-78-科学技术创新2019.14
智能书包安全系统
刘志森宫子军杨金宇崔月
(哈尔滨石油学院，黑龙江哈尔滨150027)
摘要：本文在挖掘、分析儿童安全的潜在需求后，利用网络通信、半自动控制、物联网等技术方法，研究开发了一套基于物联网架构的智能书包安全系统，通过传感器和无线通信结合，实现了智能安全监控的功能。由DS18B20温度传感器、NIS-07离子式烟雾传感器、YL-56声音传感器和MQ-2气敏传感器收集温度、微颗粒浓度、音频和有害气体浓度等数据，利用STC89C52RC单片机整合各传感器收集数据，并制作成数据包通过GPRS(General Packet Radio Service)A6模块传输到IP服务器上，用户可通过访问IP服务器获取数据，融入GPS定位和紧急按键。
关键词：智能书包；儿童安全;智能检测；无线传输
中图分类号:TP311.52,TB472文献标识码：A文章编号：2096-4390(2019)14-0078-02
随着生活节奏的加快以及父母工作情况的限制，部分家长对孩子的看护时间较短，使孩子大多情况下由家中老人看护或者提前上幼儿园，导致家长无法全程监护儿童安全情况,外界因素对儿童安全带来了更多威胁。书包是儿童接触最多的物品之一,并大多时间都处于儿童身边。本文主要介绍一种安全监测的智能书包安全系统设计，该系统可以很大程度帮助家长监测儿童安全情况。
1总体设计
系统由传输端和处理端组成。传输端由GPRS A6模块和网关(1P服务器)构成。处理端由STC89C52单片机、DS18B20温度传感器、NIS-07离子式烟雾传感器.YL-56声音传感器和MQ-2气敏传感器组成。当处理端DS18B20温度传感器和NIS-07离子式烟雾传感器模块检测到的温度和微颗粒浓度经过STC89C52单片机数据运算处理后判断出发生火灾会触发火灾警报并上传给IP服务器;MQ-2气敏传感器检测到一氧化碳、煤气、呼气中乙醇等有害气体密度被STC89C52单片机判断很大时触发环境警报并上传给IP服务器;当警报按键被按下时触发按键警报并上传给用户平台。传输端还会给用户提醒和上传音频。系统整体设计原理如图1所ZjSo
表1球面坐标系下方位角计算公式
X值Y值象限方
>0X)第1象限atand(Y/X)
>0<0第2象限-stand(-Y/X)
<0>0第3象限iao°”/x) <0O第4象限aS(Y/X)-180°
>0=0+X轴0°
O=0-X轴180°
n>0+Y轴-90°
<0-Y轴90°
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2硬件设计
2.1检测火灾与有害气体浓度
由DS18B20测温模块和NIS-07离子式烟雾传感器模块共同判断火灾发生。DS18B20是常用的数字温度传感器,具有体积小,硬件开销低，抗干扰能力强,精度高的特点。耐磨耐碰,体积小,使用方便。DS18B20温度传感器独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感器应用，无需外部元件可用数据总线供电，电压范围为3.0V至55V无需备用电源测量温度范围为-55七至+125至+85T范围内精度为±0.5七。温度传感器可编程的分辨率为9~12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒用户可定义的非易失性温度报警设置应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计,或任何热敏感系统。NIS-07离子式烟雾传感器和MQ-2气敏传感器工作首先输入3位地址，并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当0E输入高电平时.输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。
2.2传输
YL-56声音传感器用来接收声波,显示声音的振动图象，声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。通过DA转换电路转换成模拟信号在经过AD转换电路转化成数字信号单片机进行处理,比如抑制噪声、放大，然后要数字信号传输到IP服务器上。
2.3警报按键
运用单片机自带的P3'4中断I/O口，实现外部中断，只要按键被按下将停止系统监测程序运行，直接执行按键触发后的程序。
2.4GPS模块
GPS模块性价指标主要有接收灵敏度、定位时间、位置精度、功耗、时间精度等。通过串口2连接ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块,可收集GPS/北斗信息，包括精度、纬度、高度、速度、UTC时间等信息。设置GPS/北斗模块的刷新速率(最大支持20Hz刷新率)和时钟脉冲的配置,NMEA数据的上传。如图2。
2.5数据込
GPRS是以封包式来传输。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。它通过导线连接到单片机的P3P传输I/O口和P3*l接收1/()口。保证数据以包的形式传输降低数据丢失的数量。
3软件设计
本系统程序采用C语言和python编写,当系统开始运作时系统初始化,STC89C52RC单片机会根据内置C语言编写程序进行运行如图3。
数据上传到IP服务器后,IP服务器与用户界面由python程序控制进行数据交互，流程如图4。
图4
4结论
经过多次测试，智能书包安全系统完美的实现了从火灾检测，有害气体检测到警报系统,再到数据传输与交互等功能,能及时准确的发送给用户平台数据信息和警报提醒。该系统达到了预期效果，较好的监测儿童安全问题，大幅度增添了家长对儿童安全了解程度。
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