弱電設(shè)計(jì)中監(jiān)控防盜系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

張金成

（北大醫(yī)療信息技術(shù)有限公司，北京 100080）

0 引 言

隨著人們生活水平的提高，監(jiān)控防盜已成為一個(gè)重要的安全問(wèn)題。目前，具備天然氣泄露起火報(bào)警、門窗防盜等功能的設(shè)備普遍存在價(jià)格昂貴、功能單一等缺點(diǎn)。因此本文以GSM通信技術(shù)為支撐設(shè)計(jì)一款基于51單片機(jī)的防火防盜系統(tǒng)，通過(guò)模塊間的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)防火和防盜功能，使人們?cè)谙硎苌畹耐瑫r(shí)保障生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。選用STC89C52作為主控制器，采用DS18B20溫度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器和攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用LCD1602液晶顯示屏作為顯示器，蜂鳴器和LED燈進(jìn)行聲光報(bào)警，三極管和繼電器控制風(fēng)扇，通過(guò)SIM800使系統(tǒng)與用戶手機(jī)互聯(lián)[1]。硬件選型完成后，根據(jù)電子電路設(shè)計(jì)圖進(jìn)行硬件焊接，組成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)框架

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)場(chǎng)所的溫度。DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，可以直接傳輸給單片機(jī)。此外，DS18B20具有應(yīng)用方便、抗干擾能力強(qiáng)、精度高以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)[2]。溫度傳感器模塊電路原理如圖2所示。

圖2 溫度傳感器模塊電路原理

此元器件有3根外部引腳，其中VCC引腳接電源，GND引腳接地，另一引腳則連接I/O總線。此外，加10 kΩ電阻的目的是上拉限制高低電平。

2.2 MQ-2煙霧傳感器設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)使用MQ-2類型的煙霧傳感設(shè)備實(shí)施監(jiān)控。如果所在的區(qū)域中有易燃危險(xiǎn)信號(hào)，傳感設(shè)備的電導(dǎo)率就會(huì)被易燃空氣所影響，隨著其濃度而加大，采用ADC0832能夠?qū)㈦妼?dǎo)率的改變和該傳感設(shè)備的氣體濃度聯(lián)系在一起[3]。根據(jù)采集電壓的變化，A/D模塊會(huì)輸出不同的電壓。煙霧傳感設(shè)備的電路原理如圖3所示。

圖3 MQ-2煙霧傳感器模塊電路原理

2.3 熱釋電人體紅外傳感器模塊

熱釋電人體紅外傳感器能接收到人體發(fā)出的紅外輻射，由傳感探測(cè)元、干涉濾光片以及場(chǎng)效應(yīng)管匹配器3部分組成，能感應(yīng)人體發(fā)出的紅外光[4]。本設(shè)計(jì)在傳感器的前端安裝了菲涅爾透鏡，以此來(lái)提高其靈敏度，增加檢測(cè)距離并擴(kuò)大范圍。

2.4 攝像頭模塊

本設(shè)計(jì)選用OV3640型號(hào)的攝像頭模塊，具有成像清晰、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)攝像頭采集到視頻數(shù)據(jù)后，將視頻信號(hào)傳輸?shù)揭曨l編碼通道上進(jìn)行編碼壓縮處理，處理后的視頻數(shù)據(jù)保存在本地。當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有人觸發(fā)報(bào)警后，用戶可直接在手機(jī)端查看攝像頭采集到的視頻[5]。

2.5 通信模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的通信模塊為SIM800，具有體積小、價(jià)格便宜、發(fā)送短信時(shí)間快等特點(diǎn)。由于SIM800給用戶發(fā)送報(bào)警短信后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反向電流，因此在電路中連接一個(gè)二極管，防止反向電流擊穿芯片造成損壞。此外，設(shè)置1 mF電解電容為發(fā)送短信提供足夠的條件。通信方式采用的是串口通信，模塊支持RS232和TTL接口控制，可以方便地使用電腦或者單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)GSM/GPRS功能[6]。該模塊的T-RX引腳連接單片機(jī)的TX引腳，T-TX引腳連接單片機(jī)的RX引腳，GND引腳連接單片機(jī)的GND引腳。TTL電平支持3.3 V/5 V系統(tǒng)，接口外部的輸入工作電壓為5～24 V，能保證給SIM800提供2 A電流，這里使用5 V/2 A的電源進(jìn)行供電。

2.6 LCD1602顯示模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)LCD1602顯示屏顯示檢測(cè)到的溫度和煙霧濃度。LCD1602顯示屏與單片機(jī)的P0口連接，并在中間連接一個(gè)10 kΩ電阻，其原理如圖4所示。

圖4 顯示模塊電路原理

通過(guò)控制指令程序，LCD1602顯示屏能夠?qū)崿F(xiàn)讀寫操作。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD1602顯示屏?xí)r，首先將引腳RS與引腳R/W均置為低電平，并寫入指令；其次將引腳RS置為高電平，引腳R/W不變，寫入數(shù)據(jù)；最后將引腳R/W置為高電平進(jìn)行讀操作，并將數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上[7]。

2.7 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)報(bào)警電路分為兩部分，分別是聲光報(bào)警和短信報(bào)警。聲光報(bào)警模塊電路原理如圖5所示。

圖5 聲光報(bào)警模塊電路原理

設(shè)置煙霧濃度和溫度報(bào)警閾值，單片機(jī)開(kāi)始循環(huán)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)值與閾值進(jìn)行比較。觸發(fā)報(bào)警條件，單片機(jī)向報(bào)警模塊發(fā)送命令，蜂鳴器置為低電平開(kāi)始工作，LED燈亮起，同時(shí)向SIM800模塊發(fā)送AT指令，向用戶發(fā)送報(bào)警短信[8]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示以及通信傳輸3部分。

3.1 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)初始化完成后傳感器開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)按鍵設(shè)置溫度、煙霧濃度的報(bào)警閾值以及防盜模式的開(kāi)關(guān)，將溫度與利用ADC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的煙霧濃度數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)分析處理，當(dāng)溫度或煙霧濃度達(dá)到報(bào)警條件后開(kāi)啟風(fēng)扇、報(bào)警并發(fā)送報(bào)警短信。此外，在防盜開(kāi)啟模式下有人經(jīng)過(guò)時(shí)報(bào)警并發(fā)送報(bào)警短信[9]。

3.2 數(shù)據(jù)顯示

LCD1602顯示屏接通電源后，顯示屏先進(jìn)行初始化，此時(shí)屏幕上的數(shù)值將被清零。單片機(jī)通過(guò)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入操作，然后LCD1602顯示屏將數(shù)據(jù)顯示在指定位置，檢測(cè)到結(jié)束字符時(shí)將結(jié)束數(shù)據(jù)寫入。

3.3 通信傳輸

通過(guò)手機(jī)端進(jìn)行設(shè)備防盜模式的開(kāi)啟和關(guān)閉，還可以顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)。手機(jī)控制設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的命令，對(duì)于用戶發(fā)送的文字模式命令需要轉(zhuǎn)換為Unicode碼，將轉(zhuǎn)換過(guò)的命令暫存在GSM模塊的AT命令緩存區(qū)，然后發(fā)送到GSM核心模塊后執(zhí)行相應(yīng)功能[10]。

4 結(jié) 論

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的高度發(fā)展，加強(qiáng)應(yīng)用現(xiàn)代化的安防技術(shù)十分重要。基于51單片機(jī)的防盜系統(tǒng)選用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，整體造價(jià)較低。采用DS18B20溫度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器以及攝像頭進(jìn)行室內(nèi)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)SIM800實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶手機(jī)通信。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，值得在市場(chǎng)推廣。