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高校宿舍引入人性化热释电红外传感器防火防盗系统

信息来源: http://ggbsw.com  时间:2016/8/5 9:15:52 

热释电红外传感器

    提要:高校安全关系着每个学生、老师和家长的心。近年来,高校也成为了安全事件多发的地方之一,每次时间的发上都在社会上引起很大的关注。在今年发生的几起事故中,在宿舍发生的案件显得尤为多。加强学生宿舍安全,各高校也加强安全措施,加派人手进行巡逻排查,但是对于学生宿舍内部,因涉及到隐私成为难以掌控的节点。因此,针对宿舍安防问题的智能检测系统要更智能化、人性化。

    高校安全关系着每个学生、老师和家长的心。近年来,高校也成为了安全事件多发的地方之一,每次时间的发上都在社会上引起很大的关注。在今年发生的几起事故中,在宿舍发生的案件显得尤为多。加强学生宿舍安全,各高校也加强安全措施,加派人手进行巡逻排查,但是对于学生宿舍内部,因涉及到隐私成为难以掌控的节点。因此,针对宿舍安防问题的智能检测系统要更智能化、人性化。

    宿舍的智能安防监测系统,该设计是基于ARMCortex—M3处理器内核LM3S1138为主控制器的宿舍智能防火防盗报警系统。该系统可以判断宿舍是否发生火情,检测人员进出及非法入室情况,监测不同贵重物品的移动情况。宿舍节点控制器接收信号实现声光提示和液晶显示,并通过无线通讯模块传送给监控机实现异地监控,一部监控机可以远程监控多个宿舍,有利于学生宿舍的安全管理。

    1.系统总体设计

    本系统主要通过宿舍内的节点控制器LM3S1138单片机采集人体红外感应模块、烟雾检测模块、贵重物品出入检测模块产生的数据信息,经过处理实现LED闪烁和语音警报功能,利用键盘输入密码可以解除警报。宿舍节点控制器与监控机利用无线通讯传送监控数据,实现异地监控及多个宿舍的网络控制。监控机可将数据信息储存在24C256芯片为核心的储存模块并记录近几天宿舍安防情况,通过显示模块显示。

    2.系统的硬件设计

    2.1人体红外检测模块

    该模块可工作在两种模式:工作模式和省电模式。当有人进入探测区时,热释电红外传感器感应出信号,并向单片机发送高电平,在延时时间段内,如果有人在其感应范围活动,将一直输出高电平。当无人进入或人离开时,高电平变为低电平,此时系统进入省电模式。

    1)探测范围分析

    一般的红外检测电路自身接收灵敏度较低,检测距离在2m左右,为了提高检测灵敏度以及频率响应速度,本设计在传感器上安装了一个菲涅尔透镜(与传感器相距1cm),可将探测范围增加到5m左右,同时感应锥度可达100°左右。

    2)抗干扰性分析

    为增强系统的抗干扰性,使之对人体感应最为敏感,采用滤光片作为传感器的窗口。由于在自然界中,一切温度高于绝度零度的物体均能发出红外辐射,温度越高红外辐射的波长就越短。辐射最强的波长满足维恩定律:

    λmax·T=2989(μm·K)(1)

    上式中,T=300K为人体的热力学温度,λmax=9.64μm为人体辐射的红外波长。可见,人体辐射的最强的波长正好在滤光片的响应波长7.5~14mm的中心处,从而使热释电人体红外传感器只对人体有反应。

    2.2烟雾检测模块

    将烟雾传感器放置在宿舍内,它会根据烟雾浓度及成分产生相应的模拟电信号,将此信号经过LM339比较器,若浓度小于阈值电压UT所对应浓度时,则输出低电平,若浓度大于阈值电压UT所对应浓度时,则输出的高电平,单片机分析此电平信号进行声光报警。

    通过多次测试获得阈值电压UT=1.5V,利用电阻分压,如果R=100kΩ,则根据下列公式:

    求得电阻R1的阻值为23.33kΩ,可采用50kΩ的电位器代替。

    2.3贵重物品出入检测模块

    本模块采用无线收发编码解码芯片PT2262/2272组成功耗低、体积小、检测距离可调的无线检测装置,检测贵重物品的出入情况,使用时在每个贵重物品上配备一个低功耗的无线发射装置,在宿舍端的控制区安装一个无线接收装置,收发装置的地址都相同,但不同的贵重物品所发送的数据不同,以此来区分不同的贵重物品。

    根据实际情况,将接收装置的接收范围设定为3m以内,当贵重物品放在宿舍内时,接收装置可收到相应的信号;当贵重物品被拿出宿舍时,接收装置无法收到信号,触发外部中断,单片机处理后进行声光报警,并通知主控端;当内部人员要将贵重物品拿出宿舍时,可以通过宿舍端进行登记,并告知主控端,当贵重物品被拿回时,接收装置会收到其无线信号,单片机即可判断该物品已被放回。

    2.4语音提示模块

    为了使该系统实现更先进、更人性化的功能,该系统采用ZY1730语音芯片进行人声提示,使该系统的各种警报清楚明了,不仅该宿舍成员可以及时采取相应措施,也能够使路人理解并提供帮助。

    3.系统的软件设计

    本系统使用瑞典IARSystem公司推出的IAREmbeddedWorkbench(IAREW)嵌入式开发工具,借助它可以有效地开发并管理嵌入式应用项目,功能完善。采用主流单片机编程语言-C语言进行编程,实现各项功能。C语言功能丰富,代码清晰易读,易形成模块化,编译及调试效率高,大大缩短了开发周期,明显增加软件可读性,便于改进和扩充。

    软件部分采用模块化设计思路,不同模块对应不同的文件,各模块之间耦合度较小,容易修改与维护。整个程序分为主程序模块,检测模块,监视模块3个模块。监视模块分为4个模式:模式一为进出人提示,模式二为防盗提示模式,模式三为防火提示模式,模式四为贵重物品出入宿舍模式。监视模块分别对这4种模式进行语音提示、LED闪烁及监控机显示。宿舍节点主程序流程图和检测模块流程图如图3和图4所示。

    4.系统管理与上位机监控设计

    系统管理上采用了外部中断触发、消息触发和主从逻辑触发相结合的方式。无特殊事件发生时,各个节点传感器处于休眠状态。本系统采用RF24L01为主控的无线通讯模块,可以同时接收多路数据,其具有集成精度高,无需外部SAW滤波器,稳定性能高,数据不容易丢失,传输速度快,功耗低等特点。

    上位机监控通过工业组态软件实现每个楼层和宿舍的状态监控,如图5所示。每个楼层和宿舍的状态全部以指示灯的形式在上位机界面上显示,状态变化时指示灯闪烁。各个宿舍温度也可在上位机界面进行显示。

    5.结论

    该系统经过反复测试,反应灵敏,响应速度快,监视机显示的内容完整并且能够显示实时的温度,键盘操作界面简单易懂,兼具智能化和人性化的特点。实现了学生宿舍集成化、智能化的管理,给高校学生人身以及财物安全带来了保障。


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