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針對宿舍安全需求，遵循可靠性、獨立性、安全性、聯動性、擴展性、實用性、經濟性的原則設計出了一個基于ARM的智能化公寓防盜防火報警系統。該系統采用Easyarm LM3S1138、RS232總線和多種傳感器，實現了異地控制和多終端網絡同步控制。經測試表明，該系統不僅實現了人體檢測、煙霧檢測、聲光報警、鍵盤密碼解警以及宿舍內貴重物品進出情況記錄等功能，且具有電路設計簡單、可靠性高、人機交互友好和成本低的特點。
縱觀目前校園安防的現狀，無論高校還是中小學校都不容樂觀，學生在學校寢室里物品被盜以及學生使用電器不當引起火災，是高校管理中的一個“大問題”。隨著傳感器技術、網絡技術、控制技術和通信技術的調整發展，為學生公寓的現代化動態管理，提升學生公寓的居住安全性，把安全事故控制在最低限，解除學業生和學校的后顧之憂提供了可能。本文遵循可靠性、獨立性、安全性、聯動性、擴展性、實用性、經濟性的原則設計出一個基于ARM的學生公寓智能安防測控系統。該系統由采集終端和異地集中控制終端兩部分組成，兩者通過RS232總線進行串行通信，可實現異地控制和多終端網絡同步控制，不僅具有人體檢測、煙霧檢測、聲光報警、鍵盤密碼解警、以及宿舍內貴重物品進出情況記錄等功能，且具有電路設計簡單，可靠性高，針對性強，人機交互友好，成本低的特點。
1.智能安防系統組成及基本原理
本系統由多個宿舍監控站和一個樓管站組成，示意圖如圖1所示。宿舍監控站安裝在宿舍需要防范的部位，完成宿舍里不現探測區域內的各種災情發生前的各種參數（如人體熱釋電紅外信號，火災煙霧濃度）等的可靠探測，并通過RS232總線傳輸到樓管站。樓管站設在值班區域，為方便查詢，存儲功能等，采用PC機實現，通過PC機上顯示的信息監控各個宿舍，以便及時報警并通知管理員采取相應的措施。
圖1 系統示意圖
圖1 系統示意圖
宿舍監控站由各種探測器、微處理器、聲光報警、顯示及接口電路組成，其框圖如圖2所示。采用人體探測器實現監測人體非法侵入和人員進出信息：采用紅外探測器和煙霧傳感器實現火災現場信息的采集：采用磁傳感器實現監測貴重物品移動信息。其工作流程如下：微處理器通過對數據采集模塊提供的信息，按照預先設定的程序處理和保存，同時將盜竊情況、火災情況實現聲光報警，并通過RS232接口發送到異地PC管理終端。
樓管站由主控計算機，通信接口芯片、監控管理軟件、鋪設總線及電源組成。其T作過程為：樓管站通過主控計算機顯示的信息監測宿舍監控站的情況，當宿舍監控站發來報警信息時對其進行保存和處理，并通知管理員采取必要的措施。
圖2 宿舍監控站總體框圖
2 硬件電路設計
由于樓管站的功能主要由監測管理軟件實現，因此系統的電路設計主要是宿舍監控站的電路設計。
主控模塊：本系統采用基于ARM的Easyarm LM3S1138作為主控制模塊芯片，用于處理和保存數據采集模塊送來的信息。Easyarm LM3S1138［5］具有32位代碼指令、32位地址總線、34個中斷源、共64 KB單周期Flash、16 KB單周期SRAM、尋址范圍32位地址寬度，兩個同步串行端口（SSI）、3個完全可編程的串口、ADC以及多個GPIO．且具有豐富的內部資源，其高性能的32位運算能力可以輕松控制整個系統，同時其低功耗、低成本符合應用環境，尤其是其具有豐富的中斷源為接收采集器的數據提供了很大的方便。
紅外探測模塊：采用E18-D80NK紅外避障傳感器，該模塊南門外紅外壁障、門內紅外壁障兩個傳感器裝置并排組成。
當有人進入時，門外裝置先被遮住并檢測到信號，傳送低電平信號至主控芯片，門內開關冉被遮住檢測到信號，傳送低電平門至主控芯片，當門內、外兩側傳感器電平信號均消失后，即為該終端檢測到進入一人，若人離開房間，原理相反。
人體檢測模塊：主要采用DYP-ME003人體感應模塊，當人數紀錄為零時開啟該模塊電路。若有人進入感應范圍則輸出高電平，聲光模塊報警：若人進門之前通過鍵盤輸入正確密碼解鎖，聲光模塊停止報警，實現防盜功能。如若計數器為零且門開關電路為斷開時，該模塊輸出高電平，聲光模塊報警，實現門鎖提示功能。
煙霧檢測模塊：主要采用GH-312煙霧感應模塊，可以檢測到有害氣體和煙霧的產生。當室內煙霧超出閾值時輸出高電平，由ARM處理使聲光模塊報警，實現防火功能。
貴重物品檢測模塊：該模塊采用SEN-65磁感應器，可檢測到貼有特定磁條的物體。當有人攜帶貼有磁性標簽的貴重物品離開房間時，磁感應裝置檢測到并向主控模塊發出高電平，控制器使報警系統工作，實現檢測貴重物品進出情況的功能。
通信模塊：系統通信模塊采用程控電阻通信協議，ARM和PC之間通過MAX232完成電平轉換。對安裝好的系統設置通信的基本參數，如表1所示。
表1基本參數取值
圖3 電路原理圖
3 軟件設計
本系統的軟件設計是采用C語言和IAR系統嵌入式Workbench 工具同實現的。WorkbenCh 工［6］具是一種用于開發應用各種不同日標處理器的靈活的集成環境。它提供了一個方便的窗口界面用于迅速的開發和調試。嵌入式Workbench支持多種不同的目標處理器，用戶用不同的日標處理器開發的工程（Projects）可以在工程的基礎上逐個規定日標工程。
3.1 宿舍監控站的軟件設計
宿舍監控站主要進行信息（人體探測器獲得的人體非法入侵信息和人員進出信息、用紅外探測器和煙霧傳感器捕捉到的現場火災信息、由磁傳感器捕捉到的貴重物品移動信息采集，數據采集的軟件流程如圖4所示。
圖4 數據采集軟件流程圖
3.2 樓管站的軟件設計
樓管站利用人機界面上顯示的各個宿舍監控站上傳的信息來監測各宿舍站的情況，利用串口實現與宿舍監控站之間的數據傳輸，接收宿舍監控站發來的報警信息，對其保存和處理，同時通知管理員采取必要的措施。樓管站數據處理的流程圖如圖5所示。
圖5 數據處理軟件流程圖
樓管站采用串口通信，利用PC上位機的人機界面實現對網絡中各報警系統安防狀態的實時查詢并顯示，并記錄安防情況以供查詢，其中人機界面是在VC開發環境［7］下開發的，如圖6所示。
圖6人機界面
4 系統實現及測試
該系統主要由室內熱釋電傳感器及煙霧傳感器，紅外避障裝置，ARM控制器和PC電腦6部分組成。其中控制器部分置于門外右框架離地大約155 cm的地方，方便人員輸入密碼解鎖，兩個紅外避障傳感器則并排在右側門框兩側離地大約145 cm的地方，磁感應模塊置于門框右側離地120 cm的位置，房梁上放置室內煙霧傳感器，左側門框離地160 cm的地方放置室內熱釋電傳感器，主控器通過RS232總線與PC相連，實現異地監控，系統安裝圖如圖7所示。然后對系統的功能和性能進行測試，具體結果如表2、3所示。
圖7 系統安裝圖
表2風、光對檢測角度的影響測試結果
測試結果表明：在有風、無風自然光條件下的最大平均檢測角度分別為70.2。和100.8。，平均最大檢測距離分別為5.5 m和7 m;而在無風情況下，強光對最大檢測角度及最大檢測距離影響均較大。
5 結束語
通過對系統功能與性能測試，結果表明本系統不僅實現了人體檢測、聲光報警、密碼輸入解警、進出人員計數、最后人員出門時的鎖門提示、貴重物品出人檢測、網絡信息傳輸等功能，而且具有電路設計簡單、可靠性高、人機交互友好和成本低的特點，符合學生公寓智能化管理的需求，有助于提升學生公寓的安全性，解決學校和學生的后顧之憂。但是本系統還存在一些不足，如本系統采用有線傳輸，當有線網絡發生中斷時，采集的數據無法及時傳輸到監測終端，不能及時報警，兇此系統還有待于繼續完善。
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