基于ARM的智能化公寓安防测控系统设计

纵观目前校园安防的现状，无论高校还是中小学校都不容乐观，学生在学校寝室里物品被盗以及学生使用电器不当引起火灾，是高校管理中的一个“大问题”。随着传感器技术、网络技术、控制技术和通信技术的调整发展，为学生公寓的现代化动态管理，提升学生公寓的居住安全性，把安全事故控制在最低限，解除学业生和学校的后顾之忧提供了可能。本文遵循可靠性、独立性、安全性、联动性、扩展性、实用性、经济性的原则设计出一个基于ARM的学生公寓智能安防测控系统。该系统由采集终端和异地集中控制终端两部分组成，两者通过RS232总线进行串行通信，可实现异地控制和多终端网络同步控制，不仅具有人体检测、烟雾检测、声光报警、键盘密码解警、以及宿舍内贵重物品进出情况记录等功能，且具有电路设计简单，可靠性高，针对性强，人机交互友好，成本低的特点。

1.系统组成及基本原理

本系统由多个宿舍监控站和一个楼管站组成，示意图如图1所示。宿舍监控站安装在宿舍需要防范的部位，完成宿舍里不现探测区域内的各种灾情发生前的各种参数（如人体热释电红外信号，火灾烟雾浓度）等的可靠探测，并通过RS232总线传输到楼管站。楼管站设在值班区域，为方便查询，存储功能等，采用PC机实现，通过PC机上显示的信息监控各个宿舍，以便及时报警并通知管理员采取相应的措施。

图1 系统示意图

宿舍监控站由各种探测器、微处理器、声光报警、显示及接口电路组成，其框图如图2所示。采用人体探测器实现监测人体非法侵入和人员进出信息：采用红外探测器和烟雾传感器实现火灾现场信息的采集：采用磁传感器实现监测贵重物品移动信息。其工作流程如下：微处理器通过对数据采集模块提供的信息，按照预先设定的程序处理和保存，同时将盗窃情况、火灾情况实现声光报警，并通过RS232接口发送到异地PC管理终端。

楼管站由主控计算机，通信接口芯片、监控管理软件、铺设总线及电源组成。其T作过程为：楼管站通过主控计算机显示的信息监测宿舍监控站的情况，当宿舍监控站发来报警信息时对其进行保存和处理，并通知管理员采取必要的措施。

图2 宿舍监控站总体框图

2 硬件电路设计

由于楼管站的功能主要由监测管理软件实现，因此系统的电路设计主要是宿舍监控站的电路设计。

主控模块：本系统采用基于ARM的Easyarm LM3S1138作为主控制模块芯片，用于处理和保存数据采集模块送来的信息。Easyarm LM3S1138[5]具有32位代码指令、32位地址总线、34个中断源、共64 KB单周期Flash、16 KB单周期SRAM、寻址范围32位地址宽度，两个同步串行端口(SSI)、3个完全可编程的串口、ADC以及多个GPIO．且具有丰富的内部资源，其高性能的32位运算能力可以轻松控制整个系统，同时其低功耗、低成本符合应用环境，尤其是其具有丰富的中断源为接收采集器的数据提供了很大的方便。

红外探测模块：采用E18-D80NK红外避障传感器，该模块南门外红外壁障、门内红外壁障两个传感器装置并排组成。

当有人进入时，门外装置先被遮住并检测到信号，传送低电平信号至主控芯片，门内开关冉被遮住检测到信号，传送低电平门至主控芯片，当门内、外两侧传感器电平信号均消失后，即为该终端检测到进入一人，若人离开房间，原理相反。

人体检测模块：主要采用DYP-ME003人体感应模块，当人数纪录为零时开启该模块电路。若有人进入感应范围则输出高电平，声光模块报警：若人进门之前通过键盘输入正确密码解锁，声光模块停止报警，实现防盗功能。如若计数器为零且门开关电路为断开时，该模块输出高电平，声光模块报警，实现门锁提示功能。

烟雾检测模块：主要采用GH-312烟雾感应模块，可以检测到有害气体和烟雾的产生。当室内烟雾超出阈值时输出高电平，由ARM处理使声光模块报警，实现防火功能。

贵重物品检测模块：该模块采用SEN-65磁感应器，可检测到贴有特定磁条的物体。当有人携带贴有磁性标签的贵重物品离开房间时，磁感应装置检测到并向主控模块发出高电平，控制器使报警系统工作，实现检测贵重物品进出情况的功能。

通信模块：系统通信模块采用程控电阻通信协议，ARM和PC之间通过MAX232完成电平转换。对安装好的系统设置通信的基本参数，如表1所示。

表1基本参数取值

电路原理图如图3所示。

图3 电路原理图

3 软件设计

本系统的软件设计是采用C语言和IAR系统嵌入式Workbench 工具同实现的。WorkbenCh 工[6]具是一种用于开发应用各种不同日标处理器的灵活的集成环境。它提供了一个方便的窗口界面用于迅速的开发和调试。嵌入式Workbench支持多种不同的目标处理器，用户用不同的日标处理器开发的工程(Projects)可以在工程的基础上逐个规定日标工程。

3.1  宿舍监控站的软件设计

宿舍监控站主要进行信息（人体探测器获得的人体非法入侵信息和人员进出信息、用红外探测器和烟雾传感器捕捉到的现场火灾信息、由磁传感器捕捉到的贵重物品移动信息采集，数据采集的软件流程如图4所示。

图4 数据采集软件流程图

3.2 楼管站的软件设计

楼管站利用人机界面上显示的各个宿舍监控站上传的信息来监测各宿舍站的情况，利用串口实现与宿舍监控站之间的数据传输，接收宿舍监控站发来的报警信息，对其保存和处理，同时通知管理员采取必要的措施。楼管站数据处理的流程图如图5所示。

图5 数据处理软件流程图

楼管站采用串口通信，利用PC上位机的人机界面实现对网络中各报警系统安防状态的实时查询并显示，并记录安防情况以供查询，其中人机界面是在VC开发环境[7]下开发的，如图6所示。

图6人机界面

4  系统实现及测试

该系统主要由室内热释电传感器及烟雾传感器，红外避障装置，ARM控制器和PC电脑6部分组成。其中控制器部分置于门外右框架离地大约155 cm的地方，方便人员输入密码解锁，两个红外避障传感器则并排在右侧门框两侧离地大约145 cm的地方，磁感应模块置于门框右侧离地120 cm的位置，房梁上放置室内烟雾传感器，左侧门框离地160 cm的地方放置室内热释电传感器，主控器通过RS232总线与PC相连，实现异地监控，系统安装图如图7所示。然后对系统的功能和性能进行测试，具体结果如表2、3所示。

图7  系统安装图

表2风、光对检测角度的影响测试结果

表3风、光对检测距离的影响测试结果

测试结果表明：在有风、无风自然光条件下的最大平均检测角度分别为70.2。和100.8。，平均最大检测距离分别为5.5 m和7 m;而在无风情况下，强光对最大检测角度及最大检测距离影响均较大。

5 结束语

通过对系统功能与性能测试，结果表明本系统不仅实现了人体检测、声光报警、密码输入解警、进出人员计数、最后人员出门时的锁门提示、贵重物品出人检测、网络信息传输等功能，而且具有电路设计简单、可靠性高、人机交互友好和成本低的特点，符合学生公寓智能化管理的需求，有助于提升学生公寓的安全性，解决学校和学生的后顾之忧。但是本系统还存在一些不足，如本系统采用有线传输，当有线网络发生中断时，采集的数据无法及时传输到监测终端，不能及时报警，凶此系统还有待于继续完善。

参考文献：

[1]陈岩，高校学生公寓智能安防测控系统研究与设计[D].合肥：合肥工业大学．2008:3-10.

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WANG Hong-jian. Application of AT89C2051 in communityanti-theft alarm system  [J]. Development and Application,2006(12): 50 -52.

[3]孙晓松，曹雪瑞，张俊武．基于单片机系统的智能化学生公寓的改造[J]．自动化技术与应用，2007,  26 (3)：125 -127.

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[4]张美琪．LM3S系列微控制器的高效RS485通信设计与实现[J]. ARM开发与应用，2010,26(2)：136-138.

ZHANG Mei-qi. Design and realization of high efficientRS485 communications in LM3S ARM[J]. Development andApplication of ARM, 2010,26(2):  136-138.

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ZHANG Zhi-xia, JI Fei, GAO Xun,et al. Development of aportable test board based on ARM LM3S1138[J]. Journal ofLiaoning University, 2010, 37(2):105-106.

[6] ARM工作中心.ARM Workbench IDE [EB/DL].  (2010-02)[2011-04]http: //www.arm.com/products/tools/software-tools/rvds/arm-workbenc-h-idephp.

[7]宋金珂，高丽华，张迎新，等．VC++基础程序设计教程[M]．北京：清华大学出版，2010: 80-200.