基于RS-485總線的宿舍智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　現(xiàn)如今在學(xué)校的寢室里，學(xué)生貴重物品被盜、由于學(xué)生過失而引起著火等事故時(shí)有發(fā)生，這些都是一直以來困擾著學(xué)生、學(xué)工以及學(xué)校保衛(wèi)處的“大問題”。傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端，比如當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，防護(hù)鐵門、鐵欄桿就會(huì)成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)，便能很好地解決此類問題了。但是市場上防火防盜系統(tǒng)價(jià)格對大學(xué)生來講過高，本系統(tǒng)便是針對大學(xué)宿舍，從低成本的角度來設(shè)計(jì)制作的。

　　1 系統(tǒng)組成及工作原理

　　本系統(tǒng)通過一個(gè)監(jiān)控室和兩個(gè)宿舍來模擬，通過RS 485總線來實(shí)現(xiàn)通信?？紤]到現(xiàn)實(shí)中監(jiān)控室要能監(jiān)控整棟宿舍樓，因此采用功能強(qiáng)大的ARM7芯片LPC2103作為主機(jī)控制芯片，從機(jī)采用價(jià)格低廉的51系列單片機(jī)作為控制芯片。宿舍中采用熱釋電傳感器對人體進(jìn)行檢測，煙霧傳感器實(shí)現(xiàn)煙火檢測，紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對宿舍進(jìn)出人員數(shù)量的檢測，主機(jī)通過RS 485總線對從機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)有異常出現(xiàn)時(shí)，宿舍和監(jiān)控室的報(bào)警裝置會(huì)同時(shí)響起，只有本宿舍成員在本宿舍通過輸入從機(jī)的密碼才可解除報(bào)警狀態(tài)。系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)及相關(guān)理論分析

　　防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)硬件主要由七大部分組成：主機(jī)部分處理器電路，從機(jī)部分處理器電路，傳感器檢測電路部分，聲光報(bào)警電路，RS 485總線接口電路，鍵盤接口電路及顯示電路。

　　2.1 傳感器檢測及聲光報(bào)警電路

　　傳感器模塊由熱釋電傳感器、煙霧傳感器MQ211和紅外傳感器組成。

　　煙霧傳感器的內(nèi)部電阻是隨著煙霧的濃度的變化而變化，因此要將其轉(zhuǎn)化為變化的電壓信號(hào)，在此通過電壓比較器LM339和幾個(gè)相應(yīng)的分壓電阻構(gòu)成，具體電路設(shè)計(jì)如圖2所示。在通電狀態(tài)下測得傳感器的內(nèi)阻是130 kΩ左右，在煙霧較濃時(shí)內(nèi)阻為6 kΩ左右，在無煙時(shí)比較器的負(fù)端輸入為2.5 V左右，正端為1.2 V左右，有煙霧時(shí)負(fù)端為2.5 V，正端為3～5 V，此電路能很好地實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。熱釋電紅外傳感器采用RE200B和信號(hào)處理元件BISS0001及少量外接元件組成，電路如圖3所示。

　　紅外傳感器電路由紅外發(fā)射二極管及1838B組成，用單片機(jī)來檢測兩個(gè)傳感器低電平的先后順序來判斷人的進(jìn)出情況。其原理如圖4所示。聲光報(bào)警模塊由蜂鳴器、（紅，綠）發(fā)光二極管和NPN型三極管驅(qū)動(dòng)電路組成，具體電路圖如圖5所示。

　　2.2 RS 485通信電路

　　本模塊采用用于RS 485與RS 422通信的低功耗、限擺率收發(fā)器MAX485。MAX485的驅(qū)動(dòng)器擺率不受限制，可以實(shí)現(xiàn)最高2.5 Mb／s的傳輸速率。

　　3 軟件程序設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)軟件部分主要完成了系統(tǒng)及各個(gè)模塊初始化、警情信號(hào)檢測（火警／盜情）、系統(tǒng)設(shè)置、RS 485總線協(xié)議及聲光報(bào)警的程序設(shè)計(jì)。具體的程序流程圖如圖6，圖7所示。

　　4 通信協(xié)議

　　在RS 485總線通信系統(tǒng)中，由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的影響，數(shù)據(jù)傳播過程中很容易受到干擾或者信號(hào)衰減，造成通信失敗，因而需要設(shè)計(jì)一種傳輸協(xié)議，保證在這種不可靠的物理鏈路上建立起可靠的數(shù)據(jù)連接。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集器與監(jiān)控室主機(jī)是一個(gè)簡單的多點(diǎn)對一點(diǎn)通信。

　　4.1 波特率設(shè)置及通信方式的選擇

　　考慮到RS 485總線自身的特點(diǎn)并兼顧到數(shù)據(jù)通信的速度和穩(wěn)定性，波特率選擇2 400 b／s，這樣可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。由于通信是多對一的關(guān)系，串口選擇工作方式3。

　　4.2 數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式的確定

　　使用RS 485總線通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。考慮到系統(tǒng)的實(shí)際要求，本設(shè)計(jì)采用8位的CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）校驗(yàn)方式。

　　CRC校驗(yàn)和的計(jì)算是一種循環(huán)計(jì)算。從數(shù)學(xué)角度看，CRC校驗(yàn)和是用生成多項(xiàng)式（算法規(guī)則）去除一個(gè)多項(xiàng)式（由數(shù)據(jù)塊表示），CRC校驗(yàn)為相除后所得的余項(xiàng)。CRC校驗(yàn)是對要傳送的一個(gè)數(shù)據(jù)塊附加一些校驗(yàn)位，這些校驗(yàn)位（CRC校驗(yàn)位）由該數(shù)據(jù)塊算出，并隨同數(shù)據(jù)塊一并傳送。在接收端，對收到的數(shù)據(jù)塊重新按規(guī)定的算法計(jì)算CRC校驗(yàn)和，從而可以判別數(shù)據(jù)傳輸過程是否出錯(cuò)。