基于单片机的学生公寓火灾报警器_韩松华.doc

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1、 年第 期 信 息 通 信 （总第 期） INFORMATION & COMMUNICATIONS 基于单片机的学生公寓火灾报警器 韩松华，秦明明，唐传林，汪春林，邹雪梅 （西南林业大学，云南 昆明 650224） （ ） 摘要： 利 用单片机、传感器、 GSM 等 技术 设计 出学 生公 寓火 灾报 警系 统。该系 统可 完成 对学 生公 寓的 温湿 度、烟雾浓度、 有无火焰等情况采集及监测，并在上位机上显示、存 储。 上位 机和 下位 机通 过网 络模 块进 行数 据传 输，若 发生 火灾 则及 时报警。解决了在现实生活中，学生公寓等小型单元发生火灾，不能及时处理和报警的问题。对于学生公寓

2、火灾预防， 减少火灾损失具有重大现实意义。 关键词： 单片机；传感器； GSM；网络模块 中图分类号： TU855 文献标识码： A 文章编号： 1673-1131（ 2016） 08-0101-03 0 引言 近年来，高校学生公寓频繁发生火灾，造成了严重的损失。 火 灾事 故已 严重 影响 到高 校学 生的 学习 与生 活。学生公寓发 生 火灾 ，容易出现处理不及时、灭火 器材 缺乏和高校学生惊慌 失 措、逃生迟缓等不利情况。火灾事故的发生严重干扰高校 学 生正 常的 学习 和生 活秩 序，严重情况将会导致生命财产等 损 失。 学生 公寓 火灾 报警 器能 够在 火灾 发生 时，通过传感器

3、模 块将 火灾 信号 传输 到单 片机 控制 中心 ，从而监测火灾并报 警 。大 大缩 短了 火灾 发生 到处 理火 情之 间的 时间 ，使公寓管 理 处的 老师 和火 警部 门及 时获 知火 情，并采取相应行动。在 火 灾发 生初 期就 能及 时组 织学 生远 离危 险，处理火情。学生 公 寓火 灾报 警器 这样 一套 完整 的火 灾报 警设 备，能够明显提 高 学生 公寓 的安 全系 数。解决火灾情况处理不及时而造成的 火 势扩 大以 及人 员伤 亡等 问题 。 1 系统总体设计 图 1 系统总体设计结构图 根据学生公寓的特点，结合火灾报警技术，本系 统方 案的 原 理框 图如 图（ 1）

4、所示 。系 统由 上位 机和 下位 机两 个部 分构 成 。下 位机 部分 由若 干学 生公 寓监 测节 点组 成。学生公 寓监 测 节点 用两 块单 片机 做控 制器 。第一块单片机用于数据 采集 与 显示 ，第二块单片机用于控制网络模块，依托于校园网 网络 与 上位 机进 行通 讯。下位机的两块单片机通过串口进行通讯， 协 调配合完 成数据的采集 与发送。下位 机能够实现对 火 焰、 烟雾、温湿度等实时数据的采集，并判断是否发生火灾，若一 切正常则继续监测，并把监测数据发送到上位机监测中心，实 时 显示 于上 位机 。若 发生 火灾 的话 ，学生公寓和监测中 心声 光 报警 模块 均工 作

5、。 下位 机记 录发 生火 灾时 间，以及公 寓内 各 项火 灾数 据，连同报警信号一起发送给上位机。上位 机由 上 位机 显示 界面 和监 控中 心控 制板 组成 。上位机承担实 时显 示监控数据和向火警部门报警的作用。上位机接收到火灾信 息后，发送指令给监控中心控制板，并驱动 GSM 模块发 送报 警短信。这时监测中心人员核实情况后可采取电话报警，并 组 织相关人员采 取行动。本系统 还附带紧 急情况报警功 能， 若学生在公寓遭遇紧急情况，如突发疾病等，此时可按下紧急 情况报警按钮，能够通知宿舍管理员及时采取相应行动。能 够有效解决学生在公寓因遭遇紧急情况，无人帮助或救援等 情况。上位机与

6、下位机依托于校园网网络，实现有线数据传 输，可靠性高，适合学生公寓使用。 2 硬件电路设计 2.1 中心处理器 STC12C5A60S2 单片机 STC12C5A60S2 是 STC 生产 的单 时钟 /机器周 期（ 1T）的 单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机， 指令代 码完全兼容传统 8051，但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路， 2 路 PWM ， 8 路高速 10 位 A/D 转换， 针对电机控制，强干扰场合。 2.2 ENC28J60 网络模块 ENC28J60 是 带有行业标准串行外设接 口的独立以太网 控制器。它可作为任何配备有

7、 SPI 的控制器的以太网接口。 ENC28J60 符合 IEEE 802.3 的全部规范，采用了一系列包过滤 机制以 对传入数据 包进行 限制。它还提供了一个内 部 DMA 模块，以实现快速数据吞吐和硬件支持的 IP 校验和计算。 与 主控制器的通信通过两个中断引脚和 SPI 实现，数据传输速率 高达 10 Mb/s。两个 专用 的引 脚用 于连 接 LED，进行网络活动 状态指示。在本系统中完成了将下位机数据通过校园网网络 传输到上位机的功能。 2.3 传感器电路设计 为了提高监测火灾的灵敏度和可靠性，必须选择适合学 生公寓环境的传感器。经研究发现火灾发生过程中燃烧特性 不相同，燃烧程度呈

8、递增趋势。火灾初期，通常会产生大量的 烟雾、 少量的热和光辐射。紧接着会产生大量的光和热。最 终火势蔓延产生很强的火光，大量浓烟。所以为了提高监测 的准确性和报警的及时性，在本系统中采用烟雾、温湿度、火 焰 等传感器相结 合的方式。单片 机只需要 接收烟雾传感 器、 火焰传感器和温湿度传感器采集的信号，就能完成对火灾的 监测。 （ 1）烟雾传感器 MQ-2：本型号传感器可检测出多种可燃 性气体，尤其对液化气、丙烷和氢气的灵敏度高，对天然气和 其他可燃蒸汽的检测也很理想，是一款适合多种应用的低成 本传感器。其显著的优点是在较宽的浓度范围内对可燃气体 信息通信 有良好的灵敏度。 MQ-2 原理图如

9、图 2 所示： 图 2 MQ-2 原理图 （ 2）数字温湿度传感 器 DHT11：一款含有已校准数字信号 输出的温湿度复合传感器。传 感器 包括 一个 电阻 式感 湿元 件 和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。 每个 DHT11 传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上。 （ 3）火焰传感器：利 用红 外线 对 火 焰非 常敏 感的 特点 ，使 用特制的红外线接受管来检测火焰，其 对应 火焰 温度 的近 红 外波长域及紫外光域具有很大的辐射强度，根据 这种 特性 制 成火焰传感器。火焰 传感 器能 够把 火焰

10、的亮 度转 化为 高低 变 化的电平信号。火焰 传感 器可 以用 来探 测火 源或 其它 一些 波 长在 7601100 纳 米范围内的热源。 火焰传感器电路原理 图 如图 3 所示： 韩松华等：基于单片机的学生公寓火灾报警器 用单片机通过 RS232 串口与 GSM 模块通信，使用标准的 AT 命令来控 制 GS M 模块实 现发送短信的功能。本系统采用 GSM TC35 模块发送报警短信，完成短信报警的功能。 3 软件设计介绍 3.1 系统工作流程软件介绍 系统软件是整个系统的核心，负责协调上位机与下位机 完成火灾报警的功能。系统工作流程图如图 4 所示。首先进 行初始化，学生公寓管理员登

11、陆上位机软件，系统开始工作。 下 位机开始采集数 据并发送 给上位机。上 位机每隔两秒钟 ， 向所有下位机抓取数据。上位机根据采集到的数据判断是否 发生火灾，并在显示界面上实时显示。每隔两分钟保存一次 数据，并将采集到的 数据上传到数据库中保存。以方便学生 公寓管理员查询。当发生火灾的时候，上位机和下位机的声 光报警模块开始工作，上位机相应宿舍数据将会被标红，并记 录保存。上位机发送指令给上位机中心控制板，驱动 GSM 模 块发送报警短信。 图 3 火焰传感器原理图 2.4 报警电路硬件设计 （ 1）声 光报 警电 路。 本电 路分 别应 用于 下位 机学 生公 寓 声光报警和上位机监测中心声

12、光报警。能够 及时 提醒 公寓 中 的学生发生了火灾。监测 中心 的人 员能 够及 时知 道火 灾发 生 或产生了紧急情况。声光报警电路由高亮红色 LED、普通 绿 色 LED 灯和蜂鸣器构成。学生公寓内一切正常时绿灯亮，红 灯及蜂鸣器无现象。发生火灾或有紧急情况时蜂鸣器响，红 色 LED 持续闪烁，绿 灯无 现象 。声 光报 警模 块起 到了 及时 提 醒公寓内学生和监测中心人员的作用。当学 生公 寓监 控中 心 人员发现并处理情况后按下报警停止按钮，声光 报警 模块 才 会停止工作。 （ 2） GSM 报警模块。将 GSM 射频芯片、基 带处理芯片、 存储器、功放器件等集成在一块线路板上，

13、具 有独 立的 操作 系 统、 GSM 射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。使 图 4 系统工作流程图 3.2 上位机软件设计 本系统上位机采用 JAVA 语言编写，可实现对学生公寓温 度、湿度、烟雾浓度、火焰等数据的显示、记录。并且包含紧急 情况报警显示，火灾报警情况显示。能够实时记录监控时间 和存储实时数据。实时数据保存在云端数据库。本系统采用 2 秒钟采集一次数据，两分钟存储一次数据的工作方式，能够 满 足本系统的需 求。本系统 上位机 还提供 宿舍号查询功 能， 可以通过输入宿舍号，查询宿舍实时环境数据。历史记录查 询按钮提供了查询历史记录的功能。本界面提供上下翻页的 按钮，能

14、够实现翻页查询记录的功能。界面良好，易于操作， 其设计界面如图 5 所示。 图 5 学生公寓火灾监测显示界面 年第 期 信 息 通 信 （总第 期） INFORMATION & COMMUNICATIONS （ ） 基于 PKI 的认证 欺骗检 测及日 志记录 系统研 究 常 小刚 ，李 强 ，武 凌 （ 1.兰州交通大学现代信息技术与教育中 心，甘肃 兰州 730070） （ 2.兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070） 摘要： 高校校园网是一个业务复杂的大规模局域网，面临 着网 络安 全挑 战，我 们认 为当 前网 络攻 击或 者破 坏者 通常 不会 使用自己真实的 I

15、 P 地址、 MAC 地址、用户名或口令去实施攻击，故 网络 安全 防范 监测 和取 证是 目前 高校 校园 网安 全的 重要任务。为此文章提出采用 PKI Public Key Infrastructure 技术，进行基于 PKI 的认 证欺 骗检 测及 日志 记录 系统 的研( ) 究，对高校校园网安全保障实施具有一定的启发和指导意义。 关键词： PKI；校园网；欺骗检测；日志记录 中图分类号： TP311.1 文献 标识 码： A 文章编号： 1673-1131（ 2016） 08-0103-03 Research of PKI-based Authentication Deceptio

16、n Detection and Logging System Abstract: Campus network is a complex business, large-scale LAN, facing the challenges of network security, we believe that the cur- rent network attacks or destroyer typically do not use your real IP address, MAC address, user name or password to carry out attacks, so

17、 network security prevention monitoring and forensics is the important task of the campus network security. In this paper, by using the technology of PKI public key infrastructure and research based on PKI authentication spoofing detection and logging system, it( ) will be Inspiration and guiding si

18、gnificance to the implementation of the security of campus network in Colleges and universities. Key words: Public Key Infrastructure (PKI ； Campus Network； Deception Dete ction； Logging) 0 引言 随 着校 园网 业务 和规 模的 不断 扩大 ，校园网络安全问题 的真实身份；各种代理及 ARP 的欺骗行为导致并不能准确记 录用户的上网过程或真实的上网行为者。 如 何保证网络的安全性 , 已经成为 网络 管理人

19、员首要任 日 益重 要。 公安 部规 定“网 络谁 接入 谁负 责”的 方式 ，要求高 校 校园 网接 入采 用统 一出 口，统一管理的方式，需要进行准确 的 上网 行为 的管 理记 录，做到有据可查、准确 实名 。 目 前常 见校 园网 网络 认证 体系 以用 户名 、密码为基础或 配 合交换机 硬件设备的功 能通过五位一体 的认证体系 实现， 但 由于接入终端设备、操作系统的多样化，导致“五位一体”并 不 能真 正落 实到 校园 网络 环境 中；同时，网络管理者和使用者 存 在着 对立 面，即网络管理者需要对网络及使用者的行为进 行 监管 ，网络使用者对使用的网络有利益最大化的索求，必然

20、会 出现 各种 网络 安全 事件 ；其次，通 过交 换机或现有的校园认 证 体系 并不 能完 全准 确的 定位 网络 的使 用用 户，用户可能通 过各种手段变更 IP、 MAC、盗取账号密码进行身份欺骗；而且， 校 园用 户的 移动 性和 外来 接入 者的 出现 会导致校园舆情监控 存 在不 确定 因素 ，网络接入的授权需要准确知道每一个用户 务。网络安全其本就是网络接入安全和传输的信息安全 ,其含 义可以定义为在信息的安全期内 , 通过计算机、网络和信息安 全技术 ,保护在网络中信息的保密性、完整性、可认证性和不 可 否认性。本文认为采用 PKI Public Key Infrastruct

21、ure ，实施基( ) 于 PKI 的认证欺骗检测及日志记录系统方可较为全面地预防 和感知潜在的网络认证安全问题。 1 PKI 技术介绍 1.1 PKI 简介 PKI Public Key Infrastructur e）公开密钥基础设施，是国际 上 解决开放式互联 网络信息安全 需求的一 套体系。“基础设 施”意为只要遵从必要的原则，不同的实体都可以使用基础设 施提供的公钥加密和数字签名服务。 P KI 是以公钥密码学和 数字签名为基础，以数字证书为核心的实现网络信息安全的 4 结语 本系统采用传感器技术实现了对学生公寓环境实时数据 3 面的 C 语言入门教程 M .电子工业出版社 :C 语

22、言编程 :一 本全面的 C 语言入门教程 ,2007.1-543. 万隆 巴奉丽 .单片机原理及应用技术 M .清华 大学出版 的 采集。使用网络模块实现了有线数据传输，依托于高 校校园 网网络完成数据传输，可靠性高，稳定性好。并利用单 片机驱 动 GSM 模块实现了报警功能。极大地缩短了发现火情 到处理 火情这一阶段的时间。解决了在现实生活中，大批量学 生公寓 等小型单元发生火灾，因不能及时处理而造成的火势蔓延，造 成生命、财产的损失等问题。该系统有很强的实用性，致力广 泛应用于学生公寓等大批量 小型单元的火灾监测与 报警。 参 考文 献： 1 赵家刚, 李俊萩.C语言程序设计M.西南交通大

23、学出版 社:C语言程序设计,2010.1-296. 2 (美 科汉 Kochan, S.G. 著 .张小潘译 .C 语言编程 :一本全 ) ( ) 1 2 1 4 5 6 7 8 社 :清华大学出版社,2010.1-380. 戴佳, 戴卫恒. 51 单片机C语言应用程序设计实例精讲 M.电子工业出版社 :电子工业出版社,2006.1-454. 孙肖子,张企民.模拟电子电路及技术基础M.西安电子科 技大学出版社 :西安电子科技大学出版社 ,2008.1-390. 鲁宁 ,寇卫利 ,幸宏 ,林宏 .数据库原理与应用 M .成都 :西南 交通大学出版社 , 2010.1-291. 甘玲 ,张璞 .解析 JAVA 程序设计 M .北京 :清华大学出版 社 ,2006.1-361 (美 Bruce,Eckel 著 ,陈昊鹏译 .JAVA 编程思想 M .北 京 :机 ) 械工业出版社 , 2007.1-880.