基于SPCE061A的智能防盗防火报警系统

摘要：设计了基于SPCE061A的智能防盗防火报警系统，实现了烟雾检测、人体热释电红外检测、贵重物品检测和人员进出检测等功能，通过无线通信模块能将报警信号上传到主站，并及时报警。重点介绍了系统结构、硬件原理及软件流程图。测试表明，系统工作良好，可用于房间的安防。
关键词：SPCE061A；防火；防盗；报警系统

    随着经济和科技的发展，房间的安防方式也进行不断的变化，传统的防范措施存在很大的弊端，比如当事故发生时，防护铁门、铁栏杆就会成为主人逃生的最大障碍。而采用智能防火防盗报警系统，便能很好地解决此类问题。文中设计了一种智能防盗防火报警系统，在单片机控制下可自动检测非法入侵人员、室内烟雾、指定物品的在位等信息，因此可以对房间内的盗窃、火灾和贵重物品丢失等不安全因素进行监控，如有险情可迅速提醒管理人员，及时解决突发事件，给房间安全带来保障。

1 系统设计总体方案
    经过对不同方案的比较分析，设计的系统总体框图如图1所示。系统由信号检测、控制器、无线通信及显示和语音等模块组成。其中，信号的检测由从控制器控制，可布防在各个房间内，主控制器及其附属设施位于管理中心，由管理人员掌控。最底层是各传感器，负责各种信号的采集和转换，获得的信号在所属从控制器的控制下由无线通信模块上传到管理中心的主控制器，实时进行显示和语音提示。

    凌阳公司的SPCE061A单片机内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLASH，能满足系统存储密码及各类数据的要求，且CPU时钟频率高达49．1 52MHz，能保证响应的快速性。同时，单片机内置的语音处理模块可方便实现各种提示语音，更提高了系统人机的友好性，因此主从控制器均采用了16位单片机SPCE061A。从控制器控制的烟雾、热释电红外和光电传感器分别进行烟雾检测、人体红外检测和人员进出情况检测，射频接收器进行贵重物品检测。采集的数据通过无线收发模块上传到主控制器，主控制器按设定程序进行数据处理并发出语音提示、报警、显示人员进出情况记录等。

2 系统硬件电路设计
2．1 烟雾探测模块
    烟雾探测模块采用MQ-2烟雾传感器并配以驱动电路来实现，它具有探测范围广，灵敏度高，响应恢复快，稳定性优，寿命长等优点。烟雾传感器的内部电阻随着烟雾浓度的变化而变化，因此要将其转化为变化的电平信号，通过电压比较器LM339和相应的分压电阻构成，电路如图2所示。当未检测到烟雾信号时，比较器的负端输入为2．5 V，正端为1．2 V左右，比较器输出低电平；当传感器检测到烟雾信号时，比较器的正端输入变为3～5 V，输出高电平，产生火灾报警信号。

2．2 热释电人体红外探测模块
    热释电红外传感器是一种高灵敏度探测元件，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70 dB以上，这样就可以测出10～20米范围内人的行动。该模块由热释电红外传感器KBS-6B和BISS0001集成电路及少量外接元器件构成。电路如图3所示。当有人从热释电传感器附近通过时，BISS0001的OUT口输出一正向脉冲，产生人体报警信号。

    CDS1为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，CDS1的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号。JP1是工作方式选择开关，当JP1与VCC端连通时，芯片处于可重复触发工作方式，此时只要有人在就不停触发而产生报警信号，可提高电路可靠性；当JP1与GND端连通时，则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间Tx由外部的R33和CY2的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R13、RT1和CY1的大小调整。
2．3 人员进出检测模块
    图4为人员进出检测电路，由激光器、光敏电阻和信号调理电路构成了光电传感器。激光器LASER和光敏电阻W1分别安装在门的左右两侧，当有人进出时由于遮挡使比较器的正输入端电压变化，从而port端口产生触发信号。为了区分进和出，在门框内外两侧各装一组传感器，由控制器通过对两组信号时序的判断即可得到人员进和出的信息。如果是房间最后一名离开者提示锁门。

2．4 贵重物品检测模块
    贵重物品的检测采用射频收发模块，其中发射机(子机)附在贵重物品上，接收机(母机)与从控制器相连，正常情况下，子机与母机相隔距离小于设定范围，母机能收到子机发来的信号，但当子机与母机的距离大于设定范围时，母机收不到子机发来的信号而立即向从控制器发出丢失报警信号。由于电路采用了FT2262／PT2272编解码集成芯片及专用的315MHz的无线收发模块，使电路简单，性能稳定，功耗低，体积小，便于置人防丢物品中。
2．5 无线通信模块
    无线通信模块采用Nordic公司的无线数字传输芯片nRF2401。它是单片射频收发芯片，工作于2．4GHz ISM频段，支持多点间通信，最高传输速率超过1 Mbps。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，芯片功耗非常低，没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。电路如图5所示。

    主控制器SPCE061A通过改变PWR_UP、CE和CS三个引脚的状态选择合适的工作方式，通过CLK1和DATA发送或者读取数据，DR1引脚是一个状态引脚，它的状态表示nRF2401是否已经接收到数据。当nRF2401没有接收到数据时，DR1引脚输出低电平，收到数据时跳变为高电平，直到控制器将其接收缓存中的数据读走后，才会恢复为低电平，可以作为通知控制器取数据或者发送数据的信号。

3 软件设计
    系统软件包括主控软件和从控软件，从控软件主要是控制各种传感器并处理信息，主控软件主要是对从控制器管理与通信。主控制器系统加电后进行初始化并要求输入密码，密码正确即可对各从控制器进行搜索，并根据搜索信息情况作出相应的处理。从控制器加电初始化后即开始对个传感器状态进行监控并进行数据发送。软件流程图如图6所示。
   
   
   

4 结束语
    系统利用多传感器检测，基于单片机通过软件设计控制逻辑，实现了对房间内火灾、非法入侵、贵重物品丢失以及人员进出情况的报警，具有智能化、自动化特点。该系统可应用于学生宿舍、员工办公室、实验室及仓库等需要实时监测的场所，为房间的安防提供了一种可行方案。