篇一：宿舍智能防火防盗报警系统
2011全国大学生电子设计竞赛论文
题目: （山东赛区）
宿舍防火防盗智能报警系统
摘要：本系统采用ARM1138单片机作为控制系统的控制核心，利用Q-2烟雾传感器实现烟雾检测，热释电人体红外传感器实现人体检测，红外光电传感器检测人员进出，URAT模块实现异地通讯和网络控制，键盘输入密码解警，无线发射器和无线接收报警器实现贵重物品进出检测，蜂鸣器模块实现报警，所有记录情况采用液晶显示。上位机与主控端直接通信，实现人机交互，体现智能化。主控端可以与各监控端通信，能显示当前各监控端的安全信息。监控端具有人体监测、烟雾监测、声光报警。烟雾传感器放大电路、声光报警电路、键盘电路、稳压电源电路经过测试均达到较好效果。
利用有线通信实现主控端对各宿舍监控端传感器模块的控制。经过测试，本系统能够很好的完成题目各项要求。
关键词：ARM1138；UART通信；烟雾传感器；热释电人体红外传感器
1 方案论证与设计
给出总体方案，列举出关键技术，分别对关键技术阐述方案。
1.1 控制模块方案
方案一：采用通用的51单片机作为主控制器。51单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满 足本设计要求。
方案二：可编程逻辑器件CPLD,它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、标准产品无需测试等特点，可实现较大规模的电路设计。但是，该器件主要依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使 程序设计复杂，难以使用，运算速度太快。CPLD同样难以满足本设计的需要。 方案三： 采用 ARM1138 单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，易于扩展外围电路，开发板集成了键盘、数码管，时钟、ZLG7290等芯片。另外方便的是该芯片内置在线仿真，编程接口，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。
对以上三种方案进行比较，方案一需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，方案二依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使程序设计复杂，难以使用，采用方案三接口比较多，可以方便实现在线调试，这大大简化了系统的开发和调试的复杂度。
1.2 电源模块
方案一：采用两节4.2V可充电式锂电池供电，经过7805的电压变换后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵，这会大大超出我们的预算，为遵循此次大赛成本低的原则，放弃了这种方案。
方案二： 采用9V干电池经7805降压、稳压后给单片机系统和其他传感器供电。电池电量低，使用后丢弃会对环境造成污染，不符合绿色环保的理念。
方案三：采用直流稳压电源。输出精度高，0到32V可调，调节范围大，使用简单，能为单片机提供稳定的工作环境。
经过比较，采用方案三。
1.3 有线模块方案
方案一：红外通信，红外通信器件易得，价格低廉，但必须直线收发是其致命弱点。
方案二：采用自制的无线电发射和接收电路进行无线收发，此方案虽然思路简单，但是硬件电路的连接与调试十分复杂，装置工作时的稳定性难以保证。
方案三：综合使用RS485总线和RS232总线，通过RS485与RS232接口转换，将通过RS485的信息通过RS232传到单片机上，但是这需要连线布局，较为麻烦。
方案四：采用UART有线通信模块，UART有线通信协议十分简单，以低电平作为起始位，高电平作为停止位，中间可传输5—8比特数据和一比特奇偶校验位，奇偶校验位的有无和数据比特的长度有通信双方约定。收发可同时进行，互不干扰。综上考虑，我们选用UART有线通信模块，确保了通信的流畅性和准确性。
1.4 显示部分设计方案
方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。
方案二：采用点阵字符型TS12864A-3LCD液晶显示，可以显示数字与阿拉伯字母等字符，随着半导体技术的发展，TS12864A-3LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。
比较这两种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用TS12864A-3LCD来实现显示功能。
1.5 烟雾检测模块方案
方案一：采用光敏传感器，该传感器是最常见的传感器之一，可以对许多烟雾浓度进行检测，但是在进行检测时要将烟雾信号转化为光信号才可以，经尝试，电路不稳定，不易控制。
方案二：采用Q—2烟雾传感器，它是一种离子是烟雾传感器，工作性能稳定可靠，低功耗，结构设计独特，防虫、防尘、抗外界光线干扰并且有特殊的防潮设计。可以广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器，并且价格适中。
综合考虑我们选择方案二。
1.6 人员监测模块的选择 方案一：采用光电开关。它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通，从而检测物体有无的。物体不限于人、动物、金属等，所有能反射光线的物体均可被检测。因此，它不能起到只检测宿舍有无人员的作用，并且监测距离有限。
方案二：利用图像识别的原理。先提前把宿舍人员信息存储起来，对宿舍的人员进行辨别，当非本宿舍人员进入时便提示并报警，直到宿舍人承认并消除报警后再停止报警，利用图像识别不仅能实现报警功能，而且还能实现记录进入人的面貌，但是其成本高，推广起来不方便，不适用于学校宿舍的推广。
方案三：采用热释电人体红外传感器。菲涅尔滤光片能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。在电子防盗、人体探测器领域中，应用广泛，技术性能稳定。本身不发生任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。
综合考虑以上情况我们选择方案三。
1.7 提示锁门模块
方案一：采用自制的蜂鸣器电路，实现声光报警。该方案实现比较容易，蜂鸣器的声音可以很好的提示锁门。并且所有报警电路都用蜂鸣器模块，节省了I/O口线资源。
方案二：采用ARM1138内部自带的语音模块，以软件的形式实现。程序设计较为复杂，并且降低程序执行效率。
综合考虑，选用方案一。
1.8 贵重物品检测模块
方案一:采用振动传感器。将振动的加速度转换成与之成比例的电压输出。可以检测环境振荡及低振荡，当物体移动时就报警，达到实时检测，但是其抗干扰能力低，而且麻烦，不利于一些经常移动的物体检测。
方案二：根据超市等一些大型场合的防偷盗检测原理，采用贴条形码的形式，将贵重物品的表面贴上条形码，将检测装置放置在宿舍的门口，当物品被拿出时便报警。
方案三：采用再昂贵物品上装信号发生器，在监测地点装信号接收器，当贵重物品被拿出超过一定范围之后，自动发生报警信号，以此来监测贵重物品。此物品小巧，便宜，使用简单并且监测效果较好。
综合上述方案，考虑推广普及成本及监测效果，采用方案三。
2 原理分析与硬件电路图
2.1 稳压电源模块
根据系统要求，我们使用直流信号源，为单片机提供一个稳定的输出电压，确保机内核、外设以及外接传感器工作准确性、稳定性。
2.2 传输模块设计
我们采用的有线传输模组以芯片集成UART模块为核心，使得设备之间即使晶振频率不同也可进行异步通信，完全可编程的串口接口特性，可有效降低误码率，使用简单可靠。实现宿舍情况数据的异地监控。
2.3 键盘模块设计
我们采用 2×8键盘实现输入密码解码解除报警功能，并且可以用键盘模拟锁门与未锁门，开启与关闭人体检测功能。电路图见附录图2
篇二：宿舍智能防盗防火报警系统(F题)
编号：F甲2001
宿舍智能防盗防火报警系统（F题）
学校：鲁东大学
专业：电气工程及其自动化参赛学生：张召 向恒 李刚指导教师：张平联系电话：13583509872
2010年9月20日
宿舍智能防盗防火报警系统（F题）
摘要：本体统是利用STC89C52作为主控制器，设计出的一套具有人体检测、烟雾检测、声光报警、液晶显示、异地监控、语音播放等多功能的宿舍智能防盗防火报警系统。系统集成了上位机、人机交互界面、STC89C52单片机、NRF905无线发射接收模块、人体红外热释电传感器、MQ-2烟雾传感器、CH451矩阵键盘、12864液晶模块、智能防丢器、凌阳语音播放模块、DS1302时钟模块等硬件电路。整个系统结构清晰、成本低廉，经测试，能够完成题目基本要求和发挥部分的各项内容且运行可靠。
关键词：STC89C52，异地监控，人体检测，烟雾检测
Abstract：This system, who used STC89C52 as main controller ,designed a dormitory intellectualized burglarproof and fireproof alarm system, with man detection, smog detection, alarming, liquid crystal displaying, supervising and controlling in another place ,speech playing and so on. This system integrated many hardware electric circuits, such as the position machine,STC89C52 processors,NRF905 wireless modules, infrared sensors,MQ-2 smog sensors, keyboard with CH451,12864 liquid crystal modules, speech playing modules of Lingyang,DS1302 clock modules and so on. The whole system with clear structure and low cost has been tested to complete all the design of this topic requested by the various indicators and reliable operation.
Keywords: STC89C52, supervise and control among different places, human detection, smog detection
1. 系统方案设计与论证
1.1 方案设计与论证 1.1.1 异地监控模块 方案一：上位机
上位机是指人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。由于其直观、清晰、人性化的界面和方便简易的操作，再加上计算机的普及，上位机已广泛应用于工业控制和自动化领域。
方案二：单片机+液晶
单片机又称单片微控制器,是把一个计算机系统集成到一个芯片上。由于体积小、质量轻、价格便宜、功能强大，单片机已广泛应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、家用电器等领域。
方案选择：虽然上位机价格稍贵一些，但界面直观、操作方便、处理速度快、功能强大；单片机内存有限，液晶显示不稳定，操作较繁琐。综合考虑，选择方案一。
1.1.2主从机通信模块 方案一：RS232
接口简单，操作容易，但传输距离较短。
方案二：RS485
RS485接口传输速度快，采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性好。虽然传输距离有限，最大为1219米。
方案三：NRF905无线发射接收模块
利用电磁波作为媒介进行通信，传输距离远，功耗低，且体积小、质量轻，具有高抗干扰能力和低误码率。
方案选择：RS485虽然传输距离有限，但对于本系统已足够；NRF905无线模块摆脱了线路的限制，通信方便。综合考虑，我们根据不同的场合采用方案二和方案三两套方案。
1.1.3从机控制器选择
方案一：采用可编程逻辑器件 CPLD，可以实现各种复杂的逻辑功能，速度快， 控制功能强大、结构灵活，集成度高，易扩展各种功能，但价格较高，适合作为大规模控制系统的控制核心。
方案二：采用STC公司的STC89C52单片机，功耗低，价格便宜，IO口可扩展，处理速度快，性能高，且编程方便。
从适用度和价格两方面考虑，选择方案二。 1.1.4电源模块的选择
方案一：采用4节5号电池，这样供电简单；但由于本系统涉及模块较多，容易导致功率不足，电压不稳，严重时可能导致单片机系统掉电，缺点比较明显。 方案二：采用开关电源供电，开关电源功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定，完全满足本系统的要求。
经过比较，我们选择方案二。 1.1.5从机显示模块选择
方案一：1602液晶模块，控制方便，成本低廉；16*2单屏显示内容少，只能显示英文字母和数字，不能显示汉字；数据并行输入，占用单片机IO口资源较多。
方案二：12864液晶模块，单屏显示内容多，不仅能显示字母、数字，也能显示汉字；串行输入，仅占用单片机3个IO口，大大节约了IO口资源。
经过比较，我们选择方案二。 1.1.6语音提示模块选择
采用凌阳语音模块，具有语音识别和语音播放功能，播放语音比较长，语音失真小，编程比较简单，控制较容易。 1.1.7人体检测与烟雾检测模块
本系统采用市面流行且成本低廉的红外热释电传感器实现人体检测，MQ-2烟雾传感器模块实现烟雾检测。 1.1.8键盘输入模块
本系统采用CH451矩阵键盘模块进行密码输入和报警器的解警等工作。1.2整体设计
2. 理论分析与计算
2.1 热释电人体红外传感器工作原理
热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.1～10Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。
2.2MQ-2烟雾传感器工作原理
MQ-2/MQ-2S烟雾传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在烟雾或可燃气体时，传感器的电导率随空气中烟雾浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度
相对应的输出信号。 左图是传感器典型的灵敏度特性曲线。 图中纵坐标为传感器的电阻比（Rs/Ro），图1
横坐标为气体浓度。
Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值；
Ro 表示传感器在1000ppm 氢气中的电阻值。
封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
篇三：10年电子竞赛宿舍智能防盗防火报警系统论文设计
2010年山东省大学生电子设计竞赛 编 号：
题 目：宿舍智能防盗防火报警系统学生姓名：
指导教师：
论文设计F甲3105王金保 赵建行 宋磊磊 郑桂兴 单承刚
2010年 9月20日
目 录
摘要 ....................................................................... 1
一、 方案设计与论证 ........................................................... 2
1.1 主控系统的选择 ....................................................................................................................... 2
1.2 电源模块的选择 ....................................................................................................................... 3
1.3 无线收发模块的选择 ............................................................................................................... 3
1.4 显示模块的选择 ....................................................................................................................... 3
1.5 火灾监测模块的选择 ............................................................................................................... 4
1.6 人员监测模块的选择 ............................................................................................................... 4
1.7 贵重物品监测模块的选择........................................................................................................ 4
二、 硬件设计 ................................................................. 5
2.1 系统设计 ................................................................................................................................... 5
2.2 部分单元电路 ........................................................................................................................... 6
2.2.1 自制可调稳压电源模块 ..................................................................................................... 6
2.2.2 键盘模块 ............................................................................................................................. 6
2.2.3 烟雾传感器模块 ................................................................................................................. 7
三、 软件设计 ................................................................. 7
四、 系统测试与结果分析 ....................................................... 9
4.1 测试环境 ................................................................................................................................... 9
4.2 测试方法 ................................................................................................................................... 9
4.3 测试结果 ................................................................................................................................. 10
4.3.1 传感器的测量 .................................................................................................................... 10
4.3.2 无线传输距离的测量 ........................................................................................................ 11
4.3.3 语音密码功能校验 ............................................................................................................ 11
4.3.4下图为工作状态LCD显示界面 .............
4.4 测试结果分析 ......................................................................................................................... 12
五、 设计总结 ................................................................ 12
六、 参考文献： .............................................................. 12
七、 附录 .................................................................... 13 ?
?
? 附 1：部分元器件清单 .......................................................................................................... 13 附 2：系统使用说明书 .......................................................................................................... 13 附 3：部分电路图图纸 .......................................................................................................... 14
3.1 自制放大电路及其仿真图 .................................................................................................... 14
3.2 热释电红外传感器原理图 .................................................................................................... 14
3.3 自制LED显示电路原理图 .................................................................................................... 15
3.4 PT2262发射电路原理图 ..................................................................................................... 15 ? 附 4：主要 C 程序 ................................................................................................................. 16
摘 要
宿舍智能防盗防火报警系统采用SPCE061A单片机作为主控端与宿舍监控端的控制核心，包括无线收发模块、热释电人体红外传感器、烟雾传感器、光电传感器、键盘模块、LCD液晶显示模块、声光报警模块等外围设备。
上位机与主控端直接通信，实现人机交互，体现智能化。主控端可以与各监控端无线通信，能显示当前各监控端的安全信息与人员进出情况，并能发送一些安防提示信息。监控端具有人体监测、烟雾监测、声光报警、语音提示、键盘解码等功能。烟雾传感器放大电路、声光报警电路、键盘电路、稳压电源电路均为自制电路，经过测试均达到较好效果。
利用无线通信实现主控端对各宿舍监控端传感器模块的控制。经过测试，本系统能够很好的完成题目各项要求。
关键字：SPCE061A 上位机 烟雾传感器 热释电人体红外传感器 无线通信
Abstract
Dormitory intelligent security fire alarm system adopts SPCE061A as the master and the monitoring control core and dormitory including wireless transceiver module, pyroelectric infrared sensors, smoke sensor body, photoelectric sensors, keyboard module, LCD LCD module, sound-light alarm module peripherals.
PC and control the direct communication, realize human-machine interaction, intelligent. The control and monitoring can be wireless communication, can display the current safety information and the monitoring of personnel entering and leaving the situation, and can send some security message. The monitor has human monitoring, smoke, monitoring, sound-light alarm, audio, keyboard decoding etc. Function. Smoke sensor amplifier circuit, sound-light alarm circuit, keyboard circuit, manostat circuits are homemade circuit, after testing achieved better effect.
Using the wireless realization of each dormitory master control module monitoring sensor. Through testing, this system can very good complete title requirements.
Keywords: SPCE061A Principal Computer Smoke Sensors Pyroelectric infrared sensor body Wireless communications
一、 方案设计与论证
本宿舍智能防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和无线通信相结合，从而形成一个智能防盗、防火报警系统。系统总体由烟雾传感器、热释电人体红外传感器、键盘模块，语音提示模块，无线传输模块组成，系统组成如图1.1 所示。
图 1.1 系统框图
为了较好的实现系统各个监测模块的功能和彼此之间的配合衔接，并且考虑到性价比，我们对系统各部分做了几个方案并对其进行了设计对比论证，具体论证如下：
1.1 主控系统的选择
方案一：采用通用的51单片机作为主控制器。51单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满足本设计要求。
方案二：可编程逻辑器件CPLD,它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、标准产品无需测试等特点，可实现较大规模的电路设计。但是，该器件主要依赖于软件设计，缺少硬件的配合，致使程序设计复杂，难以使用，运算速度太快。CPLD同样难以满足本设计的需要。
方案三：采用凌阳公司的SPCE061A单片机。凌阳61单片机RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、程序易于编写和调试，且具有
DSP功能、支持在线仿真。开发更加容易，使整个系统变得更加简单，性价比较高，C语言与汇编语言可以互相调用，具有10位A/D转换和两路D/A转换器，有强大的数模转换功能。
通过分析比较之后，为了获得丰富的接口资源，基于61单片机简单易学且性价比高等特点，我们采用方案三。
1.2 电源模块的选择
方案一：采用1.5伏干电池。体积小，重量轻，使用灵活方便。但是不满足长时间的持续供电。
方案二：采用直流稳压电源。输出精度高，0到32V可调，调节范围大，使用简单，但是体积重量较大，不方便携带。
方案三：自制0到24V直流稳压电源。体积小，重量轻，携带方便，输出电压可调。
为避免单片机与外围模块电源之间的干扰、本着轻便节约的思路，单片机供电我们采用方案一，其外围模块供电我们采用方案三。
1.3 无线收发模块的选择
方案一：利用凌阳SPCE061A单片机配备的无线收发模组，它能精确的收发信号实现各节点与主控室之间的通信，频率较高，价格昂贵，不适用于公寓监测系统的大面积推广。
方案二：采用常用的PT2272/2262系列实现无线收发，芯片为CMOS工艺制造，功耗低，外围电路简单，电压工作范围宽，数据可达到6位，地址码多。收发距离远，测量精度高。
综合分析上述方案，为满足设计需要，我们采用方案二。
1.4 显示模块的选择
方案一：使用LED数码管显示。该方案控制部分简单，且LED数码管比较直观，可视化强。但是只能显示非常有限的符号与数字，占用资源较多且信息量少，显然不能胜任设计复杂的显示功能。
方案二：采用LCD显示。自带字库，有丰富的文字和图形显示功能，有良好