高校宿舍防火防盗及热水供应系统设计

摘要：为实现高校宿舍有效防火、防盗以及宿舍热水供应智能化目标，设计的系统综合考虑火焰传感器和烟雾气敏传感器采集的两种信号作为是否有火灾发生的依据，采用人体热释电感应电路实现防盗功能，利用DS18B20温度传感器采集水温，并通过PWM波对水温实时调控。实验结果表明：该系统能够解决高校宿舍的防火防盗及学生使用热水的问题。

关键词：宿舍管理系统；防火；防盗；PWM；无线传输

中图分类号： TN 702 文献标识码： A 文章编号：1009-3044（2014）25-6005-03

Design of Fireproof and Theft-proof and Hot Water Suply System for College Dormitory

ZHOU Lai-xiu

（Department of Communication and Electronic Engineering， Hunan City University， Yiyang 413000， China）

Abstract： In order to achieve an effective fireproof， theft-proof and intelligent goal of hot water supply for college dormitory， in this paper， system design considering the flame sensor and smoke gas sensor acquisition of two signals as the basis of whether there is a fire， Using human pyroelectric sensing circuit to achieve anti-theft feature Use DS18B20 temperature sensors collect temperature and water temperature in real time via PWM wave regulation. Experimental results show that： the system can effectively solve the college dorm fire alarm and students to use hot water problems.

Key word： dormitory management system； fireproof； theft-proof； PWM；wireless transmission

目前，高校学生宿舍使用大功率器件导致的火灾事件时有发生，这给学生的人身财产安全造成严重的影响。同时学校宿舍盗窃事件也时常发生，尤其是学生电脑丢失事件最为严重，影响恶劣。另外，针对目前部分高校只能在固定时段供应热水且水温夏热冬冷不可调的情况，本系统还增加了智能热水加热功能。针对上述现状，该文以MSP430G2553单片机为主控芯片，设计制作了一种具有防火防盗及热水供应智能化的宿舍管理系统。

1 硬件设计

1.1 总体设计方案

宿舍防火防盗及热水供应系统原理框图如图1所示。本系统主要是由无线传输模块、火焰传感器模块及烟雾传感器模块等组成防火硬件组成部分；由人体感应模块、蜂鸣器报警模块组成防盗硬件组成部分；由功率放大及DS18B20温度传感器等组成加热部分。系统采用两块MSP430G2553单片机分别作为主机和从机。防火部分是由从机将火源和烟雾信号通过无线发送模块传输数据，主机通过无线接收模块接收数据，LCD12864显示数据且蜂鸣器报警。防盗部分则是由从机控制，当通过人体热释电感应到人体时，蜂鸣器产生报警功能。加热部分主要是将按键设定温度值和DS18B20温度传感器采集温度值输送给单片机，通过单片机比较两者差值，再根据两者不同差值调整单片机输出不同占空比PWM波，从而驱动功率放大器，实现恒温效果。

1.2 各模块功能

1.2.1 无线传输模块

无线传输模块主要采用NRF24L01作为核心芯片，该芯片内置硬件CRC检错，且正常工作电压范围：+1.9V-+3.3V，同时具有低功耗特性[1]。无线传输模块同时具有发送和接收数据的功能。因此系统采用了两块电路原理图一样的无线传输模块，分别作为无线发射模块和无线接收模块。当传感器电路同时检测到火源和烟雾时，通过从机部分MSP430G2553单片机控制无线发送模块发送数据，主机MSP430G2553单片机通过无线接收模块接收数据。

1.2.2 防火报警模块

为了提高系统判断火源的准确性，防火报警模块将综合考虑火焰传感器和烟雾气敏传感器采集的信号来判断火源，以降低误报率。当烟雾传感器和火焰传感器同时检测到信号时，报警器报警，并显示宿舍号。

其工作过程：火焰传感器将火焰发散出的红外信号转换成电信号，再通过LM358运算放大器将此信号放大，然后传送至三极管的基极，三极管输出端输出的高低电平再传送给单片机。该模块主要是用来检测宿舍内是否存在火源，当有火焰存在时，则信号输出端输出低电平。烟雾传感器MQ-2将宿舍内烟雾浓度转换成为电信号，当烟雾浓度超过一定范围值时，MQ-2的DOUT输出端输出低电平，否则输出高电平。当单片机接收的这两个信号均为低电平时，无线模块发送数据至主机，主机模块就显示发生火灾的宿舍号，同时报警。

2.2.3 人体感应模块

人体感应模块采用红外专用芯片BISS0001[2]和LH1778探头，人体热释电感应主要是通过感应人体所释放红外线的方式工作。该模块具有两个功能特点：一方面是全自动感应：人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平；另一方面是光敏控制：白天或者光线强时不感应，还需要另外焊接光敏电阻。利用此模块可以夜间检测宿舍楼台是否有盗窃人员，若检测到有盗窃人员，则会产生报警，以实现防盗功能。

1.2.4 热水控制模块

热水控制模块用独立按键来设置水的温度值，采用DS18B20温度传感器采集水的温度，并采用推挽式功率放大模块作为驱动电路，利用PWM波[3]对水的温度实时调控，不同的占空比加热强度不同，以实现不同程度的加热功能。

2 软件设计

系统上电后，通过软件配置对主控芯片端口进行初始化，同时配置各个端口的输入输出方向以及功能端口。本系统分为主机部分和从机部分。分别由两块MSP430G2553芯片控制。主机程序主要实现功能：主机的无线接收模块检测是否接收从机信号，若接收到从机数据，则通过LCD1602显示数据，并通过蜂鸣器产生报警。从机程序主要完成三个功能：一是防火功能，控制芯片端口检测烟雾传感器和火焰传感器的信号是否同时产生，若同时产生，则通过无线传输模块将信号传给主机部分；二是防盗功能，检测端口人体感应情况，当检测到人体时，单片机将驱动蜂鸣器产生报警信号；三是宿舍用水加热部分，检测按键设定温度值和温度传感器所采集到的温度值是否在允许误差范围内，若在误差范围内，则恒温，若超过误差范围，则通过PWM驱动加热，以实现热水恒温功能。从机部分流程图如图2所示。

4 结论

本文主要以MSP430G2553为核心器件，辅以传感器模块、无线模块等硬件电路设计并制作了一种智能宿舍管理系统，该系统主要完成三个功能：防火、防盗以及热水加热功能。测试结果表明各模块实现了相应的功能：当系统同时检测到烟雾和火焰时，LCD12864显示相应的寝室号，蜂鸣器产生报警，从而达到防火的目的；防盗部分：当人体热释电检测到人体时，蜂鸣器产生报警功能；水加热部分：水温加热范围30-60℃。

参考文献：

[1] 刘志平，赵国良.基于NRF24L01的近距离无线数据传输[J].应用科技，2008，35（3）：55-58.

[2] 杨进松，王军利.一种热释电红外无线报警器设计[J].现代电子技术， 2012，35（15）： 35-36.

[3] 李涛，王圆妹.基于PWM的模糊PID温度控制系统研究[J].自动化技术与应用，2008，27（10）： 32-34.