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        高校學(xué)生宿舍防火報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)

        2013-12-22 01:54:50
        河南科技 2013年6期
        關(guān)鍵詞:測試數(shù)據(jù)煙霧鍵盤

        (南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210048)

        1.系統(tǒng)方案

        1.1 系統(tǒng)總體方案

        本系統(tǒng)主要由電源模塊,控制器模塊,鍵盤模塊,外部存儲(chǔ)模塊,無線傳輸模塊,聲光報(bào)警模塊,顯示模塊,人體檢測模塊,煙霧檢測模塊,貴重物品檢測模塊等構(gòu)成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        1.2 主要模塊方案論證與比較

        1.2.1 控制器模塊

        方案一:采用ATMEL公司的AT89C51作為控制核心。51單片機(jī)價(jià)格便宜,應(yīng)用廣泛,但運(yùn)算速度較低,內(nèi)部資源較少,功能單一,且自身功耗相對(duì)較高,難以滿足系統(tǒng)要求。

        方案二:采用16 位低功耗單片機(jī)MSP430 作為控制核心。它具有豐富的I/O 口與外部中斷,運(yùn)算速度快,為16 位機(jī),而且功耗很低。

        因?yàn)镸SP430的功耗比51的低且其I/O 口多,運(yùn)算速度快,所以我們選擇方案二。

        1.2.2 電源模塊

        方案一:采用開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源功率大,效率高,但是紋波大,價(jià)格相對(duì)較高。

        方案二:采用線性直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源制作簡單,輸出穩(wěn)定,性價(jià)比較高。

        因?yàn)榫€性直流穩(wěn)壓電源比開關(guān)電源成本低,輸出穩(wěn)定,所以我們選擇方案二。

        1.2.3 鍵盤模塊

        方案一:采用獨(dú)立式按鍵。此類鍵盤采用獨(dú)立鍵盤掃描方式,電路設(shè)計(jì)簡單,編程相對(duì)容易,但對(duì)單片機(jī)資源占用較多,不利于系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)。

        方案二:采用4*4矩陣式鍵盤輸入。矩陣鍵盤為行列掃描方式,在按鍵較多時(shí)可以大大節(jié)省I/O接口,控制方便,有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。

        因?yàn)?*4矩陣式鍵盤比獨(dú)立式按鍵節(jié)省單片機(jī)I/O接口,所以我們選擇了方案二。

        1.2.4 顯示模塊

        方案一:采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示具有亮度高,顏色鮮艷,易于觀察,可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示,采用CH451 驅(qū)動(dòng)可以大量減少占用的I/O口。但缺點(diǎn)是只能顯示有限的數(shù)字和符號(hào),即顯示信息量小,顯示內(nèi)容單一。

        方案二:采用128X64點(diǎn)陣LCD液晶顯示。LCD液晶可輕松實(shí)現(xiàn)字母、漢字、圖像等的顯示,控制簡單,可以實(shí)現(xiàn)人性化、動(dòng)態(tài)化的顯示,使顯示內(nèi)容更加豐富,人機(jī)交互更加容易。

        鑒于LCD強(qiáng)大的顯示功能,我們選擇了方案二。

        1.2.5 外部存儲(chǔ)模塊

        采用可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器AT24C02。AT24C02接線簡單,修改數(shù)據(jù)靈活,且斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失,故得到了廣泛的應(yīng)用。

        1.2.6 無線傳輸模塊

        方案一:采用PT2262/2272 編解碼芯片。PT2262/2272 傳輸距離近,信號(hào)傳輸速度慢,數(shù)據(jù)編碼方式單一。

        方案二:采用nRF905 無線收發(fā)器。nRF905 無線收發(fā)芯片具有功耗低、控制簡單、可自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn),其片內(nèi)硬件可自動(dòng)完成曼徹斯特編碼/解碼,使用SPI 接口與微控制器通信,配置非常方便。

        因?yàn)閚RF905 無線收發(fā)器傳輸速度快,傳輸距離遠(yuǎn),所以我們選用方案二。

        1.2.7 貴重物品檢測模塊

        方案一:采用聲磁防盜系統(tǒng)。聲磁系統(tǒng)的特性是防盜檢測率高、幾乎零誤報(bào)、不受金屬錫箔紙屏蔽、抗干擾性好、保護(hù)的出口寬(單套系統(tǒng)最寬可保護(hù)4米)。且只需在貴重物品上貼張標(biāo)簽即可,簡單方便可行。

        方案二:GPS追蹤器。把主機(jī)設(shè)備放在宿舍里,把從機(jī)固定在貴重物品上,當(dāng)主從距離超過一定距離時(shí), 主從設(shè)備均會(huì)報(bào)警,且主機(jī)會(huì)把這一信息立即發(fā)送到手機(jī)卡里。雖然功能夠?qū)崿F(xiàn),但成本太高。

        方案二成本高,對(duì)比來說,方案一優(yōu)于方案二,所以我們選擇方案一。

        1.2.8 聲光報(bào)警模塊

        為區(qū)分人體與煙霧檢測和提示鎖門兩項(xiàng)報(bào)警功能,本設(shè)計(jì)分為兩種報(bào)警方式。當(dāng)檢測到人和煙霧時(shí)采用蜂鳴器和LED進(jìn)行聲光報(bào)警,當(dāng)檢測到宿舍無人時(shí)采用語音報(bào)警。

        1.2.9 煙霧檢測模塊

        方案一:采用離子式煙霧傳感器HIS-07。該離子式煙霧傳感器需要用1014NM 以上阻抗的儀表或IC 集成電路(Mc14467/14468/145018)檢測輸出電壓,普通的儀表會(huì)造成檢測結(jié)果的不準(zhǔn)確,這樣使得成本增高。

        方案二:采用自制煙霧傳感器。用兩對(duì)紅外對(duì)管,一個(gè)運(yùn)算放大器和幾個(gè)電阻即可,電路簡單,成本低。

        雖然方案一與方案二都能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,但方案一成本高,所以我們選用方案二。

        1.2.10 人體檢測模塊

        方案一: 采用集成運(yùn)算放大器處理熱釋電的輸出信號(hào)。電路設(shè)計(jì)簡單,容易實(shí)現(xiàn),但檢測距離達(dá)不到5米。

        方案二:采用熱釋電專用處理芯片BISS0001 處理輸出信號(hào)。它的檢測距離能達(dá)到5米以上,且工作穩(wěn)定。

        由于題目要求檢測距離需達(dá)到5米以上,而方案二滿足要求,所以我們選擇方案二。

        2.程序設(shè)計(jì)

        通過人體檢測模塊和煙霧檢測模塊產(chǎn)生的上升沿電平來觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷,從而達(dá)到感應(yīng)人體和檢測煙霧的功能。通過矩陣鍵盤掃描實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入。宿舍與宿舍之間采用異步通信模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,宿舍和監(jiān)控中心采用無線通信模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其他模塊均采用單片機(jī)普通的輸入和輸出功能。

        3.系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

        3.1 測試儀器

        測試儀器包括數(shù)字萬用表、MSP430開發(fā)板、秒表、直流穩(wěn)壓電源、雙通道數(shù)字示波器等。

        3.2 測試項(xiàng)目

        測試項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容:熱釋電紅外傳感器觸發(fā)時(shí)間(靈敏度)測試、熱釋電紅外傳感器檢測范圍測試、煙霧傳感器靈敏度測試。

        3.3 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析

        3.3.1 熱釋電紅外傳感器觸發(fā)時(shí)間(靈敏度)測試

        通過調(diào)節(jié)BISS0001的RR2 和RC2的值來確定最佳靈敏度。測試數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 熱釋電傳感器靈敏度測試數(shù)據(jù)

        經(jīng)過反復(fù)測試最終選定RR2和RC2乘積為500時(shí)為最佳選擇,所以我們選用RR2=5.1KΩ,RC2=0.1μF。

        3.3.2 熱釋電紅外傳感器檢測范圍測試

        熱釋電紅外傳感器檢測范圍主要是在傳感器加菲涅爾透鏡的基礎(chǔ)上進(jìn)行測試,通過調(diào)節(jié)BISS0001第12管腳負(fù)反饋電阻來實(shí)現(xiàn)。測試數(shù)據(jù)如表2所示。

        表2 熱釋電檢測范圍測試數(shù)據(jù)

        由題目要求檢測距離在5m以上因此選擇10KΩ可調(diào)電阻。

        3.3.3 煙霧傳感器靈敏度測試

        煙霧傳感器靈敏度測試主要是先確定在煙霧濃度為1000ppm的前提下,通過調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管的限流電阻來實(shí)現(xiàn)。測試數(shù)據(jù)如表3所示。

        根據(jù)測試數(shù)據(jù),最終確定限流電阻在4.7KΩ左右為最佳。

        表3 煙霧傳感器靈敏度測試數(shù)據(jù)

        [1]邱關(guān)源.電路[M].北京:高等教育出版社,1999

        [2]葛汝明.電子線路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].濟(jì)南:山東大學(xué)出版社,2006

        [3]童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006

        [4]秦龍.MSP430 單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007

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