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基于GSM和单片机的实验室智能自动安防系统

导读: 实验室是高校教学过程的重要环节,是综合应用型人才培养和教师进行科学研究的重要场所。近年来,随着高校规模的扩大,各高校实验室也得以飞速发展,实验室器材占高校固定资产的比重也越来越大。

  实验室是高校教学过程的重要环节,是综合应用型人才培养和教师进行科学研究的重要场所。近年来,随着高校规模的扩大,各高校实验室也得以飞速发展,实验室器材占高校固定资产的比重也越来越大。但是,由于很多院校没有实验中心,实验室主要依附于院系而存在,比较分散。这样,集中实现实验室的安全维护和管理存在较大困难。

  基于上述问题,文中提出了基于GSM和单片机LPC2138的实验室安防系统的设计方案。系统采用32位ARM系列单片机LPC2138作为主控芯片,通过各种传感器采集实验室信息,如有危害实验室安全的因素出现,通过GSM模块发送短消息给监控中心或者实验室管理员,及时对实验室进行维护,从而提高了实验室安全运转的可靠性。

 

  1 系统总体结构

 

  系统总体结构框图如图1所示。系统由控制模块、信息采集模块、报警模块三部分组成。

 

  

  图1 系统结构框图

 

  控制模块由单片机芯片、LCD显示、按键控制和电源电路组成。控制模块主要控制协调系统的正常工作,单片机芯片将传感器送来信息进行处理、识别,并将关键信息在LCD显示屏上显示出来;用户可通过按键控制和LCD显示查看实验室当前状态,可以进行手动布防和撤防操作,使用方便灵活。

  信息采集模块由各类传感器及信号处理电路组成,主要功能是采集实验室的环境信息和安全信息。传感信号经信号处理电路处理后送主控模块进行处理。

  报警模块由声光报警和GSM模块组成,在接收到危害实验室的信息时,按照预先设定的警情处理模式,开启相应的报警方式。

 

  2 系统硬件电路设计

 

  2.1 主控模块硬件电路设计

  主控模块主要由单片机最小系统、按键控制电路和LCD显示电路组成。

  单片机采用菲利普公司的LPC2138,这是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7 TDMI-STMCPU的微控制器,带有512kB的嵌入的高速Flash存储器,128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。它对代码规模有严格控制的应用,使其可用16位的Thumb模式将代码规模降低超过30%,而性能损失却很小。

  按键控制和LCD显示硬件电路如图2所示。按键控制电路提供了4个独立按键,每个按键都具有复合功能。用户可通过4个按键和LCD显示屏方便地查看安防系统当前状态和历史警情信息,可以选择合适的安防模式,而且还可以通过按键实现实验室的布防和撤防。

 

  

  图2 按键控制与LCD显示硬件电路图

 

  2.2 信息采集模块硬件电路设计

  该模块硬件电路主要由各类传感器和信号处理电路组成,可大体分为两部分。一部分采集实验室环境信息,包括温度传感器和湿度传感器。而剩余的传感器则采集实验室安全信息,如盗警和火警。

  温度和湿度的采集采用集成化的传感器,无需处理电路,可以直接读取实时的温度、湿度信息。

  烟雾传感器是用来探测室内气体中的烟雾的,在系统中,用于火灾报警。烟雾传感信号处理电路原理图如图3所示。烟雾传感器一般安装于房间的天花板上,采用散射式光感烟器件做烟雾传感器CA3302B。J1的1、4引脚连接传感器的内部光源,2、3引脚连接传感器的光敏元件。正常状态下J1的2引脚为高电平,也就是IC2A的2脚是高电平,由于IC1A的1脚是高电平,所以输出低电平,然后经IC2B反向输出高电平;当烟雾进入传感器的暗室时,光线散射照在光敏元件上,其电阻率降低,IC2A的第2引脚变成低电平,其输出高电平,经IC2B反向,最后输出低电平。单片机可以通过检测IC2B的输出判断是否有烟雾报警即火灾报警。

 

  

  图3 烟雾传感器信号处理电路图

 

  热释电红外传感器是检测实验室中是否有人员活动的,即属于防盗报警。文中应用Hamamatsu Corp公司的产品P228。信号处理电路原理图如图4所示。P2288的1脚为电源引脚接+5V电源,2脚为输出引脚,3脚接地,有效探测范围在7m左右。在正常状态下,若没有人员的活动,P2288的2脚没有输出,处理电路的输出端口保持低电平;若在其探测范围内有人员的活动,则P2288的输出引脚就输出一个微弱的电流,经R1转化成电压值加在一个单管共射放大电路的输入端,经放大后送至LM324组成的比较器,产生一个高电平输出。

 

  

  图4 红外传感器信号处理电路图

 

  当有人打破玻璃时,玻璃破碎传感器受到机械振动,会给出一个信号,这信号经放大、处理后可用于报警。

  此传感器可与门磁、窗磁一起作为盗警的参考报警信号。

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