摘要：文中提出了一種宿舍智能防火防盜報警系統的設計。系統中，監測點子系統以AT89S52為控制核心，輔以各種傳感器，對學生宿舍的安全信息進行采集，如有警情通過無線通信模塊傳送至監控中心，自動提示值班人員前去處理，實現了對學生宿舍的安全管理。
　　
　　引言
　　
　　近年來，隨著各高校規模的擴大，在校生的數目飛速增長，學生宿舍的不安定因素也越來越多。由于同學們安全意識不強，盜竊、火災等危害學生財產和生命安全事件的發生概率也在增長，給各高校的平安校園建設帶來一定困難。為此，在計算機技術、電子信息技術和無線通信技術的基礎上，文中提出了宿舍智能防火防盜報警系統的設計。該系統可以對學生宿舍內部中的盜竊、火災和違章用電等不安全因素進行監控，如有警情可迅速告知宿舍管理人員前去處理，實現了對學生宿舍的安全監控，縮短了對宿舍中突發事件的反應時間，給高校學生的平安求學帶來了保障。
　　
　　1、系統總體設計
　　
　　系統總體結構框圖如圖1所示。　　
　　由圖1可見，系統由監測點子系統和監控中心系統組成，監控點通過各種傳感器采集宿舍安全信息，并通過無線通信模塊傳送到監控中心的上位機。如有危害宿舍安全的信息，上位機會驅動聲光報警電路提醒值班員前去處理。
　　
　　監測點的結構框圖如圖2所示。監測點處以AT89S52為控制核心，紅外傳感器檢測宿舍內異常人員的入侵信息，即盜警；煙霧傳感器采集煙霧信息，即火警；光電開關可以檢測宿舍內部的人數，當宿舍無人時，提示鎖門；電流互感模塊實現對宿舍用電情況的檢測，一旦用電超出安全標準自動斷電；緊急報*于宿舍發生緊急情況時，做緊急呼救使用；監測點子系統可通過鍵盤電路和LCD屏實現宿舍狀態信息查詢和布防、撤防操作；聲光報警電路在宿舍出現警情時被用作提示信息。　　
　　2、系統的硬件設計
　　
　　2．1監測點子系統硬件設計
　　
　　監測點子系統的硬件電路可由單片機zui小系統、各種傳感器及其信號處理電路、鍵盤及顯示電路、聲光報警電路、無線通信模塊電路及電源電路等組成。
　　
　　為了防止斷電情況，影響系統工作，監測點子系統的電源除采用交流供電外，還添加了蓄電池供電的方式。市電供電時，將220V的交流電經過220V～9V的變壓，再將輸出的電壓經過直流整流與濾波處理，zui終通過7805穩壓模塊獲得5V的電壓。市電斷電時，由蓄電池供電，可直接將9V的蓄電池經7805穩壓便可得到5V的電壓。
　　
　　人體的檢測是利用了紅外傳感器對于人體所發射的紅外線具有感應的特性。文中在宿舍的頂部、門內分別裝有一紅外傳感器。適當調節其測量距離和感應角度，保證頂部的傳感器監測范圍能夠覆蓋整個宿舍。一旦人的活動進入其測量范圍，紅外傳感器接收到紅外信號，就會自動將輸出端信號的電平變高，AT89S52可以通過檢測紅外傳感器電平的變化來識別宿舍內是否有人員入侵，如有，上報監控中心的通知，啟動宿舍內部的聲光報警器。
　　
　　煙霧傳感器是用來探測室內氣體中的煙霧的，在系統中，用于火災報警。火災的起火過程一般情況下伴有煙、熱、光三種燃燒產物。在火災初期，由于溫度較低，物質多處于陰燃階段，所以產生大量煙霧。煙霧是早期火災的重要特征之一，感煙式火災探測器就是利用這種特征而開發的，能夠對可見的或不可見的煙霧粒子響應的火災探測器。文中將煙霧傳感器置于宿舍頂部，如有煙霧可以引發傳感器輸出電流、電壓的變化，經處理電路轉變為電平信號輸入單片機實現火災的檢測與報警。
　　
　　為了實現對宿舍內人員的統計，在門框的內外兩側安裝了兩個光電開關，外側的為光電開關1，內側的為光電開關2。若先經過光電開關1再經過光電開關2，則定義為進門；反之，則定義為出門，進門次數與出門次數之差即為宿舍內的實際人數。當人數值為零時，蜂鳴器提示鎖門。
　　
　　電流互感模塊，可將宿舍用電線路中的電流信號轉變成電壓信號提供給單片機，實現對宿舍用電量的實時監測。文中采用LEM公司的LTS25-NP，可將宿舍的用電線路中的電流信號轉變為0-5V的電壓，LTS25-NP電流互感模塊輸出的電壓信號不能直接輸入單片機，需經ADC0832轉換成數字信號后才能輸入，當單片機的監測值超過設定的安全值時，先向相關宿舍發送告警提示信息，如無應答，直接切斷該宿舍電源。
　　
　　如果宿舍內發生緊急事件，宿舍人員無法及時處理，可以通過緊急報警模塊實現向友鄰宿舍或者監控中心呼叫求助，安全方便。
　　
　　鍵盤電路采用4×4鍵盤，可以實現查詢信息、密碼輸入與驗證、宿舍安全的設防與撤防。為了節省資源，LCD顯示采用1602液晶顯示器。
　　
　　無線通信模塊采用Nordic公司的無線數字傳輸芯片nRF2401。nRF2401是單片射頻收發芯片，工作于2．4GHzISM頻段，支持多點間通信，zui高傳輸速率超過1Mbps。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置，芯片能耗非常低，以-5dB的功率發射時，工作電流只有10．5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節能設計更方便，DuoCeiverTM技術使nRF2401可以使用同一天線，同時接收兩個不同頻的數據，只需少量外圍元件便可組成射頻收發電路，nRF2401沒有復雜的通信協議，它*對用戶透明，同種產品之間可以自由通信。
　　
　　nRF2401有四種工作模式，即收發模式、配置模式、待機模式、關機模式。其模式的選擇由nRF2401的PWRUP、CE和CS三個引腳控制。三個引腳與工作模式之間的關系如表1所示。　　
　　主控芯片AT89S52與nRF2401的信號連接圖如圖3所示。AT89S52通過改變PWRUP、CE和CS三個引腳的狀態選擇合適的工作方式，通過CLK1和DATA發送或者讀取數據，DR1引腳是一個狀態引腳，它的狀態表示nRF2401是否已經接收到數據。當nRF2401沒有接收到數據時，DR1引腳輸出低電平，收到數據時跳變為高電平，直到單片機將其接收緩存中的數據讀走后，才會恢復為低電平。此引腳信號可以作為通知單片機取數據或者發送數據的信號。　　
　　2．2監控中心電路設計
　　
　　監控中心主要由上位機（PC機）、單片機、無線通信模塊和聲光報警電路組成。其電路連接圖如圖4所示。由圖可見，無線通信模塊nRF2401由單片機AT89S52控制，通過串行口與上位機的串口連接。由于AT89S52采用的TTL／CMOS電平，而PC機串口采用的是RS-232C標準的EIA電平，兩者不兼容，因此在AT89S52與上位機串口間需加MAX232實現電平轉換，才能正常通信。　　
　　3、系統的軟件設計
　　
　　系統中，上位機中通過VB語言編寫程序，負責與通信處理模塊中的AT89S52單片機通信，采集各個宿舍的安全狀態信息，如出現危害宿舍人員安全的信息出現，立即驅動報警電路提示值班員前去查詢維護。各種警情的采集與識別，交由監測點子系統完成。其中，宿舍用電量的監測與控制也交與監測點子系統完成。這里，主要介紹一下無線通信模塊的軟件設計。
　　
　　nRF2401具有四種工作模式，其收發模式中有ShockBurstTM收發模式和直接收發模式兩種，由配置字選擇。系統中，選擇ShockBurstTM收發模式，在這種模式下，nRF2401自動處理字頭和CRC校驗碼。發送數據時，自動加上字頭和CRC校驗碼，數據發送完成后數據準備好引腳通知單片機數據已發送完畢；接收數據時，先監測地址，地址不正確不接收數據，并自動將接收到數據的字頭和CRC校驗碼去掉。監測點子系統中，有數據需要發送時，將nRF2401置為發送狀態，監控中心的nRF2401接收數據前置為接收模式。監測點子系統的數據發送程序流程圖如圖5所示，監控中心數據接收程序流程如圖6所示。　　
　　4、總結
　　
　　本系統結構簡單，可靠性高，由于采用nRF2401傳輸數據，將多個分散的宿舍信息集中到監控中心統一處理，實現了對學生宿舍監控的無線組網，免除了有線組網重新布線的問題，使整個系統安裝方便，便于維護。宿舍智能防火防盜系統的實現，加強了學生宿舍生活的安全性，給廣大在校學生平安接受教育提供了保障。