基于RS-485總線的(de)宿舍防盜報警系統設計

    如今在學校的(de)寝室裏，學生貴重物(wù)品被盜、由于學生過失而引起著(zhe)火等事故時(shí)有發生，這(zhè)些都是一直以來(lái)困擾著(zhe)學生、學工以及學校保衛處的(de)“大(dà)問題”。傳統的(de)防範措施存在很大(dà)的(de)弊端，比如當事故發生時(shí)，防護鐵門、鐵欄杆就會成爲主人(rén)逃生的(de)最大(dà)障礙。而采用(yòng)智能防火防盜報警系統，便能很好地解決此類問題了(le)。但是市場(chǎng)上防火防盜系統價格對(duì)大(dà)學生來(lái)講過高(gāo)，本系統便是針對(duì)大(dà)學宿舍，從低成本的(de)角度來(lái)設計制作的(de)。 
    1系統組成及工作原理(lǐ) 
    本系統通(tōng)過一個(gè)監控室和(hé)兩個(gè)宿舍來(lái)模拟，通(tōng)過RS485總線來(lái)實現通(tōng)信。考慮到現實中監控室要能監控整棟宿舍樓，因此采用(yòng)功能強大(dà)的(de)ARM7芯片LPC2103作爲主機控制芯片，從機采用(yòng)價格低廉的(de)51系列單片機作爲控制芯片。宿舍中采用(yòng)熱(rè)釋電傳感器對(duì)人(rén)體進行檢測，煙(yān)霧傳感器實現煙(yān)火檢測，紅外傳感器實現對(duì)宿舍進出人(rén)員(yuán)數量的(de)檢測，主機通(tōng)過RS485總線對(duì)從機實時(shí)監控，當有異常出現時(shí)，宿舍和(hé)監控室的(de)報警裝置會同時(shí)響起，隻有本宿舍成員(yuán)在本宿舍通(tōng)過輸入從機的(de)密碼才可(kě)解除報警狀态。 
    2硬件電路設計及相關理(lǐ)論分(fēn)析 
    防火防盜智能報警系統硬件主要由七大(dà)部分(fēn)組成：主機部分(fēn)處理(lǐ)器電路，從機部分(fēn)處理(lǐ)器電路，傳感器檢測電路部分(fēn)，聲光(guāng)報警電路，RS485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(guāng)報警電路
    傳感器模塊由熱(rè)釋電傳感器、煙(yān)霧傳感器MQ211和(hé)紅外傳感器組成。
    煙(yān)霧傳感器的(de)内部電阻是随著(zhe)煙(yān)霧的(de)濃度的(de)變化(huà)而變化(huà)，因此要将其轉化(huà)爲變化(huà)的(de)電壓信号，在此通(tōng)過電壓比較器LM339和(hé)幾個(gè)相應的(de)分(fēn)壓電阻構成，具體電路設計如圖2所示。在通(tōng)電狀态下(xià)測得(de)傳感器的(de)内阻是130kΩ左右，在煙(yān)霧較濃時(shí)内阻爲6kΩ左右，在無煙(yān)時(shí)比較器的(de)負端輸入爲2.5V左右，正端爲1.2V左右，有煙(yān)霧時(shí)負端爲2.5V，正端爲3～5V，此電路能很好地實現電平的(de)轉換。熱(rè)釋電紅外傳感器采用(yòng)RE200B和(hé)信号處理(lǐ)元件BISS0001及少量外接元件組成。
    紅外傳感器電路由紅外發射二極管及1838B組成，用(yòng)單片機來(lái)檢測兩個(gè)傳感器低電平的(de)先後順序來(lái)判斷人(rén)的(de)進出情況。其原理(lǐ)如圖4所示。聲光(guāng)報警模塊由蜂鳴器、（紅，綠(lǜ)）發光(guāng)二極管和(hé)NPN型三極管驅動電路組成。   
    2.2RS485通(tōng)信電路
    本模塊采用(yòng)用(yòng)于RS485與RS422通(tōng)信的(de)低功耗、限擺率收發器MAX485。MAX485的(de)驅動器擺率不受限制，可(kě)以實現最高(gāo)2.5Mb／s的(de)傳輸速率。
    3.軟件程序設計 
    該系統軟件部分(fēn)主要完成了(le)系統及各個(gè)模塊初始化(huà)、警情信号檢測（火警／盜情）、系統設置、RS485總線協議(yì)及聲光(guāng)報警的(de)程序設計。 
    4.通(tōng)信協議(yì) 
    在RS485總線通(tōng)信系統中，由于供電、空間噪聲以及傳輸路徑等因素的(de)影(yǐng)響，數據傳播過程中很容易受到幹擾或者信号衰減，造成通(tōng)信失敗，因而需要設計一種傳輸協議(yì)，保證在這(zhè)種不可(kě)靠的(de)物(wù)理(lǐ)鏈路上建立起可(kě)靠的(de)數據連接。本系統中，數據采集器與監控室主機是一個(gè)簡單的(de)多(duō)點對(duì)一點通(tōng)信。
    4.1波特率設置及通(tōng)信方式的(de)選擇
    考慮到RS485總線自身的(de)特點并兼顧到數據通(tōng)信的(de)速度和(hé)穩定性，波特率選擇2400b／s，這(zhè)樣可(kě)以傳輸更遠(yuǎn)的(de)距離。由于通(tōng)信是多(duō)對(duì)一的(de)關系，串口選擇工作方式3。
    4.2數據校驗方式的(de)确定
    使用(yòng)RS485總線通(tōng)信技術傳輸數據時(shí)，很容易遇上幹擾，使傳輸數據發生改變，從而導緻傳輸錯誤。考慮到系統的(de)實際要求，本設計采用(yòng)8位的(de)CRC（循環冗餘校驗）校驗方式。
    CRC校驗和(hé)的(de)計算(suàn)是一種循環計算(suàn)。從數學角度看，CRC校驗和(hé)是用(yòng)生成多(duō)項式（算(suàn)法規則）去除一個(gè)多(duō)項式（由數據塊表示），CRC校驗爲相除後所得(de)的(de)餘項。CRC校驗是對(duì)要傳送的(de)一個(gè)數據塊附加一些校驗位，這(zhè)些校驗位（CRC校驗位）由該數據塊算(suàn)出，并随同數據塊一并傳送。在接收端，對(duì)收到的(de)數據塊重新按規定的(de)算(suàn)法計算(suàn)CRC校驗和(hé)，從而可(kě)以判别數據傳輸過程是否出錯。
    4.3通(tōng)信數據的(de)編碼
    爲保證數據傳輸的(de)可(kě)靠性和(hé)準确性，本設計采用(yòng)的(de)數據幀格式如表1所示。其中，前2個(gè)字節爲起始同步信号，地址碼占用(yòng)1個(gè)字節（0～255），用(yòng)它來(lái)标示不同床位号；待發數據包括：煙(yān)霧傳感器信号（1B）、紅外傳感器信号（1B）、熱(rè)釋電傳感器信号（1B）和(hé)采集時(shí)間（7B）；校驗碼爲8位的(de)CRC校驗碼。傳輸順序爲：煙(yān)霧傳感器信号、紅外傳感器信号、熱(rè)釋電傳感器信号（高(gāo)位在前，低位在後）、采集時(shí)間（依次爲：秒、分(fēn)、小時(shí)、日、月(yuè)、年）；當發送應答(dá)命令時(shí)，待發數據爲2B的(de)0xCC或者0xBB。
    4.4RS485的(de)通(tōng)信協議(yì)
    本系統的(de)RS485總線通(tōng)信采用(yòng)輪詢的(de)方法。主機向RS485總線上發送各個(gè)從機的(de)地址，對(duì)各個(gè)從機依次詢問查看從機部分(fēn)是否有警報。如果某從機有警報，就會通(tōng)過RS485總線發送指令報告給主機，然後主機和(hé)該從機通(tōng)信，從機發送數據包，主機接受并解析該數據包，并作出相應處理(lǐ)。主機會不斷的(de)查詢各個(gè)從機的(de)狀況，做(zuò)到實時(shí)監控。 
    5系統測試與結果分(fēn)析 
    本系統經測試，傳感器性能穩定，熱(rè)釋電傳感器檢測距離能達到5～8m，煙(yān)霧傳感器能夠很好地實現防火功能；紅外傳感器很靈敏，可(kě)以有效地檢測出人(rén)員(yuán)的(de)進出情況；RS485總線能夠很好地實現主機與從機之間的(de)通(tōng)信，做(zuò)到實時(shí)監控。各個(gè)模塊能夠很好地鏈接在一起，有較高(gāo)的(de)穩定性。經過多(duō)次調試，該系統實現了(le)設計要求。整體效果令人(rén)滿意。