙霧濃度進行監測（cè），同時將濃度直通預先設置好的煙霧濃度閥值（zhí）以進（jìn）行對比，這種對（duì）比有兩種結果：一種是大於閥值，另一種是小於閥（fá）值。當環境內（nèi）的煙霧濃度大於閥值，煙霧傳感器就會向單片機（jī）傳送模擬信（xìn）號，單片機對信號進行處理（lǐ）後向蜂鳴器發送信號，蜂鳴器根據（jù）信號指令開（kāi）啟報警功能（néng），同時轉動風扇，開啟排（pái）煙換氣功能；如（rú）果監（jiān）測到的（de）煙霧濃度小於閥值，那麽傳感器就會始終處於對宿舍煙霧濃度的（de）監測狀態。
2）溫度監測功能模塊設計。由溫度傳感器來對宿舍環境的溫度進行監測，同時將數（shù）據同溫度傳感器（qì）閥值進行比較，比較（jiào）結果同樣包含兩種，即大於報警閥值（zhí）或小於報警閥值。一（yī）旦宿舍內的煙霧濃度大（dà）於報警閥值，溫度傳感器就會（huì）向單片機傳送模擬信號，單片機（jī）對（duì）信號處理轉換後，向（xiàng）蜂鳴器發出信號，蜂鳴器接收指令開啟報警功能；如果監測到的溫度數據小於閥值（zhí），那麽溫度監測（cè）傳感器就會始終處於監測狀態。
3）紅外監測功能模塊設計（jì）。本次設計中的（de）紅外監測功能模（mó）塊負責監測宿舍是否（fǒu）有人進入，監測狀態（tài）分為兩種，一種是非布防，一種是布防。如果在布防的狀態下監測到有人進入宿舍，紅外傳感器就會向單片機傳（chuán）輸監測信號，單（dān）片（piàn）機進行信號轉（zhuǎn）換後向蜂鳴器發起指令，從而引發紅（hóng）外警報；在非（fēi）布防狀態下，紅外監測功能處於休眠的狀態，進而一定程度上節（jiē）省電（diàn）能。
4）緊急事件功能模塊設計。該模塊（kuài）負責當宿舍的（de）人員遇到緊急突發事件時，手動點擊報警鍵，開啟報警功（gōng）能。

圖4 單片機主控電路示意圖
二、係統設（shè）計硬件部分
1.主控製模塊（kuài）
本次設計中單（dān）片機主（zhǔ）控電路（lù）示意圖如圖4 所示。針對智能（néng）防盜防火報警係統的（de）設計，最（zuì）小係統包括（kuò）單片機時鍾（zhōng）電路和複位電路。
其中複位電路負責對單片機進行初始工（gōng）作狀態的判斷，從而完成自身的啟動狀態（tài），當單片機運行過程中，受到來自外部環境的幹擾，可以利用複位鍵，讓內部程序（xù）進行重新啟動。包括兩種（zhǒng）方式，一種是手動，一（yī）種是自動複位，本次設計（jì）的防盜防火智能報警係統，采用（yòng）手動按鍵複位的（de）形式，其複位原理是利用連接上拉電阻，將輸出（chū）電瓶升高，從而完成複位。
2.煙霧AD 數據采集電路設計（jì）
本次設計采用MQ2 煙霧傳感器，數字模擬轉換采用ADC0832，係統可以利用ADC0832 的轉（zhuǎn）換，得出各種煙霧濃（nóng）度的電壓等級。
3.顯示模塊設計
本次防盜防火報警係統顯示方（fāng）麵采用LCD1602 液晶顯示屏，能夠實現對相關數據的直觀展示，用戶操作便捷易懂。
4.聲音報警電路（lù）
本次防盜防火報警係統聲音報警電路的實現及實現原理為利用三極（jí）管基極串聯電阻，與單片機（jī）的端口進行（háng）連接，從（cóng）而實（shí）現對蜂鳴器是否報警的控製。
5.電源模塊
本次設計采（cǎi）用5V 鋰電池（chí）作為供電（diàn）電源，鋰電池具備（bèi）如下優勢：體積小，可重複利（lì）用，供電穩定。
6.溫度傳感器模（mó）塊電（diàn）路設計
本次設（shè）計采用DS18B20 溫度傳（chuán）感器，該（gāi）型號充（chōng）電器設有非易失性電EEPRAM 以及一個便捷內存，便捷內存負責TH、TL 值的寫入（rù），存儲（chǔ），隨後對EEPRAM 進行檢查，當DS18B20 轉換出的數值精度的值始終等於1，隻有TM 來決定DS18B2 處於測試模式或是工作模式。
7.轉換器模塊設計
本次防盜防火報警係統采用ADC0832 轉換器，這是（shì）一種八（bā）位分辨率，並且設有兩個（gè）通道的轉換芯片，具備著體積小、性價比高、金融性強的特點（diǎn）。單片機與轉換器（qì）接口電路示（shì）意圖如（rú）圖5 所示。

圖5 單片機與轉換（huàn）器接口（kǒu）電路示意圖
三、係統設計軟件部（bù）分
1.煙霧監測功能部分（fèn）
本次設計的（de）煙霧監測功能，煙霧濃度通過K5 設置，K4負責設置煙霧濃度增大，K3 負（fù）責設置煙霧濃度降低，當煙霧傳感器監測（cè）到實際溫度超出預（yù）警閥值，蜂鳴器就（jiù）會報警，點亮發光，二極管（guǎn）同時啟動風扇（shàn）開（kāi）啟排煙功能。
2.溫度監測功能部分
本次設計（jì）溫度閥值為W30℃，一旦係統監測的溫度高於閥值，蜂（fēng）鳴器就會發出報警（jǐng），同時點亮發光，二極管進行（háng）閃爍，開啟風扇轉動，實現降溫。
3.紅（hóng）外監測公共部分
紅外監測部分利用K3 進行布防設置，取消布防利用K4 實現，在係統布防狀態（tài）下（HW=ON），一（yī）旦（dàn）監測到有人（rén）進入數值就會迅速地（dì）從0 變成1。同時（shí）單片機指令（lìng）蜂鳴器進行報（bào）警，點亮發光二極管。
4.緊急事件報警（jǐng）部分
對緊急事件報警部分的軟件設計，利用K2 來進行報警（jǐng）觸發，使用K1 進行複（fù）位，當（dāng）人員按下緊（jǐn）急報警，按鈕蜂鳴器就會發出報警，同時點（diǎn）亮發光二極管並開啟風扇轉動功能。
四、防盜防火報警係統功能測試
1.係統功能性測試
對本（běn）次設計的防盜防火報警係統進行（háng）四個方位的功能測（cè）試，在進（jìn）行煙霧監測報警功能測（cè）試期間，采取將（jiāng）紙片點燃放在（zài）傳感器附近進行觀察的方式。當將點燃的紙片（piàn）靠近傳感器，顯示屏上的煙霧濃度數字逐漸增大，等到煙霧濃度超過閥值就會聽見報警器（qì）蜂（fēng）鳴，同時二極管被點亮閃爍（shuò），風（fēng）扇啟（qǐ）動轉動，顯示屏數（shù）據顯示煙霧濃度大於100ppm。
2.傳感器幹擾測試
對煙霧傳感器進（jìn）行測試期間，測試員（yuán）采用釋放打火機氣體，隨著氣體釋放，越來越多，顯示屏（píng）上的數字越來越（yuè）大，即證明該（gāi）傳感器也可以測試有毒氣體的濃度。對（duì）紅外（wài）傳感器的測試，測試人員先將塑料殼套在紅外傳感器上，隨後使用熱源靠近溫度（dù）傳感（gǎn）器，發現紅外（wài）傳感器和（hé）溫度傳感器的靈敏度都有所下降，此測試證明（míng）在實（shí）際應用期間，應該避免將雜物靠近傳感器，從而（ér）保持傳感器的靈敏度和精（jīng）確度。
3.防盜防火報警係統測試結果
經（jīng）過實驗人員多（duō）次對本次設計的測（cè）試，其結果表示本次設計達到了預期要求，實現了對宿（xiǔ）舍煙霧溫度紅（hóng）外和緊急報警的四（sì）大功能。
五、結（jié）論
在學校內發生的宿舍失竊事故、火災等事件都會對學（xué）生的生命、財產安全造成嚴（yán）重的威（wēi）脅（xié），所以基於以上背景，作者設計了一種專門應用於學生宿舍的智能防（fáng）盜防（fáng）火報警係統，從而通過係統（tǒng）實現對學生宿舍的有效監測。

智能防盜防火報警係統整體結構與軟硬件設計及功能測試

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