一种自动门安全防范智能监控系统的制作方法

本实用新型涉及楼宇自动化领域，尤其涉及一种自动门安全防范智能监控系统。

背景技术：

传统的自动门是能将人靠近门的动作或者某种入门授权识别成开门信号的控制单元，利用驱动系统把门开启,而人离开之后又自动将门关闭，且对开启与关闭控制实现的系统。另外，各种可识别的控制自动专用门，例如红外感应门、触摸感应门、微波感应门、刷卡感应门等等相继出现在市场潮流中。目前，自动门已经广泛应用于各种场合，商场、银行、车站等。

然而，这些自动门均没有安全防范的功能。而对于银行、学校等安全防范等级比较高的公共场所，所用的自动安全门是应该具备金属检测、易燃品探测，这对预防犯罪事件是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的自动门，提出了利用单片机和传感器为其设计一个智能监控系统。

本实用新型是根据以下技术方案实现的：

一种自动门安全防范智能监控系统，其特征在于：包括中央处理器、电源电路、串口通讯模块、酒精检测电路、金属线圈振荡电路、 信号采集调理电路、LCD显示屏以及声光报警模块，所述金属线圈振荡电路通过所述信号采集调理电路与所述中央处理连接，所述中央处理器分别与所述串口通讯模块、所述酒精检测电路、所述LCD显示屏以及所述声光报警模块连接，所述电源电路与所述中央处理器连接，用于为所述中央处理器供电，所述的中央处理器所述的中央处理器与所述串口通讯模块连接。

更进一步地，所述金属线圈振荡电路包括多谐振荡器，电阻R1和电阻R2为多谐振荡器的定时元件，电阻R1的一端连接电源，电阻R1的另一端和R2串联和电容C1串联连接，电容C1接地，集电极开路输出端7引脚接入电阻R1和R2中间，定时器的触发输入端2引脚和阈值输入端6引脚与电容C1连接，外界控制输入端通过电容C2接地，输出的正脉冲信号3引脚通过电容C3输入到Q1放大电路的基极端，经过Q1放大电路放大之后，输入至电感线圈L1中，在电感线圈L1的周围产生一个恒定的交变磁场。

更进一步地，所述信号采集调理电路包括运算放大器LM324，电容C11通过耦合作用将所述金属线圈振荡电路的输出信号传送到所述运算放大器LM324的输入端，所述运算放大器LM324进行放大之后将电压信号转换成对地的电压。

更进一步地，所述酒精检测电路包括气敏传感器、数据处理模块、安全阈值设置电路和阈值存储系统，所述数据处理模块分别与所述气敏传感器、所述安全阈值设置电路和所述阈值存储系统连接。

更进一步地，所述气敏传感器为MQ-3酒精传感器，所述MQ-3酒 精传感器的气敏材料为二氧化锡。

更进一步地，所述的安全阈值设置电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6以及分别对应于电阻R4、电阻R5、电阻R6的按键S2、按键S3、按键S4，所述的按键S2用于设置阈值，所述的按键S3用于增加阈值，所述的按键S4用于减少阈值。

更进一步地，所述LCD显示屏为工业字符型液晶显示屏LCD1602。

更进一步地，所述的声光报警系统包括声光二极管、蜂鸣器以及PNP三极管，所述的PNP三极管用来驱动电路，所述的声光二极管与所述蜂鸣器并联连接。

更进一步地，所述的电源电路包括第一降压电路和第二降压电路，所述的第一降压电路包括一个三端稳压集成电路块LM7809，所述第二降压电路包括另一个三端稳压集成电路块LM2940-5s。

本实用新型与现有技术相比，具有明显的有益效果：本实用新型的监控系统可探测访客有无携带危险品，如果带有刀具，枪械，可燃，易爆品时，自动关闭自动门，从而能提高自动门的安全防范等级。此外，本实用新型的监控系统结构简单，价格便宜，并方便对已安装的自动门进行安全升级，使得传统无智能监控能力的自动门提高安全等级，并且系统改造后的经济费用不高，改造工作量少。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对 于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型的一种自动门安全防范智能监控系统原理示意图；

图2为本实用新型的声光报警模块原理图；

图3为本实用新型的安全阈值设置电路图；

图4为本实用新型的串口通讯模块电路示意图；

图5为本实用新型的EEPROM芯片的阈值存储系统电路图；

图6为本实用新型的金属线圈振荡电路原理图；

图7为本实用新型的电磁信号采集调理电路原理图；

图8为本实用新型的MQ-3酒精传感器模块原理图；

图9为本实用新型的电源供电电路原理图；

图10为本实用新型的金属检测流程图；

图11为本实用新型的键盘控制流程图；

图12为本实用新型的数字滤波流程图；

图13为本实用新型的显示报警流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1为本实用新型的一种自动门安全防范智能监控系统原理示 意图，如图1所示，一种自动门安全防范智能监控系统，其特征在于：包括中央处理器、电源电路、串口通讯模块、酒精检测电路、金属线圈振荡电路、信号采集调理电路、LCD显示屏以及声光报警模块、PC机，所述金属线圈振荡电路通过所述信号采集调理电路与所述中央处理连接，所述中央处理器分别与所述串口通讯模块、所述酒精检测电路、所述LCD显示屏以及所述声光报警模块连接，所述电源电路与所述中央处理器连接，用于为所述中央处理器供电，所述的中央处理器与所述串口通讯模块连接。

图2为本实用新型的声光报警模块原理图，本实用新型采用一个PNP的晶体三极管来驱动电路，设计电路时选择STC单片机的引脚P3.4来连接PNP晶体管基极的输入端口。当STC单片机的引脚P3.4对外输出为高电平“1”时，该PNP三极管就会处于导通状态，电压有+5V，该电压值输入压电式的蜂鸣器的两端使得其发出鸣叫声；当P3.4处于正常状态时，即输出为低电平“0”时，此时PNP三极管则处于截止状态，没有电压强加压电式的蜂鸣器的两端，这时蜂鸣器不会发出蜂鸣音的警报。如果把蜂鸣器与发光二极管通过并联的方式连接，可节省I/O端口，也可以节省单片机的硬件的资源。当然，在蜂鸣器发出警报声响的同时，串联的二极管也会马上发出亮光。PNP三极管的功能就相当于一个开关，于是采用了8550三极管来驱动电路。

本实用新型中，所述酒精检测电路包括气敏传感器、数据处理模块、安全阈值设置电路和阈值存储系统，所述数据处理模块分别与所述气敏传感器、所述安全阈值设置电路和所述阈值存储系统连接。 所述气敏传感器为MQ-3酒精传感器，所述MQ-3酒精传感器的气敏材料为二氧化锡。

图3为本实用新型的安全阈值设置电路图，所述的安全阈值设置电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6以及分别对应于电阻R4、电阻R5、电阻R6的按键S2、按键S3、按键S4，所述的按键S2用于设置阈值，所述的按键S3用于增加阈值，所述的按键S4用于减少阈值。电阻R4、电阻R5、电阻R6的大小都为1kΩ。

LCD显示屏为工业字符型液晶显示屏LCD1602，直接与中央处理器连接。

图4为本实用新型的串口通讯模块电路示意图，为了将周围环境中检测到的酒精浓度和可燃气体浓度值传送至PC机，通讯模块模式均是以串口的形式进行相互传送数据的。由于PC机的串口是RS232电平的，串行接口却是TTL电平的，因此需要电平转换，可以依靠电平的转换芯片MAX232来完成，转换之后就能够把检测电路与PC机连接起来。芯片6引脚通过电容C10接地，芯片2引脚通过电容C9与VCC连接，1引脚与3引脚通过电容C6连接，引脚4和引脚5通过电容C4连接，10引脚连接一个电阻R13，11引脚通过电阻R10与VCC连接，16引脚直接连接VCC，15引脚接地，9引脚连接电阻R16，8引脚与连接器的3引脚连接，7引脚与连接器的2引脚连接。电阻R10、电阻R13、电阻R16的值都为10KΩ，电容C4、电容C6、电容C9、电容C10的值都为10乘以10的4次方皮法，也就是100000pF。

与此同时，需要设定规则来保证安全门的智能监控系统与PC机 正常通讯，本实用新型中，波特率应该设定为9600bps，信息的格式应该设置成起始位为1，停止位为1，数据位为8，没有奇偶校验位；还有实现异步的串口通信模式，PC机接受数据的方式采用查询的方法，而安全门的智能监控系统则是采用中断方式来接受PC机的控制命令。

图5为本实用新型的EEPROM芯片的阈值存储系统电路图，考虑到乙醇气体浓度超标报警系统可能会因不同的检测环境，阈值设定会不一样，同时为了防止在使用过程中可能会出现的临时突然停止供电，为了避免这种情况，增加了一个外部EEPROM模块，用来完成对外部数据的储存，本实用新型的智能监控系统选用基于I2C总线的通讯方式EEPROM AT24C04。AT24C02是ATMEL公司旗下生产的2Kbit(256Bytes)型I2C总线的一类EEPROM芯片。

其中，AT24C02芯片的SDA引脚不仅是I2C总线的串行地址，也是数据输入以及输出的引脚，在电路元件的设计上，它是一个双向的数据传输端口，一般来说，作为传送地址和数据进入器件内部，或在设备中当作接收数据的元件使用。由于是漏极开路，因此就需要在外部连接上一个上拉电阻，这样才能保护电路实现正常使用。而之所以SDA能传送数据，只能在SCL串行时钟为低电平状态时。而当SCL为高电平时，SDA的变化情况是作为指示开始与停止的条件。

AT24C02芯片的SCL引脚是I2C总线时钟的串行时钟端口，用于同步主从设备之间的时间。乙醇气体浓度的阈值将存储在EEPROM芯片AT24C02中，其中，引脚A0、A1与A2即芯片的地址寻址引脚，由 于电路中只有一个24C02，因此只需把这三条引脚同时接于地端即可。而引脚SCL与SDA是器件AT24C02与单片机进行通信交流的I2C总线的时钟线与数据线。VCC引脚和SCL引脚之间连接电阻R23，VCC引脚和SDA引脚之间连接电阻R25,电阻R23、电阻R25的电阻值为10KΩ。

图6为本实用新型的金属线圈振荡电路原理图，金属线圈振荡电路包括多谐振荡器，电阻R1和电阻R2为多谐振荡器的定时元件，电阻R1的一端连接电源，电阻R1的另一端和R2串联和电容C1串联连接，电容C1接地，集电极开路输出端7引脚接入电阻R1和R2中间，定时器的触发输入端2引脚和阈值输入端6引脚与电容C1连接，外界控制输入端通过电容C2接地，输出的正脉冲信号3引脚通过电容C3输入到Q1放大电路的基极端，经过Q1放大电路放大之后，输入至电感线圈L1中，在电感线圈L1的周围产生一个恒定的交变磁场。电感线圈与电阻NC1并联，其中，电容C1、电容C2、电容C3、电容C5、电容C7的大小为10乘以10的3次方皮法，电阻R1、电阻R2、电阻R10的电阻值为2KΩ,电阻R9为18KΩ、电阻R11为675Ω、电阻R12为200Ω，电阻NC1为1KΩ。

图7为本实用新型的电磁信号采集调理电路原理图，该系统采用美国ALELGRO公司集成线性霍尔传感器用来监视线圈Ll周围磁场的变化。集成线性霍尔传感器的主要功能是可以线性地把感应到的磁场强度信号转变为电压信号。该集成线性霍尔传感器将霍尔元件、射极跟随器与高增益性质的线性差分放大器集成于同一块半导体基片上， 由外电压源驱动。

然而，线性霍尔元件采集到的电压信号基本上是一个毫伏级的电压信号，信号比较微弱，需对其进行放大，才能进一步进行处理该信号。本实用新型运算放大器LM324，集成的线性霍尔元件输出微弱信号，电容C11通过耦合作用将所述金属线圈振荡电路的输出信号传送到所述运算放大器LM324的输入端，所述运算放大器LM324进行放大之后将电压信号转换成对地的电压。

在系统的电路设计中，针对强度不同的信号，可以经过调节前级的放大电路系统的反馈电位器的大小进而来改变它的放大倍数。通过前级的运算放大器的放大信号经过耦合电容C14之后输入至后级的峰值检测电路系统之中。采取阻容耦合的方式，就能够将前后级的电路系统的静态工作点保持独立结构，隔离各级的静态工作点之间的相互影响，该电路的总温漂就不会太大。

而峰值检测电路主要是由两级运算放大器构成，第一级的运算放大器LM324把输入信号的峰值输送至电容C16，且保持下来；第二级运算放大器LM324构成缓冲放大器结构，把输出信号和电容相互隔离开来。

①当输入电压Vi2开始出现上升的时候，Vo2也会随之变化导致数值上升，使得二极管D3与D4均导通，二极管D2处于截止状态，运算放大器LM324处于深度负反馈状态，电容C16开始充电，Vc电压值上升。

②当输入电压Vi2开始出现下降的时候，Vo2也会随之变化导致 数值下降，D2导通，运算放大器LM324也处于深度负反馈状态，但是深度负反馈至少可以保证了二极管D3、D4的可靠截止，Vc的电压值可以得到保持。

③当输入电压Vi2再次开始上升的时候，又会使Vo2上升，并且D3、D4处于导通，D2处于截止，此时如果再次对电容C16进行充电(并且保证电压Vc高于前次充电时的电压值)，当输入电压Vi2下降的时候，二极管D3、D4又会处于截止状态，而二极管D2又开始导通，Vc将再次保持峰值状态。

输出电压Vo可以反映电压Vc的大小，采集到的微弱的电压信号经过峰值检波电路以及后级缓冲放大的电路可以放大至0-5V的直流电平状态，从而满足单片机的A/D模数转换模块所要求的输入电压的变换范围，最后再通过A/D模数转换模块电路把检测到的峰值信号转化成数字量。

其中，电容C11为22uF、电容C14为10uF、电容C16为100pF，电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R22都为20KΩ、电阻R21为470KΩ、电阻R24为500KΩ、可变电阻R20的最大电阻值为50KΩ和可变电阻R27的最大电阻值为5KΩ。

图8为本实用新型的MQ-3酒精传感器模块原理图，MQ-3酒精传感器的气敏材料为二氧化锡。当该气敏传感器MQ-3所放置的空气中存在着酒精蒸汽颗粒的时候，气敏传感器MQ-3的电导率就会因环境中的酒精蒸汽即乙醇气体的浓度的变化而发生变化，酒精气体浓度增加时，电导率也随之增大，本实用新型可以实现酒精蒸汽浓度采集。

图9为本实用新型的电源供电电路原理图，所述的电源电路包括第一降压电路和第二降压电路，所述的第一降压电路包括一个三端稳压集成电路块LM7809，所述第二降压电路包括另一个三端稳压集成电路块LM2940-5s。

图10为本实用新型的金属检测流程图，当检测范围没有金属时，假设霍尔端的输出电压为U₀，该电压信号U₀显然是很微弱，只属mV级信号，电压信号U₀经过放大电路的放大，再通过峰值的检波电路之后，才能得到相应的0～5V的峰值输出电压U₀，且要满足ADC0809的量程，经过单片机内的A/D模数转换后，将输出电压U₀的数字量输入到STC单片机进行储存。此后，便可以将该电压信号看成基准电压。

当出现检测线圈L₁靠近金属物体时，根据电磁感应的现象，就会使检测电感值发生改变，从而导致其周围的磁场也相应发生变化，霍尔元件感应到已经变化了的磁场，就会将其线性地转变为电压信号U_x，因磁场变化而变化的电压经过放大电路和峰值检波电路之后，得到相应的0-5V的峰值输出电压U_x，紧接着再经过A/D模数转换之后，将其输入到中央处理器CPU，由中央处理器CPU完成对峰值输出电压U_x与基准电压U₀的对比，二者相互比较之后，由(U_x-U₀)可得到一个差值，该差值与预设的灵敏度△U再作对比。灵敏度△U可以由键盘的控制电路中各键进行输入，LCD显示屏可以将各键按下后的相应数值显示出来，当然，灵敏度△U的大小的设定将直接决定着系统的精度高低。假若|Ux-U₀|>△U，就确定探测到的物品的确是金属，中央处理器CPU的输出口P1.0将输出信号去驱动发光二极管进行发光提 示报警显示，同时P3.4控制蜂鸣器感应发出声响，进行声音报警提醒。

同样地，在检测气体时，首先要给MQ-3气体传感器预热三分钟。程序初始化结束后，系统进入监控状态，与此同时对传感器MQ-3的加热丝进行故障检测排查，再采取软件测试的方法来检查传感器的加热丝或者电缆线是否出现断线或者接触不良等情况，一一排查后再使用。然后通过对传感器检测的气体浓度信号进行A/D转换后传递给单片机进行数据处理，将浓度值与报警限设定值相比较，如果环境内酒精浓度值超出安全阈就进行报警和开启排气装置否则继续检测。

图11为本实用新型的键盘控制流程图。首先，初始化，并开中断，然后调用键盘扫描子程序，要判断是否有键按下，如果有则调用键值判断子程序，包括功能键、加1键、减1键、确定键。

图12为本实用新型的数字滤波流程图，金属检测功能的噪声抑制能力是金属检测的主要设计指标。由于在采集电压值时经常会碰到各种各样的瞬时干扰，本实用新型的智能监控系统采用算术平均滤波的方法来解决瞬时干扰的问题，即在一次电压值的采集过程中，迅速地在很短的时间内对电压值进行至少6次采集，把电压值转换为数字量后，再求和，分析得出这6次输入中的最大值与最小值，然后删掉最大值与最小值，除以个数4得到平均值的方法，完成一次数据采集滤波。本实用新型采用算术平均滤波的方法可以节约复杂的硬件电路设计，而且还能取得更好、更精确的滤波效果。

根据上述滤波方法可知，测量次数N越大，信号平滑度就越高， 灵敏度就降低，然而该控制系统是需要较高的灵敏度，因此测量次数N取值不易过大。设置一个起始采样周期，然后连续采样6次，在采样数据中删掉最大值与最小值，将剩余的数据进行累加运算，再求其算术平均值，以该值作为本周期的采样值，再将该最终数据存到单片机的内部存储器RAM中以30H为首址的数据存储器。其中，最大值存放在寄存器R₂上，最小值存放在寄存器R₃上，累加和存放于寄存器R₄，连续采样的次数N存放于R₀。

图13为本实用新型的显示报警流程图，其中灵敏度△U的值的设置是关键问题，程序中将△U的值存放到单片机存储器RAM的20H地址中。在检测过程中，将A/D转换器采集到的电压信号，经数值滤波后存入内部存储器RAM中以首址为30H的数据存储器中，然后将此数据Ux和基准电压U₀进行比较，二者差值U存放在单片机ARM地址为22H的存储器中。而后再通过判据算法将此差值U与灵敏度△U进行比较，以确定是否为报警键盘控制电路所设定的各个灵敏度的值，并在LCD显示屏显示按键后的对应数值。

本实用新型的智能监控系统以单片机为核心，对金属、酒精与易燃品三类危险品的检测，通过单片机根据传感器检测值智能判断访客是否具有一定危险性，如具有一定危险性将自动通过电磁阀启动关门系统。其中，金属检测采用集成的线性霍尔元件作为传感器，通过感应金属的涡流效应引起通电线圈磁场的变化，再将磁场变化转化为电压变化，由单片机测得电压值，并与设定的电压的基准值相比较之后，判断是否探测到金属物品；酒精检测则是采用MQ-3乙醇气体传感器 测试对酒精浓度，通过单片机对信号进行模数转换和处理，再运用液晶屏将信号输出显示，而且还具有阈值设定功能，可根据法律法规抑或用户的设定来修改阈值，只要乙醇浓度超过设定的阈值，系统就会使红灯闪烁报警；而天然气检测与酒精检测原理基本相似。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。尽管本实用新型就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本实用新型的权利要求所限定的范围，可以对本实用新型进行各种变化和修改。