智能安防系统方案设计.doc

智能安防系统的方案设计
目前在物联网的智能安防系统中能够实现的方案框架图如下:
计算机
上位机软件
PAC系统
烟雾报警
燃气报警
玻璃破碎报警
智能窗户

一、智能窗户控制系统
(1)、系统由最初的实验阶段到形成过程中,其基本的功能框架如下:
(2)、设计方案
为了达到智能化产品的需求,智能窗户控制系统采用了多种传感器技术,以风传感器,雨传感器和温度传感器为主体。
风传感器的设计解决了自动防风的功能,它能实时检测风速,将其转换为电信号,传输给微处理器MCU。主要装置有风轮、传感器电路。其主要原理是,在窗户打开的情况下,当室外起风时,风带动风轮转动,计数器记录每分钟风轮所转过的圈数,并将数据传输给MCU,根据所编程序中设置的风轮转动圈数下限值,决定是否需要启动电机,以带动窗户转动,将其关闭,当风速有所减弱,带动风轮每分钟所转圈数小于之前的下限值时,MCU发出命令,启动电机再次带动窗户开启的方向转动。截止到目前我们已经完成了风传感器的制作,主要思路是:塑质的风轮中心通过一根金属轴与绝缘轮连接,轮的圆周上有一个导电金属触点,其他位置绝缘,轮圆心部分导电,且由一根导线与圆周上导电金属片相连。另外在与绝缘轮圆周紧挨着的外部设置一个与MCU的计数器相连的导电金属触点,当风轮带动绝缘轮转动时,在两个金属触点接触的瞬间,电路导通,计数器计数一次。MCU通过对计数器所记录数字的分析控制电机的开闭,最终控制窗户。
其原理图如下所示:
MCU
导线金属触点 Vcc

R
绝缘轮

金属轴
风轮
下雨时忘记关窗是很苦恼的,然而智能窗户的雨传感器解决了这一问题,雨传感器的主要功能是检测室外空气雨滴,当雨滴落在雨传感器上时产生短路,此时MCU将检测到电平的变化,以此作出相应的动作。当导线网上的所有水滴都蒸发掉后电路恢复短路状态,MCU发出指令,启动电机,使其带动窗户向开启的方向转动,最终将窗户打开。此装置的主要部分是互不导通的导线网、传感器电路。
其原理图如下:
MCU
Vcc

R

导线网
系统中还新增了手动控制器和温度传感器,以满足多种需求。手动控制器由三个按键开关组成,并设置三种功能,即开、关和暂停,顾名思义,手动控制器可以选择在合适的时候打开和关闭窗户,而且还可以按下暂停键使窗户停在任意位置,此功能已由编程简单实现。
温度传感器用于检测室内温度,并显示在数码管上。器件选用DS18B20和四位共阳数码管,DS18B20通过一个单线接口发送和接收信息,因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一根连接线,用与读写和转换的电源可从数据线本身获取,无需外部电源,大大的节省了硬件资源。
其原理图如下:
而所有的关窗和开窗的动作都由电动机实现,原理如下:
由以上系统功能的完成可以设计出模拟控制实验板,实物图如下:
硬件原料成本一览表:
材料及部件名称
需要个数
单价(元/个)
实验板
1
风传感器
1
雨传感器
1
光传感器
1
温度传感器
1
5V蜂鸣器
1
电阻
20
三极管
10
总价
二、玻璃破碎报警
(1)、利用压电陶瓷片的压电效应,可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音(10k~15kHZ)进行有效检测,而对10kHZ以下的声音信号(比如说话、走路声)有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。使用石英玻璃在25摄氏度,湿度25%时的破碎频率为12KH.
玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类:一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器,它实际上是一种具有选频作用(带宽10到15KHz)的具有特殊用途(可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除)的声控报警探测器。另一类是双技术玻璃破碎探测器,其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起,只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动,才输出报警信号。次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起,只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。
玻璃破碎传感器内的压电陶瓷敏感元件多是由锆钛酸一类材料制成的。由压电效应,当在压电陶瓷片上加上音频电压时,压电陶瓷片就会发声(一般作为发声片或压电喇叭),同样,使压电陶瓷产生振动时,它能输出一定电压,玻璃破碎传感器正是利用这一特性制成的。玻璃破碎传感器中与压电陶瓷并联的一只15-25千欧的电阻作用是降低传感器内部的阻抗。压电陶瓷的用途非常广泛。压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,频率稳定性好,精度高及适用频