單片機典型案例開(kāi)發(fā)（二）

一、宿舍智能報警系統設計方案

　　摘要：該系統以凌陽(yáng)公司的16位單片機SPCE061A作為主控制器，通過(guò)煙霧傳感器與人體熱釋電紅外傳感器分別感應煙霧與人體紅外信號，通過(guò)單片機做出報警動(dòng)作。本系統設計主要是滿(mǎn)足宿舍自動(dòng)報警的需要，設計的目標是要實(shí)現語(yǔ)音報警、時(shí)間設定和顯示、燈光報警并實(shí)現網(wǎng)絡(luò )報警等功能。

　　1 設計方案

　　1.1 主控制器的選擇

　　采用凌陽(yáng)公司的16位單片機SPCE061A作為主控制器。由于SPCE061A內置有2 KB的SRAM和32 KB的內存FLASH,能滿(mǎn)足本系統存儲密碼及各類(lèi)數據的要求，且CPU時(shí)鐘頻率高達49.152 MHz,能保證響應的快速性，內置的語(yǔ)音模塊更提高了系統人機界面的友好性。

　　1.2 異地監控方案選擇

　　采用無(wú)線(xiàn)通信方式。使用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊NRF2401進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。這種通信方式不受線(xiàn)路長(cháng)短影響，主從站位置可任意設置，布置比較靈活。

　　1.3 貴重物品檢測方案選擇

　　門(mén)框寬一般在1~2 m,采用射頻收發(fā)模塊實(shí)現較為方便，將發(fā)射機附在貴重物品上，接收機固定在門(mén)口，當貴重物品出入時(shí)，即可進(jìn)行記錄。發(fā)射機與接收機電路結構都較簡(jiǎn)單，體積小，攜帶方便。

　　1.4 系統總體框圖

　　根據上述設計思想，系統總體框圖如圖1所示。系統由上位機和下位機兩大部分組成。上位機進(jìn)行鍵盤(pán)輸入、語(yǔ)音提示、報警和人員物品進(jìn)出情況記錄。下位機進(jìn)行煙霧檢測、人體紅外檢測、貴重物品檢測、人員進(jìn)出情況檢測等數據采集工作。下位機通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將檢測信號送入上位機。上位機進(jìn)行數據處理并作出相應動(dòng)作。

　　圖1 系統總體框圖

　　2 理論分析與計算

　　2.1 物品檢測電路的計算

　　采用無(wú)線(xiàn)發(fā)射與接收方式進(jìn)行貴重物品檢測，通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。選用通信頻率為8MHz,電感為47μH。

　　2.2 控制方案分析

　　根據題目要求，為實(shí)現對宿舍安防情況進(jìn)行異地監控，采用一主兩從的方式進(jìn)行模擬，其中主站可以實(shí)現對從站的搜索，實(shí)時(shí)顯示從站是否在線(xiàn)，并進(jìn)行信息的接收處理、顯示、記錄與報警，從站進(jìn)行信息獲取與發(fā)送。主站上可實(shí)現對從站信息的實(shí)時(shí)顯示，并將報警及貴重物品進(jìn)出信息存儲在主站的FLASH內，省去了外接存儲芯片，可方便地讀取與顯示。利用人體傳感器并通過(guò)對進(jìn)出宿舍的人員進(jìn)行計數來(lái)確定宿舍內人數，并提示鎖門(mén)。采用單片機內部時(shí)鐘作為時(shí)間基準，通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行時(shí)間設定，用以記錄報警時(shí)間。利用單片機內部的語(yǔ)音模塊實(shí)現語(yǔ)音報警，直觀(guān)實(shí)用。這種控制方案充分利用了單片機的片內資源，使用外部器件少，簡(jiǎn)單實(shí)用。

　　2.3 煙霧探測模塊

　　采用MQ-2煙霧傳感器，它具有探測范圍廣，靈敏度高，響應恢復快，穩定性?xún)?yōu)，壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，配以簡(jiǎn)單的驅動(dòng)電路即可實(shí)現煙霧檢測。煙霧傳感器電路如圖2所示。當未檢測到煙霧信號時(shí)，比較器輸出低電平;當傳感器檢測到煙霧信號時(shí)，比較器輸出5 V高電平，報警器動(dòng)作。

　　圖2 煙霧傳感器結構

　　2.4 人體紅外探測模塊

　　采用芯片BISS0001配以熱釋電紅外傳感器KBS-6B和少量外接元器件構成被動(dòng)式紅外人體傳感器。加裝菲涅爾透鏡大大提高了檢測范圍，很好的滿(mǎn)足了人體檢測需求。當有人從熱釋電傳感器通過(guò)時(shí)，BISS0001的V.口輸出一正向脈沖，報警器動(dòng)作。電路結構如圖3所示。

　　圖3 釋熱電紅外傳感器結構

　　2.5 人員進(jìn)出檢測設計

　　采用前后放置的兩個(gè)紅外光電開(kāi)關(guān)，通過(guò)對開(kāi)關(guān)順序的檢測確定人員進(jìn)/出宿舍。當有人出宿舍時(shí)控制信號1先置高，然后控制信號2置高，通過(guò)對時(shí)序的判斷即可得出人員外出的結論。有人進(jìn)入時(shí)同理。檢測電路如圖4所示。

　　圖4 人員進(jìn)出檢測電路圖

　　2.6 貴重物品檢測設計

　　為達到貴重物品檢測的要求，將一單調諧回路諧振放大器至于卡片內，卡片掛在貴重物品上，卡片向外發(fā)出射頻信號，當其出入宿舍時(shí)，與副邊線(xiàn)圈發(fā)生諧振，負載電壓發(fā)生變化，通過(guò)對負載的檢測即可記錄人員進(jìn)出情況。電路如圖5所示。

　　圖5 貴重物品檢測電路圖

　　3 程序設計

　　主站系統加電后進(jìn)行初始化并要求輸入密碼，密碼輸入正確即可對火災、貴重物品、鍵盤(pán)等進(jìn)行監控，并根據監控的情況作出相應的處理。從站加電初始化后即開(kāi)始對各個(gè)傳感器狀態(tài)進(jìn)行監控并進(jìn)行數據發(fā)送。其程序流程如圖6所示。

　　圖6 主程序流程圖

　　4 測試數據與分析

　　4.1 測試儀器

　　測試儀器及型號如表1所示。

　　4.2 測試方法及測試數據

　　測試方法及測試數據如表2、表3所示。

　　表2的測試數據表明，煙霧傳感器性能良好。

　　表3顯示的測試數據符合設計要求。

　　5 結語(yǔ)

　　本系統通過(guò)測試較好地實(shí)現了設計的各項要求。主要創(chuàng )新是加入了語(yǔ)音報警功能，更加實(shí)用;加入從站搜索功能，可以實(shí)時(shí)顯示各從站的工作狀態(tài);加入無(wú)人看守功能，并能在特定時(shí)段發(fā)現人員活動(dòng)后立即發(fā)出報警;加入時(shí)鐘功能，可實(shí)現時(shí)間設定和顯示。

二、基于單片機控制的智能路燈模擬系統

　　1.實(shí)現功能

　?。?）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設定、顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈。

　?。?）支路控制器應能根據環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈。

　?。?）支路控制器應能根據交通情況自動(dòng)調節亮燈狀態(tài)：當可移動(dòng)物體M（在物體前端標出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達S點(diǎn)時(shí)，燈1亮；當物體M到達B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。

　?。?）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間。

　?。?）當路燈出現故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。

　　2.方案設計

　　本設計主要以STC89C52單片機為主體。其中，支路控制器模塊通過(guò)單片機來(lái)控制單元控制器1和單元控制器2，并完成顯示和聲光報警部分。用光敏傳感器感應自然光的暗亮，將感應結果送至支路控制器，進(jìn)而控制LED1和LED2的工作狀態(tài)。單元控制器1模塊控制可移動(dòng)物體M從S到B再到方向路燈變化過(guò)程。如當可移動(dòng)物體M到達S處時(shí)，紅外檢測可移動(dòng)物體M的位置，并將信號發(fā)送至單元控制器1。在支路控制器允許工作的同時(shí)，單元控制器1打開(kāi)繼電器，由繼電器打開(kāi)功率可控恒流源，進(jìn)而實(shí)現自動(dòng)調節亮燈狀態(tài)。

　　圖1 模擬電路控制系統框圖

　　2.1 恒流源方案論證

　　采用程控分流實(shí)現電源的功率調節。由變壓器將220V的交流電轉化成直流電，電源通過(guò)整流橋到7809芯片得到+9V的電壓從而得到恒流源，再由7805芯片轉化成相應的恒流源，所得功率在1W可調。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)易，容易搭建。缺點(diǎn)是性能不可靠，不穩定。其構圖如下圖2所示。