基于CAN總線的小區(qū)住宅安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王立紅，謝忠剛

（1.遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧錦州 121001；2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)弓長(zhǎng)嶺有限公司選礦分公司，遼寧遼陽(yáng) 111008）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對(duì)生活環(huán)境安全性要求的不斷提高，住房安全這一話題被廣泛提及[1-2]。人們采取了許多措施來(lái)保障安全，以往的做法是安裝防盜門(mén)、防盜網(wǎng)，存在有礙美觀、不符合防火要求等不足之處[3]。CAN總線是一種可以支持多個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，通信速率快，傳送距離遠(yuǎn)，可掛接多個(gè)控制設(shè)備，因此得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]。本文以AT89S52 單片機(jī)為智能節(jié)點(diǎn)的控制核心，配以防盜檢測(cè)模塊、防火檢測(cè)模塊和可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊等構(gòu)成用戶(hù)端報(bào)警器。報(bào)警器將報(bào)警信息通過(guò)CAN總線上傳至上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)LCD 顯示屏顯示警情發(fā)生的樓號(hào)和門(mén)牌號(hào)，并開(kāi)通自動(dòng)語(yǔ)音撥號(hào)電路撥打預(yù)留電話。上位機(jī)通過(guò)RS-232接口電路連接到小區(qū)管理中心主機(jī)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。

1 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)

小區(qū)住宅安全報(bào)警系統(tǒng)總體方案如圖1 所示，每個(gè)用戶(hù)端報(bào)警器為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，通過(guò)CAN總線與上位機(jī)通信，上位機(jī)與智能節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞是雙向的。

1.2 用戶(hù)端報(bào)警控制方案設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

用戶(hù)端報(bào)警控制方案如圖2 所示，防盜檢測(cè)通過(guò)將熱釋電紅外傳感器模塊安放在住宅的門(mén)窗處，達(dá)到對(duì)外來(lái)人員入侵檢測(cè)的目的。傳感器與住戶(hù)端單片機(jī)的I/O口連接，通過(guò)單片機(jī)I/O口讀取熱釋電紅外傳感器返回高低電平的變化，判斷是否有人員入侵。防火檢測(cè)采用雙重檢測(cè)方法，一種是通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，與設(shè)定的溫度闕值比較判斷火災(zāi)是否發(fā)生并進(jìn)行報(bào)警；另一種檢測(cè)方法是采用煙霧檢測(cè)模塊對(duì)煙霧進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)能力靈敏，工作穩(wěn)定，受干擾小，適合長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度檢測(cè)[7]。一旦有煤氣泄漏等情況發(fā)生，便會(huì)引發(fā)火災(zāi)，此時(shí)可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊便會(huì)檢測(cè)到險(xiǎn)情，在火災(zāi)尚未發(fā)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警，從而達(dá)到對(duì)火災(zāi)的預(yù)防作用。系統(tǒng)還配有密碼控制電路和工作狀態(tài)指示燈。

圖2 用戶(hù)端報(bào)警控制方案框圖

1.3 上位機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制方案如圖3 所示，單片機(jī)通過(guò)CAN 總線接口接收到用戶(hù)端發(fā)送的報(bào)警信息，蜂鳴器響發(fā)出聲音報(bào)警，同時(shí)LCD 顯示屏顯示報(bào)警用戶(hù)的樓號(hào)和門(mén)牌號(hào)等信息。為了減少用戶(hù)的損失，系統(tǒng)增加了一個(gè)自動(dòng)語(yǔ)音撥號(hào)模塊，撥通發(fā)生危險(xiǎn)的業(yè)主的手機(jī)號(hào)碼，第一時(shí)間將警情通知到位，同時(shí)通過(guò)小區(qū)管理中心主機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。

圖3 上位機(jī)控制方案框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

用戶(hù)端和上位機(jī)的單片機(jī)均采用AT89S52 單片機(jī)，其具有集成度高、體積小、功耗低、功能擴(kuò)展容易、使用靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、性能可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在小型電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及研發(fā)上有著廣泛的應(yīng)用。用戶(hù)端的首要功能是對(duì)外來(lái)人員入侵進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警，檢測(cè)功能主要是由熱釋紅外傳感器完成。由于熱釋紅外傳感器的型號(hào)不同，其探測(cè)距離和靈敏度等均會(huì)有所差異。經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，綜合探測(cè)距離與檢測(cè)靈敏度的雙重考量，采用HC-SR501 型熱釋紅外傳感器安裝在門(mén)窗等3 處，將其“OUT”信號(hào)輸出端口分別與單片機(jī)的P2.5、P2.6、P2.7 三個(gè)引腳進(jìn)行相連即可。溫度檢測(cè)由 DS18B20 完成，其測(cè)溫范圍為-55～+125 ℃ （-67～+257°F），誤差為±2 ℃，其量程完全符合實(shí)際應(yīng)用情況[8]。

此模塊的另一重要特點(diǎn)是當(dāng)測(cè)量溫度在-10～+85 ℃時(shí)，其測(cè)量誤差在±0.5 ℃以?xún)?nèi)，能夠達(dá)到更高的測(cè)量精度，在火災(zāi)這種緊急情況的檢測(cè)中能夠發(fā)揮更加穩(wěn)定可靠的檢測(cè)作用。DO口為數(shù)據(jù)傳輸口，用來(lái)向單片機(jī)傳輸實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，與單片機(jī)P2.2引腳相連；煙霧檢測(cè)采用MQ-2氣體傳感器，其具有雙路信號(hào)輸出的功能（模擬量輸出及TTL電平輸出）。本文采用TTL電平輸出，“DOUT”為數(shù)字信號(hào)輸出接口，與P2.3口相連，用于向單片機(jī)發(fā)送煙霧是否達(dá)到預(yù)設(shè)值的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)模塊電路板上集成的電位器的調(diào)節(jié)，能夠達(dá)到對(duì)模塊靈敏的調(diào)節(jié)作用。

可燃?xì)怏w檢測(cè)由MQ-5氣敏傳感器完成，采用輸出TTL電平信號(hào)的“DOUT”端與單片機(jī)的P1.1口相連，當(dāng)模塊檢測(cè)到環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度過(guò)高時(shí)，便會(huì)將輸出信號(hào)線上的電平拉低，單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)與此信號(hào)線所連接的I/O口的狀態(tài)，一旦檢測(cè)到低電平，便會(huì)判斷出發(fā)生警情，進(jìn)而進(jìn)行報(bào)警操作。

自動(dòng)語(yǔ)音撥號(hào)電路采用GSM自動(dòng)撥打電話模塊，模塊插入手機(jī)卡之后便能夠像手機(jī)一樣，在接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)自動(dòng)撥打預(yù)設(shè)電話，并將提前錄制好的報(bào)警語(yǔ)音進(jìn)行播放。該模塊有9 個(gè)外置接口可分別與杜邦線進(jìn)行連接，其中接口“E”為使能端口，當(dāng)單片機(jī)P1.0 口為低電平時(shí)有效，模塊將讀取與其A0～A7 信號(hào)傳輸接口相連的P0 口的8 位數(shù)據(jù)，確定撥打的預(yù)設(shè)電話。當(dāng)模塊接收到完整數(shù)據(jù)后，便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行撥打預(yù)設(shè)電話并播放預(yù)設(shè)錄音，在完成工作后模塊將自動(dòng)復(fù)位將各數(shù)據(jù)接口電平拉高，等待下一次信號(hào)傳輸。

CAN 總線接口電路由CAN 總線控制器SJA1000、CAN 總線收發(fā)器82C250、光電耦合器6N137 和一些外圍電路構(gòu)成。SJA1000 接收單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理成CAN 總線協(xié)議的格式后傳給82C250。82C250 是發(fā)送器和接收器的組合，將SJA1000 提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并通過(guò)CAN 總線發(fā)送出去，以供其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用。同時(shí)，82C250也可以將接收到的CAN總線上的數(shù)據(jù)傳送給SJA1000，由SJA1000將這些數(shù)據(jù)提供給單片機(jī)作進(jìn)一步處理。

密碼控制電路分為密碼存儲(chǔ)電路和開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路由單片機(jī)P3.4引腳控制。當(dāng)用戶(hù)輸入的密碼正確時(shí)，單片機(jī)P3.4引腳置低電平輸出開(kāi)鎖信號(hào)，控制開(kāi)鎖驅(qū)動(dòng)電路，達(dá)到開(kāi)鎖目的。密碼存儲(chǔ)電路的主要作用是用來(lái)存儲(chǔ)密碼、提供校驗(yàn)碼，以便在密碼錯(cuò)誤的時(shí)候給密碼鎖提供一道安全的屏障。存儲(chǔ)電路采用ATMEL公司推出的容量為512 kb的串行可擦除、可編程的存儲(chǔ)芯片AT24C512，采用總線傳輸方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理高效。預(yù)先在芯片中編譯一個(gè)初始密碼，只有密碼輸入正確后開(kāi)鎖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用C 語(yǔ)言編程，用戶(hù)端程序流程如圖4 所示。首先是各傳感器模塊初始化，同時(shí)檢測(cè)是否有外來(lái)人員入侵，溫度、煙霧、可燃?xì)怏w濃度是否超過(guò)閾值，若超過(guò)閾值，則發(fā)出聲音報(bào)警并將報(bào)警信息發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

圖4 用戶(hù)端程序流程圖

圖5 上位機(jī)程序流程圖

上位機(jī)程序流程如圖5 所示。上位機(jī)一旦接收到用戶(hù)端發(fā)送來(lái)的報(bào)警信息，便會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警，提醒物業(yè)管理人員，并將報(bào)警位置信息送到LCD 顯示屏顯示，同時(shí)撥打預(yù)留電話及時(shí)將警情通知業(yè)主，將損失降至最低。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的小區(qū)住宅安全報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了外來(lái)人員入侵檢測(cè)報(bào)警和火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警等主要功能，通過(guò)CAN總線與上位機(jī)通信。通過(guò)物業(yè)端的LCD 顯示屏對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行詳細(xì)顯示，并通過(guò)自動(dòng)語(yǔ)音撥號(hào)電路將警情通知給業(yè)主。系統(tǒng)具有通信距離遠(yuǎn)、通信速率高、安裝靈活方便等特點(diǎn)。