文/韓軍 胡坤朋

1 引言

我國是個人口大國，人民群眾的生命財產(chǎn)安全是國家和諧安穩(wěn)的根基，在校學(xué)生的生活狀況更是我國公共安全生活中關(guān)注的重中之重。學(xué)生宿舍作為在校學(xué)生主要的活動區(qū)域，宿舍的安全防火、防電問題更為突出，而目前的高校的宿舍安全問題仍然未得到理想的解決方案，雖然學(xué)校一再禁止學(xué)生宿舍使用大功率電器，但是仍有很多學(xué)生宿舍使用該類電器，違規(guī)電器的使用導(dǎo)致學(xué)生宿舍火災(zāi)等問題時有發(fā)生。目前，實際應(yīng)用于高校宿舍的用電安全系統(tǒng)不多，它們大多呈現(xiàn)出布線復(fù)雜、難以擴(kuò)展的問題,同時還具有準(zhǔn)確性差、實時性差、智能化不足、管理質(zhì)量差等弊端。本系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)合學(xué)生宿舍的特點及問題，專為學(xué)生宿舍環(huán)境設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，同時集電量管理和防盜于一體，易于安裝和管理，適合學(xué)生宿舍推廣使用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計使用STM32F103RCT6作為主控芯片，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理和工作。系統(tǒng)具體由電量檢測模塊、防火模塊、防盜模塊、顯示警報模塊組成。各個模塊通過主控芯片進(jìn)行交流，完成系統(tǒng)的各個功能。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 1 所示。

2.1 電量檢測模塊

本系統(tǒng)使用IM1281B單相互感式電能計量模塊IM1281 是集成了測量、數(shù)字通訊技術(shù)，能夠完成電能測量、采集及傳輸?shù)挠谝惑w，能準(zhǔn)確測量單相交流電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電量等電參數(shù)，具有很高的性價比。通過該模塊檢測宿舍的用電情況，然后根據(jù)電量的使用情況進(jìn)行相關(guān)控制。例如：若某時用電的功率達(dá)到設(shè)定值，就對該寢室進(jìn)行斷電處理并提醒相關(guān)管理人員。

2.2 防火報警模塊

MQ-2/MQ-2S傳感器是根據(jù)電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大的原理制作而成，然后配合簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化作為輸出信號，也就反映了該氣體濃度的變化。溫度傳感器能感受周邊環(huán)境溫度并通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成可用輸出信號，該輸出信號就表征了周邊環(huán)境的溫度狀況。本系統(tǒng)使用溫度傳感器和煙霧傳感器結(jié)合共同檢測宿舍的環(huán)境狀況，為了提高檢測的有效性，在宿舍的各個地方均勻放置這兩種傳感器。當(dāng)宿舍的煙霧或溫度達(dá)到設(shè)定值時，啟動報警裝置引起宿舍學(xué)生及周邊學(xué)生的注意，避免造成更為嚴(yán)重的危害，同時可以通過遠(yuǎn)程連接通知宿管進(jìn)行查看進(jìn)行處理。

2.3 防盜模塊

常規(guī)防盜裝置一般通過密碼等其他身份驗證的方式來進(jìn)行的，而本系統(tǒng)在防盜上進(jìn)行了新穎化的設(shè)計，防盜模塊主要分兩部分組成。

2.3.1 身份驗證

本系統(tǒng)在身份驗證上更為簡便，不需要手動驗證，只需要把手機(jī)的藍(lán)牙保持打開的狀態(tài)，然后本系統(tǒng)自動與內(nèi)部相鎖定的藍(lán)牙身份進(jìn)行匹配，若匹配成功，本系統(tǒng)認(rèn)證此人的身份。

2.3.2 判斷出入

在藍(lán)牙匹配認(rèn)證的基礎(chǔ)上通過兩個一前一后的光電門來判斷此人是否進(jìn)入宿舍，同時實現(xiàn)宿舍人數(shù)的計數(shù)。判斷原理如圖2所示。

2.4 預(yù)留模塊

為了便于滿足本系統(tǒng)的控制功能的可拓展性，以應(yīng)對不同學(xué)生宿舍環(huán)境下的功能需求，該系統(tǒng)還預(yù)留了一個全雙工的串口和多個控制引腳，用戶可以根據(jù)需要自行拓展，以更好地適應(yīng)宿舍的智能化需求。

圖1：系統(tǒng)總體框圖

圖2：光電門判斷出入和人數(shù)

3 結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計以學(xué)生宿舍的安全用電、防火、防盜為主要設(shè)計目標(biāo)，以STM32RCT6作為主控芯片，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。同時，本系統(tǒng)的實時性好，能夠?qū)崿F(xiàn)移動端與宿舍監(jiān)測系統(tǒng)的實時互聯(lián)；安全性高，高可靠性的主控芯片與各監(jiān)測模塊使系統(tǒng)能夠適應(yīng)學(xué)生宿舍環(huán)境下的各種情況；系統(tǒng)產(chǎn)品性價比較高，在滿足系統(tǒng)設(shè)計的同時，考慮到價格因素，適合學(xué)生宿舍推廣應(yīng)用；可拓展性好，系統(tǒng)預(yù)留的串口及引腳可以為后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計的功能優(yōu)化、拓展提供便利。