田端財(cái)

【摘 要】 針對(duì)當(dāng)代人們對(duì)生活起居質(zhì)量、功能和安全等方面要求不斷提高，分析了目前各類智能小區(qū)存在的不足，整合利用現(xiàn)有設(shè)施，通過(guò)技術(shù)上的完善，提出了一種基于AT89C51單片機(jī)嵌入式樓宇智能防災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，該方案介紹了基于51單片機(jī)嵌入式技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并介紹了該系統(tǒng)的主要功能等。

【關(guān)鍵詞】 AT89C51單片機(jī) 嵌入式 智能 防災(zāi)報(bào)警

1 背景

我國(guó)隨著城市化進(jìn)程不斷深入，越來(lái)越多的人住上了樓房，然而家庭這個(gè)個(gè)體的獨(dú)立化程度越來(lái)越高，即便是對(duì)門(mén)鄰居也很少來(lái)往，尤其白天人們上班后，家庭這個(gè)個(gè)體就成為一個(gè)與世隔絕的封閉環(huán)境，家庭內(nèi)部發(fā)生了什么都很難知曉，如此導(dǎo)致家庭內(nèi)部發(fā)生危險(xiǎn)災(zāi)害等問(wèn)題時(shí)不能得到及時(shí)處理而使問(wèn)題擴(kuò)大，甚至無(wú)法控制，而且這個(gè)災(zāi)害都是不可預(yù)知的。家庭內(nèi)部可能出現(xiàn)的災(zāi)害主要有：（1）天然氣泄漏；（2）各種原因引起的火災(zāi)危害；⑶自來(lái)水、暖氣管道泄漏引起的水災(zāi)危害等，有時(shí)這些災(zāi)害可能并發(fā)?？刂茷?zāi)害最好的方法是這些突發(fā)災(zāi)害剛剛發(fā)生時(shí)及時(shí)感知并加以控制防止繼續(xù)蔓延。

2 可行性研究

在日常生活中也有一些防控災(zāi)害的裝置，如燃?xì)庑孤﹫?bào)警裝置；自來(lái)水漏水報(bào)警裝置；火災(zāi)煙霧報(bào)警裝置等，但這些裝置的工作都是相互獨(dú)立的而且很難完全的制住災(zāi)害，如燃?xì)馐褂脮r(shí)如果電磁閥前端有泄漏，那么裝置即使發(fā)現(xiàn)有漏氣并關(guān)閉電磁閥也無(wú)法控制災(zāi)害。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的一些防災(zāi)報(bào)警裝置的研究和分析，聯(lián)合工業(yè)控制領(lǐng)域DCS控制系統(tǒng)理論，我設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)，本系統(tǒng)是在家庭內(nèi)部選用現(xiàn)有的防災(zāi)報(bào)警裝置和小區(qū)的控制中心通過(guò)總線方式連接起來(lái)，形成類似DCS的集散型控制系統(tǒng)，理論上只要家庭終端防災(zāi)報(bào)警裝置發(fā)現(xiàn)災(zāi)害就能夠及時(shí)把信號(hào)發(fā)送給控制中心，小區(qū)控制中心也就能夠做出及時(shí)處理。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)和DCS的成功經(jīng)驗(yàn)，證明本系統(tǒng)是可行的。

3 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)（如圖1）：底層是與用戶相關(guān)的終端設(shè)備，稱現(xiàn)場(chǎng)層或用戶層，包括顯示器、傳感器和報(bào)警器等。終端設(shè)備的主要功能為實(shí)時(shí)探測(cè)周圍環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換，傳送數(shù)據(jù)到上層，接受上層控制信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、災(zāi)害類型、方位的顯示等；中間層為微控制器層或家庭控制器層、家庭控制器，該層是本系統(tǒng)的核心部件，選用AT89C51單片機(jī)，功能為接收底層發(fā)來(lái)的信息，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單比較、計(jì)算和暫存等，傳送數(shù)據(jù)給上層，接收上層命令，發(fā)送控制信息控制底層設(shè)備工作狀態(tài)等，是家庭單位的控制中心，控制家庭所有的終端設(shè)備，家庭控制器的規(guī)格與數(shù)量取決于終端信號(hào)的數(shù)量和性質(zhì)；最高層為管理控制中心，為中心監(jiān)控層，選用普通PC，連接LED指示燈、報(bào)警器等外圍設(shè)備，結(jié)合管理軟件，管理所有的家庭控制器，另外小區(qū)各種管網(wǎng)的主干終端設(shè)備也與之相連，可實(shí)現(xiàn)在小區(qū)入口上防控災(zāi)害。各層和設(shè)備之間都是通過(guò)總線結(jié)構(gòu)連接，為提高工作效率，該系統(tǒng)各層之間通過(guò)中斷方式傳輸數(shù)據(jù)。

此外，本系統(tǒng)為在發(fā)生緊急情況時(shí)可實(shí)現(xiàn)人工報(bào)警、控制等應(yīng)急處理，在各個(gè)方便位置加裝緊急應(yīng)急按鈕或腳踏開(kāi)關(guān)等。

3.2 系統(tǒng)功能

安全是人們?cè)谧非蟾哔|(zhì)量智能化住宅的前提下，對(duì)住宅的更高要求。本系統(tǒng)充分考慮長(zhǎng)效性問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，具備以下功能：

（1）用戶層終端設(shè)備用具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的傳感器對(duì)家庭內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦監(jiān)測(cè)到異常情況通過(guò)中斷方式發(fā)送給上層，并且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，顯示器顯示異常情況類型代碼和位置代碼，發(fā)光二極管用不同顏色的光來(lái)表征異常情況的類型；

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)，并進(jìn)行比較、計(jì)算和判斷交付上層，并能夠根據(jù)上層反饋的控制信息做出一系列的控制動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)控制；

（3）各控制器、傳感器等在進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)之前，實(shí)現(xiàn)自身工作狀態(tài)檢測(cè)，以保證該系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

（4）各控制器、終端設(shè)備等具有工作異常時(shí)自我檢測(cè)、控制和復(fù)位重啟等系統(tǒng)保護(hù)功能，保證系統(tǒng)長(zhǎng)效安全運(yùn)行。

3.3 家庭控制器工作過(guò)程

本系統(tǒng)主要任務(wù)是進(jìn)行樓宇災(zāi)害的智能預(yù)防、報(bào)警和控制，主要防控方式通過(guò)中斷實(shí)現(xiàn)。在災(zāi)害發(fā)生前或發(fā)生初，通過(guò)傳感器感知相應(yīng)信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行辨析：如發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作異常信號(hào)，則系統(tǒng)自檢并自我修復(fù)，AT89C51設(shè)置看門(mén)狗，防止程序跑飛以保證系統(tǒng)24小時(shí)正常工作；如確定為災(zāi)害信號(hào)，則系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別，確定災(zāi)害類型以便進(jìn)行相應(yīng)處理。本系統(tǒng)以LED發(fā)光顏色區(qū)分類型：紅光為火災(zāi)；藍(lán)光為水災(zāi)；黃光為有害氣體泄露等。同時(shí)報(bào)警器響，系統(tǒng)根據(jù)中斷類型碼確定災(zāi)害可能的位置并在顯示器上顯示。具體防控流程如圖2所示。

如圖所示，a.系統(tǒng)主程序：（1）在開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)初始化，自檢，以保存系統(tǒng)正常運(yùn)行；（2）開(kāi)中斷以便接收中斷請(qǐng)求；（3）系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，等待中斷請(qǐng)求的到來(lái)。b.中斷過(guò)程：（1）關(guān)中斷，防止再有其他的中斷請(qǐng)求；（2）判斷中斷類型碼，確定是災(zāi)害還是工作異常，如果工作異常，則系統(tǒng)復(fù)位，如是災(zāi)害通過(guò)比較、計(jì)算和判斷確定災(zāi)害相關(guān)參數(shù)上報(bào)控制中心，同時(shí)對(duì)終端設(shè)備加以控制，顯示器顯示事發(fā)位置，相應(yīng)LED燈放光，報(bào)警器報(bào)警等。（3）當(dāng)所有的操作完成后，相應(yīng)設(shè)備復(fù)位，返回主程序繼續(xù)運(yùn)行等待。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)利用DCS原理通過(guò)在家庭內(nèi)部加裝一個(gè)微控制器，把家庭內(nèi)部原來(lái)獨(dú)立的設(shè)備利用2芯總線方式集合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)集散式控制，非常靈活的獲取環(huán)境參數(shù)，加以計(jì)算、比較、判斷和控制，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到小區(qū)監(jiān)控中心，從而從主干上控制災(zāi)害。該系統(tǒng)集防火、防水、防燃?xì)庑孤┑裙δ苡谝簧?，本系統(tǒng)報(bào)警部分實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警，災(zāi)害類別燈光指示，位置判別和顯示等功能。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自我檢測(cè)、自動(dòng)修整、復(fù)位等，利用循環(huán)查詢方式定期檢測(cè)終端設(shè)備的工作狀態(tài)，確保系統(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行，具有長(zhǎng)效性。本系統(tǒng)為AT89C51開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的看門(mén)狗程序，防止跑飛。另外本系統(tǒng)還安裝應(yīng)急開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)人工控制，本系統(tǒng)如進(jìn)一步完善可增設(shè)防盜功能等。

參考文獻(xiàn)

[1]肖婧.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真--基于PROTEUS[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

[2]周立功，等.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京航空航天出版社，2005.

[3]符意德.嵌入式系統(tǒng)原理與開(kāi)發(fā)應(yīng)用（第三版）.電子電子工業(yè)出版社，2003.