宿舍智能防盗防火报警系统

An Intelligent Fire-Protection and Burglar AlarmSystem for DormitoryLijun CAO, Zhi LI, Tao LI, Shuai LIANG, Xiaoping LIU, Changshun LUANSchool of Electrical and Electrical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo, China, 255049 Abstract: The system is an intelligent fire-protection and burglar alarm system for dormitory. It can automa- tically monitor the safety of dormitory. And it can immediately issue a warning signal when something is unusual. By the analysis and comparison of several schemes, we use SCM AT89S52 which is a low power consumption and tall function. Pyroelectric infrared sensor detects whether somebody is in the dormitory. Smoke sensor of ion detects smoke. Two OPDMs detect personnel entering and leaving. The wireless receiver and the wireless transmitter detect valuables. WINCC connects with the monitoring system of dormitory by the bus of 485. The software of WINCC uses LABVIEW software. The system can detect anywhere of the dormitory. It also can real-time display who is in the dormitory, entering and leaving of valuables, fire alarming and so on. The system by repeated testing has higher reliability. It finally realizes the series title requirements.Keywords: Dormitory detecting; Sensor; WINCC; Real-time display宿舍智能防盗防火报警系统曹立军，李志，李涛，梁帅，刘晓平，栾常顺山东理工大学电气与电子工程学院，山东，淄博，255049摘要：本系统是一个用于学生宿舍的智能防盗、防火、报警系统，要求能自动监视宿舍内的安全情况，有异常情况发生时能立即发出报警信号。

通过对多种方案的分析比较，选用了低功耗、高性能的8位单片机AT89S52为控制核心，选用热释电红外传感器检测宿舍内人员的有无，选用离子式烟雾传感器检测烟雾情况，选用2个对射式光电传感器检测人员进出的情况，采用无线发射器、无线接收器实现贵重物品的检测。

上位机与各个宿舍的监控系统通过485总线相连，上位机软件用LABVIEW软件编写，能够实现各个宿舍监测点的任意选择，能够实时显示各个宿舍的人员情况、各个宿舍内的贵重物品进出情况、显示火灾报警等。

系统经反复测试，具有较高的可靠性，最终实现了大赛题目的各项要求。

关键词：宿舍检测；传感器；上位机；实时显示1 系统功能及总体架构1.1 系统功能描述（1）设防状态下，能对非法出入人员、烟雾有无状况进行检测，并以声光方式报警。

（2）系统工作状态的设定必须通过密码验证，用户可用键盘输入或修改密码。

（3）通过网络实现异地多点（宿舍）监控。

（4）监测本宿舍贵重物品，发生非正常位置移动时报警。

（5）对进出宿舍的人员进行计数，判断室内无人时能及时提醒用户锁门。

（6）记录最近几天的宿舍安防情况，如报警类型、时间等，并以报表输出。

1.2 设计系统总体架构通过对系统功能的分析，设计系统总体架构如图1所示：1.3 通过对系统功能的分析，设计的上位机要具有如下功能（1）上位机与下位机能够可靠通信，实时交换数据。

（2）上位机能够生动的显示各个检测点的人员情况、报警情况。

（3）上位机能够实时记录宿舍内部的各项检测指标，能够依据要求产生报表。

图1. 系统总体架构2 部分模块的方案论证2.1 核心控制芯片的选择AT89S52单片机是一种低功耗、高性能的8位微控制器，内部具有8K可编程Flash存储器，使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容，这使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[1,2]。

控制器均具备高速运行、功能强大的特点，且价格较高，虽能满足本设计要求，但相对来说存在大量系统资源浪费，而AT89S52单片机成本低，在功能也满足设计要求，其支持在线编程的特点更适合于我们这种时间紧任务重的情况。

2.2 烟雾检测模块离子式烟雾传感器，可应用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。

其探测范围广，高灵敏度，快速响应恢复，优异的稳定性，寿命长，驱动电路简单[3,4]。

光电感烟探测器是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的，具有以下特点：（1）可探测的可燃物质种类广；（2）误报率低，灵敏度、稳定性好；（3）可与感温探温器构成多种复合式探测器；（4）不使用放射源，无环境污染问题。

当被监视区域发生火灾燃烧生成的烟雾进入探测器并达到一定浓度时，探测器即报警。

从检测效果上来看光电式优于离子式，但是其成本较高，如采用自制方案，探测室的制作由于要考虑空气的扩散问题，有一定的难度，故考虑采用离子式烟雾传感器。

2.3 贵重物品检测模块根据学生宿舍物品特点，贵重物品主要指电脑等，对此类物品的检测采用自制的小型低功耗无线发射器、接收器。

2.4 人员的进出情况及人数的记录根据题目要求，对于人员进出的检测，主要采用2个对射式光电传感器完成。

选用光电传感器时，一采用成品，其特点是灵敏度高，可靠性好，连接方便等优点，一般价格在几十到上百元不等；二用光电器件自制，具有电路简单，可靠，体积小，成本低的特点。

3 系统硬件设计为了实现系统的控制功能，首先对控制核心的芯片进行了资源分配，然后分别设计各个模块，下面对主要模块说明如下。

3.1 人体检测模块该模块通过热释电红外传感器检测非法进入宿舍的人员，型号RE200B。

电路如图2所示。

该电路由RE200B与专用红外传感信号处理器BISS0001IC组成，探测距离可达7m以上。

当非法进入人员在室内移动时，红外传感器产生的有效信号由S极输出，从BISS0001信号输入端14脚进入处理器，经一级运放放大后由16脚输出，经10μF耦合到到第二级输入端（13脚），经放大送入比较器后检出有效触发信号去启动延时时间定时器（延时时间T X≈49152R5C3），由2脚输出的高电平作为报警信号送至系统控制器AT89S52的P2.3端口。

3.2 烟雾检测模块电路如图3所示，电路中使用的传感器是MQ-2。

电路中电源电压为5V，当烟雾达到设定浓度时，在5，6脚的输出电压约为3V，经R4送入LM324A同向输入端，与反向输入的电压（约为2.5V）比较后，输出一高电平作为报警信号送至系统控制器的P2.4端口[6,7]。

通过改变图中R1的大小可以调节系统的灵敏度。

3.3 贵重物品检测模块贵重物品检测模块由发射器、接收器两部分组成，Figure 2. Human Detection module circuit 图2. 人体检测模块电路实现过程：采用多个同一型号发射器，当物品被移走时启动发射器工作，其产生的无线信号由接收器接收。

接收端只有一个接收器，并对每个发射器按键编码，这样单片机就能区分出是哪个发射器发出的信号并报警。

3.4 人员进出检测模块图4所示是我们设计的红外对射式光电开关电路。

FS负责发射，JS负责接收。

安装时在门的左右两侧适当高度沿水平方向分别装两对光电开关A和B，并使其在水平方向上间隔不大于一个人前后距离的宽度，光电开关A和B一般距离10cm-20cm，这样当有人经过时，会先后触发A和B，使之产生输出信号。

如先触发A，后触发B可判断为是进入宿舍，如先触发B，后触发A可判断为是出宿舍，此时系统可根据信号产生的先后判断人是进门，还是出门，并进行计数。

当进出的人数相等时可以认为室内无人，系统启动语音播放模块，语音提示人关门并开启防盗系统。

4 系统软件设计4.1 下位机软件的设计思路下位机采用模块化设计，主要有烟雾检测模块、贵重物品检测模块、报警模块、人员进出检测模块、键盘模块、人体检测模块、显示模块等部分组成。

程序设计主要思想是按事件的紧急程度安排各模块的执行顺序，顺序安排如下：烟雾检测、贵重物品检测、人员进出检测。

烟雾检测和贵重物品检测一旦为真，均需开启报警设备，故将此两个模块安排在一起。

程序初始化后先检测是否有烟雾，后判断贵重物品是否被移动，若均为否，则转入对人员进出的检测模块；否则报警后再进入人员进出检测模块。

具体安排如图5所示。

R8 Figure 3. Smoke detection module circuit图3. 烟雾检测模块电路Figure 4. Detection of personnel entering and leaving thecircuit图4. 人员进出检测电路Figure 5. The main program flow chart图5. 主程序流程图4.2 上位机软件的设计思想上位机编程采用LABVIEW软件完成。

有人工添加报表、定时记录报表、报警记录报表等，设计人机界面时，充分考虑到人性化原则，使各个报表能够客观的、生动的显示在计算机上。

具体界面如图6所示。

5 系统测试经过反复测试，系统的各功能模块均达到设计要求，主要功能模块的测试结果描述如下：人体检测模块，探测距离最远可达7m，完全可以满足一般当宿舍的检测需求。

烟雾检测模块，由于条件所限，无法做出准确的定性测试，我们在无风的条件下利用香烟燃烧时产生的烟雾在室内进行了简单测试。