智能化学生公寓监控系统的研究
2018-02-05高明亮
高明亮
(沈阳工程学院 自动化学院，辽宁 沈阳 110136)
在智能化住宅小区蓬勃发展的今天，却忽视了同样需要智能化管理的一块巨大市场——大学校园。当代的大学生大多缺乏独立生活的能力和对生活常识的了解，所以公寓寝室经常发生诸如能源浪费、火灾和盗窃等事件，给学校造成了巨大的损失，也给学生的生命财产带来了巨大的威胁。因此，需要设计一个智能化学生公寓监控系统，该系统能够实现防盗、防火、节能以及日常显示，同时终端设备与控制中心实时保持通信，可以提高学生公寓管理的智能化[1-5]。
1 系统的总体结构
监控系统由红外探测器作为盗警信号和电源节能控制信号的输入端探测器，由烟雾传感器检测火灾发生情况，最后防盗、防火、节能等报警与控制信息通过远程通信传送给控制中心，同时控制中心也可控制终端检测设备。
监控系统主要分为终端检测与控制装置、控制中心两大部分。首先学生公寓有若干个寝室，每个寝室中安放一个监测节点，监测节点由单片机、声光报警电路、红外探测电路、烟雾检测电路和温湿度检测电路组成，实时采集每个寝室的数据信息，采集后节点之间通过RS-485线连接将数据传送到本楼层的数据汇集节点。每个楼层有一个数据汇集节点，主要是汇集该层每个寝室的数据，各个楼层中的数据汇集节点通过RS-485线进行连接，并接入网关节点。网关节点只有一个，由单片机、显示器件、声光报警电路和远程通信模块组成。网关节点接收数据汇集节点的信息后，网关节点将各个监测节点的温度和烟雾数据同保存在本地的温度和烟雾浓度阈值进行比较，如果发现超出设定的阈值，则终端监测点和网关节点同时都启动声光报警，并在显示器件LCD12864上显示报警的监测节点编号，以及温度和烟雾浓度值，当有能源浪费情况或是盗窃情况时，也同样启动声光报警，此节点连接RS-485模块，通过RS485总线把报警信息发送控制中心。当出现电表超标或是寝室无人时的能源浪费情况时，控制中心可以通过RS485总线控制相应的继电器进而控制用电开关，实现节能。
2 系统设计原理与关键技术实现
监控系统终端设备结构框图如图1所示。
图1 终端设备结构框图
监控系统终端设备通过各个传感器检测信号，这些信息都传送给单片机控制模块，同时密码模块和按键模块实现了本设备很好的人机信息传递，这些信息最后都在LCD上显示出来。在监控系统设计过程中每层设置一个控制中心，每个公寓有一个总的控制中心，这些设备的信息传递都要通过RS485远程通信。
2.1 日常显示模块
这里主要包括各种信息的采集，最后把采集的信息通过12864显示出来，终端设备显示界面如图2。
图2 终端显示界面
通过单片机的定时器、计数器实现时间功能；温湿度的测量是通过DS18B20传感器的信息采集与单片机的计算得出的，DS18B20是常用的数字温度传感器，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点[6]；烟雾信息是显示该寝室是否有有毒气体和燃烧的烟雾，当相应指标超标时显示信息为1，同时终端设备会向上位机发送信息并在本地进行声光报警，实现了防火的功能，这里的传感器可以使用MQ-2；防盗与节能是用来显示此时本地终端设备的工作模式，相应模式启动显示信息为1。
显示部分关键代码如下：
uchar table[]=“时间：”;
uchar table1[]=“温度：湿度： ”;
uchar table2[]=“烟雾：”;
uchar table3[]=“温度：湿度： ”;
void DE()
{int i=0;
write_12864com(0x80);
for(i=0;i<14;i++)
{
write_12864dat(table[i]);
delay_50us(1);
}
write_12864com(0x90);
for(i=0;i<14;i++)
{
write_12864dat(table1[i]);
delay_50us(1);
}
write_12864com(0x88);
for(i=0;i<6;i++)
{
write_12864dat(table2[i]);
delay_50us(1);
}
write_12864com(0x98);
for(i=0;i<8;i++)
{
write_12864dat(table3[i]);
delay_50us(1);
}
/* delay_50ms(6000);
write_12864com(0x98);
for(i=0;i<8;i++)
{
write_12864dat(table4[i]);
delay_50us(1);
}
delay_50ms(6000);*/
}
2.2 防盗与节能模块
防盗模块的启动可以有手动与自动两种方式，正常使用时，多数通过手动启动与关闭防盗模式。当寝室最后一人离开寝室时，该同学可以通过密码触发单片机控制模块，单片机检测到触发信号时，开启防盗工作模式，以后红外传感器在检测有人闯入时，就认为小偷闯入，同时启动声光报警并把信息传送给上位机，启动防盗模式，同时本装置还会启动节能模式，通过继电器关断寝室内的电源，达到节能效果。当寝室回来人后，该同学通过密码触发单片机控制模块，单片机检测到触发信号时，关闭防盗工作模式，这时寝室内红外传感器检测有人进入寝室也不启动报警，同时本装置自动关闭节能模式，继电器接通寝室内电源。
当寝室最后一个同学离开寝室忘记开启防盗模式时，该装置可以自动启动防盗与节能模式。工作过程：红外传感器一直在检测，若寝室处于无人状态，则红外传感器输出低电平，主程序探测以后，对红外信号进行计数(30次，表示30 min)。30 min后仍没有高电平输入，则表示寝室一直无人，程序进入防盗与节能模式。若30 min以内有人回来，程序检测到高电平，对红外信号计数清零，重新进行时间计数。当装置自动转到防盗节能模式，寝室同学回来后还需要用密码关闭防盗节能模式。
2.3 远距离数据通信
监控系统实现远距离数据通信，终端设备的监测信息可以实时传送给上位机，同时上位机可以发送指令控制终端设备。检测模块测得的数据可通过MAX485单元与远程控制中心进行远距离通信。这里采用RS485通信协议，通信距离长达1 500 m，抗干扰能力强[7-10]，其电路如图3所示。
图3 MAX485电路
3 结 语
针对高校的智能化公寓安防系统进行研究，着眼于开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的具有针对性和高性价比的新型报警系统。同时监控系统还设计了节能模块，能较好的解决寝室“长明灯”的问题，是智能安防系统在学生公寓的一个创新应用。监控系统在实验室实践阶段已完成，通过大量的实验以及软硬件仿真验证，证明系统能够稳定工作，具有很强的实用性。其中防火、防盗和节能模块的实现，大大地提高了学生公寓管理的智能化。
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