学生公寓安防系统
摘要:提出了一种学生公寓安防系统的设计方法。整个系统用微机作总控台,每个公寓用单片机控制。用烟雾传感器,实现了防火报警;用人体热释电传感器,实现了防盗报警;用磁条及电磁感应线圈,实现了贵重物品检测报警:用单片机通信技术,实现了异地监控和多个公寓监控。试验数据表明,该系统实现了学生公寓防火防盗及报警功能,并能存储和显示相关信息,配合其它设计模块,可完成整个校园内部远程安防控制及数据库管理。本设计为新一代高科技学生公寓的构建奠定了基础。
关键词:安防系统;人体检测;烟雾检测;贵重物品检测
学生公寓面临的安防问题引起高校的重视,尤其是失窃、失火是学校和家长最为关注的问题,为此设计了一个学生公寓安防系统。本系统以单片机作为控制核心,配合外围电路进行检测、显示和报警,达到了防盗防火的目的,避免了火灾和被盗事件的发生,保障了学生的人身安全和财产安全安。
1 设计方案
图1所示为单片机控制系统原理方框图。
每个公寓以单片机为控制核心,主要由烟雾检测模块、人体热释电检测模块、贵重物品检测模块、光电计数模块、异地检测模块、声光报警模块、显示模块、键盘模块和电源模块等组成。整个系统用微机进行控制和操作,各学生公寓用单片机进行控制,用键盘操作,用LCD显示相关信息。
2 系统硬件设计
2.1 人体检测电路
2.1.1 人体热释电检测原理及方法
普通人体会发射10μm左右的特定波长红外线,用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否。当人体红外线照射到传感器上后,因热释电效应将向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设计的探头只对波长为10μm左右的红外辐射敏感,所以除人体以外的其它物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元,而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,于是输出检测信号。
2.1.2 人体热释电检测电路原理图
如图2所示,是人体检测电路原理图。
当有人靠近一定距离时,LHI778的输出端S会产生一个较小的电压信号,将这个电压信号送入BISS0001信号处理电路,进行两级放大、窗口电压比较、双向鉴幅后,输出一个5V的电压信号,将此信号送入单片机,由单片机控制报警电路发出声光报警。
2.2 烟雾检测电路
鉴于发生火灾时伴随产生的烟雾,在设计烟雾检测报警电路时,使用MQ-2烟雾传感器,设定烟雾浓度≥300 ppm时,发出报警信号,以使人们有所警备,及时采取措施,避免火灾发生。如图3所示,是烟雾检测电路原理图。
图3中,MQ-2是烟雾传感器,当起火有烟雾时,烟雾传感器会输出一个电压信号。通过调节电位器的阻值,可以调节烟雾传感器输出电压的大小,从而调节烟雾报警浓度数值。本设计将输出电压调到1 V。当起火有烟雾时,发出声光报警信号。
2.3 贵重物品检测模块
贵重物品检测模块功能是检测公寓内贵重物品的进出情况。应用电磁感应原理,在贵重物品上贴上磁条,采用固定安装检测支架,利用检测线圈探测贵重物品上的磁条,实现自动报警。贵重物品检测模块主要由发射电路、接收电路、信号处理电路和两个电感线圈组成。
2.3.1 理论分析及实现
1)发射线圈内电流及其相关参数的计算
选矩形线圈,其中I1为线圈内电流,N为线圈匝数,r为线圈线径,a、b分别为矩形线圈的边长,μ为磁导率,U为线圈的端电压,C为输出变压器副边电容。
根据分段法计算圆截面导线制成的矩形线圈电感,计算一匝线圈的电感为
2)发射线圈与接收线圈间磁场强度计算
将发射线圈与接收线圈正对,分别置于通道两侧。建立的磁场空间分布为
其中,S为接收线圈面积,可用高斯点面积分公式计算。设e为感应电压,则
其中,a=-W/2,b=0,及a=0,b=W/2。两个差动线圈中的电压相减是接收到的信号。通过试验测试,接收线圈中的感应电压值在几十微伏至几毫伏之间。
2.3.2 贵重物品检测电路
贵重物品检测模块信号处理电路,采用两级放大电路构成。第一级是小信号放大电路,采用自动校零型仪器放大器,放大增益为40dB。第二级采用TLC2460集成运放,放大增益为20dB。如图4所示,是自动校零型仪器放大器电路原理图。
在图4中,IC1A是主放大器,IC1B是辅助放大器。IC1B配合IC1A完成自动校零功能。当开关S1打在1,开关S2打在1时,完成自动校零;当开
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