（通信与信息系统专业论文）基于485总线的联网报警控制系统的实现.pdf

摘要 基于4 8 5 总线的联网报警控制系统的实现 作者简介：曾敬，女，1 9 8 2 年1 月生，师从成都理工大学罗运先教授，2 0 0 8 年0 6 月毕业于成都理工大学通信与信息系统专业，获得工学硕士学位。 摘要 这篇论文介绍了一种智能型的联网报警控制系统的设计与实现，并给出了系 统的总体架构和电路设计方案。在实际设计中，我们从可靠性、实用性和经济性 出发，采用s t c 8 9 c 5 1 6 r d + 作为主控c p u 实现对系统的控制，通过r s 一4 8 5 实现总 线扩展，使用电话网络进行远距离的联网通讯及拨号报警。此外，系统还能与 p c 机相连，实现p c 管理。 本联网报警控制系统能通过总线扩展模块实现多种联动输出，可用于灯光、 视频、电子地图等方式的联动需求。其主要原理是：各种前端报警控制器检测到 报警信息后，将警情传送给报警控制主机，主机通过预先编制的程序来分析确认 这个报警信号是否需要进行现场报警及拨号报警，是否需要通过c i d 协议将信息 上报给接警中心，是否需要联动相关的输出设备。报警控制主机内部有大容量的 f l a s h 存储器，用于存储各类操作记录及警情信息，并且掉电后信息不会丢失， 方便用户通过l c d 液晶键盘进行相关信息的查询。 整个系统采用低功耗设计，为了保证系统的稳定性，我们在软、硬件方面都 加入了抗干扰措施。通过验证，本系统能够通过r s 一4 8 5 总线扩展多个报警模块， 能够进行远程控制，能够有效的监控各类防区并进行实时处理，能够自动拨号报 警并远距离的上报警情，能够存储各类有效信息并支持无线遥控，基本上能够满 足不同用户的需求。此外，为了达到实用化要求，系统在成本和体积方面也做出 了相应的改进。非常适合于现代小区防火、防盗、防煤气泄漏等智能型的监控场 所。 关键词：联网报警r s 一4 8 5 总线c i d 协议电话网络远程控制 a b s t r 乏屺t t h en e 铆o r ka l a r ms y s t e m a c h i e v e m e n tw h i c hi sb a s e do n t h e4 8 5 b u s i n 仃o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：z e n 西i n g ，f e m a l e ，w a l sb o mi nj 锄u a 19 8 2w h o s et u t o rw 舔 p r o f e s s o ry u n x i a nl u o s h e g 砌u a t e d劬mc h e n 鲥uu n i v e r s 毋 o f t e c l l n o l o g y i n c o m m u n i c a t i o n 锄di n f o m a t i o ns y s t e mm 匈o r 锄dw 舔g r a n t e dt 1 1 em a s t e rd e 印ei nj u l l e ，2 0 0 8 a b s t r a c t t l l i sp a p e ri n 仃o d u c e sad e s i g i la n di m p l e m e n t a t i o no fa 1 1i m e l l i g e n ta l a r ms y g t e m w h j c hc a ns e n di n f b n n a t i o nt h r o u g l ln e 觚o r k i td e s c r i b e st h e 、) v _ h o l es t m c t l j r eo ft h e s y s t e ma i l dt h ep r o 伊a i i u n e o fc i r c u “d e s i 印i nt 1 1 ea c t u a ld e s i g no fs y s t e m ， c o n s i d e r i n gf r o mm er e l i a b i l t 吼p r a c t i c a l i t ya n de c o n o m 弘w er e a l i z et h ec o n t r o lf o r t h e s y s t e mw i t hs t c 8 9 c 51 6 i + a s 廿1 em a i nc p u ，a i l da c l l i e v et h ee x p a n s i o no fb u s t l l r o u g l lr s 4 8 5 ，孤1 dr e a l i z et h ed i s t a n c ec o m m 吼i c a t i o n sa n dd i a l u pa l a 彻t l l l _ 0 u g l l t e l e p h o n en e 锕o r k f u n h e n l l o r e ，恤s y s t e mc a l lc o 衄e c tm p ca i l dr e a l i z ep c m a n a g e m e n t t h en e t w o f ka l a ms y s t e mc a na c l l i e v eav a r i e 够o fl h 止a g eo u _ t p u tt h r o u 吐b u s e x t e n s i o nm o d u l e s nc a i lb eu s e df o rl i g h t i n 舀v i d e o ，e l e c 廿o i l i cm a p sa 1 1 do n l e rf o m so f l i r l k a g ed e m a l l d t h em a i nt h e o 珂f o l l o w sa s ：i fv a r i o u s 丘o n t e n da l 锄c o n 仃0 1 1 e r s d e t e c tt h ea l a n ni 州b m a t i o n w 1 1 i c h 、o u l db es e n tt ot h ea l a h nc o m r o lh o s t t h eh o s t 也r o u 曲t h ee s t a b l i s l l m e n to fp r o c e d u r e si na d v a n c ea n a l y s e sa 1 1 d 施珊st h ea l 锄 s i g n a lw b e t b e rn e e da l a r ma tt l l es c e n ea n dd i a l u pa l a n n ，w h e m e rn e e dt h r o u 吐c i d a 星鹏e m e n tr e p o r ti o n n a t i o nt oa l 撇c e n t e r ，w h e t h e rn e e dl i i 墩a g er e l a t e do u t p u t d e v i c e s t h ea l a nc o n t r o uh o s to w n st l l el a r g e c a p a c i 付n a s hm e m o r 乳a i l dc a nb e u s e dt os t o r ev a r i o u s 西p e so fo p e r a t i n gr e c o r d s 锄da l a n ni o m l a t i o n a l lo ft l l e s e i i l f o r m a t i o n 、析l ln o tl o s ew h e nt 1 1 ec o n t r 0 1 1 e rp o w e r d o w n u s e rc a ni n q l l i r er e l a t e d i n f o m a t i o nc o n v e i l i e n t l yt 1 1 r o u g l ll c dk e y b o a r d t h ee n t i r es y s t e mi su s e dl o 、- p o w e rd e s i 霉皿，i no r d e rt oe n s u r es t a b i l i t yo f舭 s y s t e m ，w em c r e a s ea m i i a m m i n gm e a s u r e si ns o 觚协r ea n dh a r d w a r ea s p e c t s t h e s y s t e mh a sg o tv e r i f i e dt l l a ti tc o u l de x p a i l da l l a n nm o d u l e st b r o u 曲m er s 4 8 5 b u s ，c o u l dc a n yo u tt h el o n g - d i s t a n c ec o n t r o l ，c o u l dm o i l i t o rt h ev a r i o u sp r e v e m i o n d i s t r i c te f f e t i v e l ya i l dm d k er e a l t i m ep r o c e s s i n g ，c o u l dd i a l u pa 1 锄a u t o m a t i c a l l ya n d 仃a n s m i tt h ea l a n ni o m a t i o nt 0l o n g - d i s t a l l c e ，c o u l ds t o r ea l lk i n d so fe 丑e c t i v e i i l f o m a t i o na 1 1 ds u p p o r t 埘r e l e s sc o n 仃o l ，c o u l dm e e t 廿l eb a s i c a l l vn e e d so fd i 岱：r e n t u s e r s b e s i d e s ，i i lo r d e rt oa c l l i e v ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t s ，s y s t e mm a k e sac o r r e s p o n d i n g i m p r o v e m e n ta b o u tn l ec u b a g ea i l dc o s t ni sv e r ys u i t a b l ef o rt l l em o d 锄d i 嘶c tf i r e p r e v e n t i o n ，s e c 耐坝锄t i g a s1 e a k ，a n ds oi i l t e l l i g e n tm o l l i t o r i n gs i t e s k e y w o r d s ： n 鲍v o r ka l 锄r s - 4 8 5b u sc d a g 聆e m e n tp h o n en 咖o r k r c m o t cc o i l t r o l i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：留敬 z ，g 年乡月 z f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑理王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都堡工太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：曾暂 【 学位论文作者导师签名： 纪老 ， 矿。寥年 j f i窍二 黾 第1 章前言 1 1 课题研究意义 第1 章前言 随着社会经济的不断发展，安防技术也不断更新和进步。国际上比较发达的 国家十分重视发展这个行业。长期以来，人们习惯于用坚固的门，锁，窗栅来防 范。但是，科学技术的不断进步，犯罪分子的作案手段愈来愈狡猾，单一的家庭 防盗设施已不能达到保护人民生命、财产安全的要求，针对这种形式，国际社会 安全行业，积极致力于研究综合化、智能化的联网报警中心系统，以增强社会性 的安全防范能力，提高公安干警指挥处置重大盗窃、治安、消防、急救及各类突 发事件的效能，最大限度地保护国家和人民生命财产安全。 人民在生活水平提高的同时，安全意识也不断增强，越来越多的单位和个人 接受了安全技术防范报警服务，报警服务也逐步从系统集成向联网报警发展。目 前，全国联网报警入网总用户已近1 0 0 万户，其中移动目标入网用户1 0 万多户。 现在，各级政府又在加强公共场所的安全技术防范报警系统的建设，已有不少地 方建立了城市动态监控报警网络和平台。据不完全统计，全国每年利用安全技术 防范报警系统破获刑事案件都在l 万起以上，预防和制止各类案件数十万起。在 维护社会治安稳定方面，该行业发挥的安全防范作用日益显著，已经成为公安机 关提高社会治安控制能力的重要依靠力量。 不难看出，安全技术防范报警服务业的发展，对于保护重点单位、要害部门 安全，保障国家财产和公民人身财产安全，提高人民群众安全感和生活品质；对 于有效预防、制止和精确打击违法犯罪，降低可预防性案件发生率，提高公安机 关应急处置能力；对于落实科技强警战略，实现科技创安，创建和谐社会都有着 积极的意义。 在数字化的大潮下，从模拟时代跨入信息时代，安防与工t 、电信密切合作 才能达到自动预警、主动报警、远程管理功能，才能真正做到防患于未然。本课 题正是基于这样的指导思想来具体设计并实现的。 1 2 国内外技术现状 当前世界范围内安防技术的发展较快。在美国，防盗报警在二十五年中有突 飞猛进的发展，已深入到美国社会的各个角落。越来越多的国家和机构已经认识 成都理工大学硕士学位论文 到将实体和i t 技术结合在一起的防范方式不仅经济，而且能获得运作效率。在 2 0 0 5 年，欧洲和北美的公司增加了近三倍的投入，用于研究把传统的安全控制 设备和i t 技术结合起来。锁、摄像头、门禁控制系统甚至保险柜都已经升级， 以备能与计算机、电信网络共同进行安全事件管理。 随着我国经济的发展，科学技术的进步，我国安防产业不断向前推进，并且 国内安防产业正快速与国际接轨。在欧美发达国家安防技术更是在原有基础上飞 速发展，在其他发展中国家，如亚洲、拉丁美洲、东欧、非洲和中东，也能预见 它的快速增长。这些地区还有很大的未曾开发的安防市场，这些市场的特点是犯 罪率在不断增加、经济正迅速发展，因此，这些国家对安全措施和安保方法的需 求也在逐渐增加。所以研究家用安防产业技术的发展现状和未来发展方向，具有 很好的社会价值和经济价值。 1 3 课题的来源以及主要研究工作 本课题来源于深圳p t k 公司新近的大型智能联网报警系统的开发项目。与智 能型联网报警相关的应用主要有：防盗报警、消防报警、紧急求助、出入口控制、 煤气泄露、实时监控等。目前针对固定目标防范的报警网络，主要采用的是电话 网和各种无线通信网。在监控方面，目前已发展到远程监控和网络化监控。安全 防范的报警和监控网络都有其特殊的要求。主要是：实时性、准确性、高可靠性、 高安全性、可扩展性。作为一个城市范围内的网络，电话网络是最健全和便利的 网络系统。在一个比较大的范围内，我们不可能为报警系统铺设专用的网络，这 样，使用较健全的电话网络还是比较方便的。 本课题采用电话线联网的传输方式：即各种前端报警探测器检测到报警信息 后，传送给报警控制主机，主机通过预先编制的程序来分析确认这个报警信号是 否需要发往报警中心及自动拨号报警，然后把需要发送的报警信号传送到接警中 心，系统与接警中心通讯采用的是目前国际流行的c i d 格式。从布线和通讯距离 等方面考虑，系统采用r s 一4 8 5 总线方式，通讯距离可达1 2 l ( i i l 。另外，系统还 可以实现多种输出联动，用于灯光、视频、电子地图等方式的联动需求，还能与 p c 机相连，实现p c 管理。 在本项目中，本人参与了其中大部分的软硬件调试工作。 2 第1 章前言 1 4 课题研究的特色及创新 在本设计中，和国内外同类产品相比，主要存在以下特色和创新点： 最多可接5 2 0 个防区：自身带有8 个有线，通过通讯接口可以外接最多6 4 个报警模块或者总线通讯主机，每个输入设备最多可接8 个防区。 所有防区以分区的形式管理，最多有6 5 个分区：自身带有的8 个防区，为 第6 4 分区；外接的接警设备( 报警模块或主机) 从第0 0 分区开始，按照地 址码的顺序，每一个设备为1 个独立分区。每个键盘可以拥有其中的1 个或 多个分区，各键盘分别对自己所管辖的所有分区进行布防、撤防等操作；主 键盘可以对单个分区、防区独立进行布防、撤防操作。 最多可接入8 个键盘，独立操作，汉字界面。其中1 个主键盘、7 个从键盘， 通过主键盘编程可以让任意键盘跟随所有报警并显示报警信息。 挂在通讯总线上的设备都可以带有卜3 2 个输出，其中报警模块最多带有1 个输出，3 2 路指示灯最多可带4 块指示灯板1 2 8 路输出。每个防区可以联动 最多3 个输出，联动包括：防区报警联动、防区布撤防联动、防区异常联动。 可以达到电子地图、d v r 报警输入、就地报警等功能。 有3 个密码权限，包括管理、编程、操作。 可通过电话线与报警中心通过c o n t a c ti d 协议连接，并可电话通知用户。 通过键盘密码、遥控器、中心计算机、电话进行撤布防。 通过管理密码或者对主键盘( 键盘地址位0 ，挂接在键盘总线上) 的撤布防， 同时对所有键盘进行撤布防。 通过主键盘对联动设备单个或全部进行操作。 可实现与中心计算机连接。并可通过电脑进行编程和配置。 成都理工大学硕士学位论文 第2 章4 8 5 总线联网报警控制系统研制方案 2 1 系统主要设计原理 2 1 1 总线式联网报警控制系统设计思路 本总线式联网报警控制器，自身设计有8 个有线防区，通过r s 一4 8 5 总线我 们进行了报警设备的扩展，在总线上我们还接入了中文液晶编程控制键盘，方便 用户操作。在通讯中，利用电话线组成通信网络，并支持国际流行的c i d 等通讯 格式，总线通讯距离在不加信号放大器时可达1 2 公里。 系统可在出门时设定布防状态，回来时在延时时间内解除防盗系统，并与管 理中心主机联网，当出现非法闯入者时报警并显示报警地点和性质，接警中心据 此确定出警方案，及时制止犯罪的功能。如果楼宇没有安装火灾自动报警联动系 统，还可以在卧室和客厅安装感烟探测器，以探测火灾；在厨房安装燃气探测器， 以检测煤气泄露浓度；这些装置均可与总线式联网报警控制器连接。另外，还可 在客厅及卧室内设置紧急呼叫按钮，遇有抢劫、生病等紧急情况可以及时报警到 控制中心，以方便人们得到及时援助。 联网报警控制器总体设计框图如下所示： 图2 - 1 联网报警控制系统总体设计框图 4 第2 章 4 8 5 总线联网报警控制系统研制方案 二= 二： 2 1 2 联网报警控制系统通过电话线与中心管理软件的连接使用 为了使联网报警控制系统有更。阔的实用性，本系统留有电话接口，使其既 可以作为单个报警系统通过电话向用，j 报警，也可与1 1 0 联网接警通讯机配合， 组网与中心管理软件联网使用，不用另外铺设总线电缆，而利用现有的电话网。 在管理中心，组网的中心管理平台由1 】0 联网接警通讯机和安装有管理软件的中 央p c 机组成； 1 1 0 的一端接入电晒网，另端通过r s 2 3 2 接到中央p c 机。 匿 1 l o 接警通讯机 系统中心管理软件 图2 2 联网报警控制系统通过电话网络与中心连接示意图 在联网报警控制器主板上留有电话接口，电话接口上有“外线，接口和 “电话机”接口。将电话外线接入外线接口，将用户的电话接到c 。电话 机”接口。联网报警控制器在没有信息上报的情况下，外线是直接与用户电 话相连，一旦有信息上报，联网报警控制器可以将外线切换到自身使用，同 时断开用户电话。 本系统通过电话上报的信，官、包括：探测设备报警、键盘故障、模块故 成都理工大学硕士学位论文 障、键盘被撬、紧急求助、键盘撤布防、在线汇报。其中撤布防信息可以 设定为不上报；在线汇报表示当前联网报警控制器设备在线，也可以设定 不同的上报时间间隔或禁止。 本联网报警控制器通过c i d 协议与电话接警中心连接，可以接到支持 c i d 协议的接警中心，目前市场上流行的几类接警机或接警中心都支持c i d 协议。 2 2 系统设计目标 2 2 1 完善技术方案，使样机达到实用化的要求 考虑到现场的实际情况，报警系统在运行过程中，电话线可能会被蓄意的剪 断，针对这样的情况，我们增加了电话线检测电路，系统会自动检查电话线路， 一旦发现电话线被剪断，主机就会立即鸣响警号。当系统出现故障( 包括设备掉 线、键盘被撬) 时，从实时性出发，在主机鸣响警号的同时，我们也进一步完善 了系统的实时拨号报警功能。 本系统在报警主机的外置配置、结构、体积、重量上都以实用化为原则来进 行设计，同时在设备的使用范围，价格方面也作出了相应的考虑。 2 2 2 主要技术指标 输入电源 a c l 6 5 v 主机板耗电静态 3 0 0 m a 报警状态 8 5 0 m a 输出电源 d c l 2 v 报警输出口 d c l 4 v8 0 0 m a 键盘端口总线总长度不大于1 2 0 0 m 通讯端口总线总长度每个接口不大于1 2 0 0 m ，两个接口最多可达2 4 0 0 m 2 3 系统整体实现方案 整个系统的设计分为硬件部分和软件部分。硬件部份是整个系统的平台， 实现了信号的检测、提取与通信。而软件部份则实现了系统的整和，对检测到的 信号进行相应的处理，同时让控制变得更加简单实用，能够更好的应用于实时联 6 第2 章4 8 5 总线联网报警控制系统研制方案 网报警控制。 2 3 1 系统硬件设计方案 硬件设计是整个系统的基础，分为电源部分、4 8 5 电路部分、电话线路部分、 c p u 电路部分、2 3 2 电路部分、有线防区部分，为了满足自动化发展的要求，我 们在系统中提供了l c d 界面，键盘控制，为人机交互提供了硬件平台。整个系统 需要完成信号的采集和处理，其总体功能框图如下： 圈2 _ 3 总线联网控制器硬件原理框图 2 3 2 系统软件设计方案 软件是整个总线联网报警控制系统的核心，它与硬件紧密配合，来实现系统 的功能。在本系统中，联网报警控制器软件设计主要分为两部分，现场处理部分 和电话联网部分。它们分别完成不同的功能。 现场处理部分主要完成以下功能： 1 )系统初始化和信号的检测。 2 )对信号的处理和对报警防区的实时反映。 3 ) 电话线的实时检测。 4 ) 完成人机的交互功能。 7 成都理工大学硕士学位论文 其流程图如下： 上上 【 8 9 c 5 1 6 死循环 i ri 工j r 信信系 号号统 检处通 测理讯 田2 - 48 9 c 5 1 6 软件流程图 电话联网部分主要完成以下功能： 1 ) 通过电话对通讯主机进行远程布、撤防。 2 ) 通过电话报警( 报警电话需要通过键盘预先设定) 。 3 ) 支持c i d 协议，通过电话网络将信息传送到接警中心。 另外，联网报警控制器软件将与液晶编程键盘软件、单防区报警模块软件、 8 防区报警模块软件、8 防区报警主机软件、继电器模块软件、指示灯模块软件， 共同构成一个整体，成为一个功能齐全的联网报警控制系统。 8 第3 章系统硬件实现 3 1 概述 第3 章系统硬件实现 硬件系统是整个联网报警控制系统的实现基础，也是软件系统的实现平台， 因此硬件系统的设计是整个系统的载体，需要精心设计和多次实验，整个系统硬 件主要包括三个部份的设计：联网报警控制器主板设计，l c d 液晶编程键盘 设计，总线扩展模块设计。 3 2 联网报警控制器主板设计 3 2 1 控制器主板总体设计 控制器主板作为信号采集与处理的载体，其主要是完成如下功能： 完成扩展模块、传感器与控制器主板的接口电路设计。 完成对各个防区的探测和对异常情况的及时处理。 对报警记录，操作记录进行存储，以备查询。 对电话线路的实时检测和通过电话线路对信号进行接收与发送。 经过前期的设计，并进行了实验验证以后，我们已经调试完成了一块联 网报警控制器主板，如下图所示： 图3 1 报警控制器主板实物图 9 成都理工大学硕士学位论文 3 2 2 联网报警控制器具体单元电路设计 3 2 2 1 电话检测电路 电话线检测电路用于检测电话线是否出现故障或由于人为原因被减断。平时 电话线检测端会处于高电平状态，一旦系统发出检测命令，正常情况下电话线检 测端会下跳为低电平，若此时电话线仍处于高电平状态，主机就会鸣响警号，同 时做出相应的处理。在具体设计中，为了能及时了解电话线的状态，系统每隔 2 0 m s 会对电话线进行一次检测。电话线检测电路如下图所示： 图3 - 2 电话线检测电路图 系统的振铃检测电路用于检测电话的振铃次数，以此来区分外线是跟电话线 相连还是跟报警主机相连。当电话在规定的振铃次数内未被接通，系统就会自动 将外线与报警主机相连。具体的振铃检测电路如下所示： 1 0 第3 章系统硬件实现 ”“日。4 “4 1 日 。”1 ”5 ，。一j 一 _ “ 图3 - 3 振铃检测电路图 3 2 2 2 双音频接收、发送电路 为了在通讯中获得优异的接收性能，我们采用了h t 9 1 7 0 作为双音频接收器。 其综合了数字解码器和多带滤波器功能，可工作在下电模式和抑制模式，h t 9 1 7 0 是采用数字化计算方法来识别的，它把1 6 倍的d t m f 音频解码并转化为4 位代 码输出，高精度的转换电容滤波器把音频d t m f 信号分离为低频信号和高频信号， 自带拨号音频阻波电路可省略前置滤波器所需的阻波电路。下图为h t 9 1 7 0 双音 频接收器原理图： 羹2 x1 擎p 簟氍 蠡s ! ： st囊警 蚕琴狂 矗爹 n 圈3 _ 4h t 9 17 0 双音频接收器原理图 l l 参o 錾l 移2 缸3 成都理工大学硕士学位论文 前置滤波器是一个带阻滤波器，能减少从3 5 0 h z 到4 0 0 h z 的拨号音频。低 通滤波器能使低频信号输出，高通滤波器能使高频信号输出。每个滤波器输出的 后面都跟有一个带滞后的零跨越的检测器。当一个输出信号的振幅超出设定值 时，就转变为全摇摆逻辑信号。输入信号一旦被识别为有效，d v 置高，并传送 正确地双音频代码( d t m f ) 数字。 h t 9 1 7 0 双音频接收器在本系统中的具体应用电路如下所示： 。! 二 撼它篙弱羹蓖去舵群 c ；螟粼 与双音频接收器相对应的是双音频发送器，其工作原理是将数字代码转换为 双音频信号，再以双音频的形式发送出去。本系统采用的是h t 9 2 0 0 作为双音频 发送器，原理图如下所示： x 1 勉 谢崩 c 琵酾 勉们 图3 - 6h t 9 2 0 0 双音频发送器原理图 1 2 第3 章系统硬件实现 h t 9 2 0 0 双音频发送器在本系统中的具体应用电路如下所示： 图3 7h t 9 2 0 0 双音频发送器应用电路 3 2 2 3 电话线与外线的连接电路 i 气_ 一”一_ 一t 一一? _ 弋 。，。，。一i 。二，。：一。o 。乙。一。，。，。- ，_ 一。，。二。+ 。l ；。o 圈3 8 电话线与外线的连接电路图 成都理工大学硕士学位论文 报警主机的电话接口分为“外线”接口和“电话机”接口。我们将电话外 线接入“外线接口，将用户的电话接到“电话机”接口。报警主机在没有信息 上报的情况下，外线是直接与用户电话相连，一旦有信息上报，报警主机将外线 切换到自身使用，同时断开用户电话。其原理电路如上图所示。 通过电话上报的信息有：探测设备报警、键盘故障、模块故障、键盘被撬、 紧急求助、键盘撤布防、在线汇报。其中撤布防信息可以设定为不上报；在线汇 报表示当前报警主机设备在线，也可以设定不同的上报时间间隔或禁止。 此外，本报警主机还支持国际流行的c o n t a c ti d 通讯格式。若报警主机所 在的报警用户群建有报警中心且报警中心支持c i d 协议，本报警主机就可以通过 电话网络将信息传送到接警中心。 3 2 2 4 电源电路设计 图3 - 9 整流电路设计图 我们采用的变压器电源输入为交流电( 市电) 2 2 0 v ，输出为1 6 5 v 交流电， 通过整流电路转换成直流电。在交流市电发生故障断电时，系统可自动切换到备 用蓄电池供电，蓄电池自动向控制器主板供给直流电。当交流来后将自动向蓄电 池充电。为保证整个系统在长时间停电期间也能正常工作，本系统使用大容量的 蓄电池( 1 2 v 7 a h ) 。此外，本系统也可直接由直流电源供电。下图为蓄电池与直 流电的连接电路： 1 4 第3 章系统硬件实现 b a t 王n ! b 鼹一 图3 1 0 蓄电池与直流电的连接电路图 系统主机会输出一组1 2 伏左右的直流辅助电源，用来给报警主机本身带有 的8 个探测器供电，同时作为警号的电源。当主机本身探测设备的总体功耗超过 8 0 0 毫安时，应该另外配备电源。下图为直流辅助电源输出电路： 踊 1一2 l 霜坫 。， j豳髑 帆k 3 。攀刃4 1 口口 犏1 懈 ： ：1 “苫刍二 酬： 静6 “一一 m 口i l 翻 1 0 5 】 r 。- 1 一l e； 一 6七 镏l 艘 寺 涸5 斟稻 目旨u 1 3 一目音 1 一一一- 。_ 一一一 嘲 i 硼蚴l 喇m 寺 一： 专寺 獬； 铷铡 d p 9 懈娜 u 婵 1一划渐 t ! ： 。 一p 2 蚶毫。未1 厂 【啪剪r l 靴c 0 蛇 ：! + = 专寺 淄g 哪 豳3 1 1 直流辅助电源输出电路图 成都理工大学硕士学位论文 本系统的电源性能参数如下： 电源变压器输入： a c 2 2 0 v 电源变压器输出： a c l 6 5 v 2 a 直流电输入： 1 2 v 一1 5 v 直流电输出： 1 2 v 1 a 蓄电池： 1 2 v 7 a h 3 2 2 5r s 一4 8 5 电路 通常的微处理器都集成有1 路或多路硬件u a r t 通道，可以非常方便地实现 串行通讯。在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中，也常常使用简便易用的 串行通讯方式作为数据交换的手段。但是，在工业控制等环境中，常会有电气 噪声干扰传输线路，使用r s 一2 3 2 通讯时经常因外界的电气干扰而导致信号传输 错误；另外，r s 一2 3 2 通讯的最大传输距离在不增加缓冲器的情况下只可以达到 1 5 米。为了解决上述问题，我们在系统中采用了r s 一4 8 5 通讯方式。 r s 一4 8 5 标准是为弥补r s 一2 3 2 通信距离短、速率低等缺点而产生的。r s 一4 8 5 标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应 用层通信协议。r s 一4 8 5 标准与r s 一2 3 2 不一样，数据信号采用差分传输方式 ( d i f f e r e n t i a ld r i v e rm o d e ) ，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中 一线定义为a ，另一线定义为b ，r s 一4 8 5 发送器示意图如下所示： 图3 1 2r s - 4 8 5 发送器示意图 通常情况下，发送器a 、b 之间的正电平在+ 2 + 6 v ，是一个逻辑状态；负 电平在一2 一6 v ，是另一个逻辑状态。另有一个信号地c 。在r s 一4 8 5 器件中， 一般还有一个“使能”控制信号。“使能 信号用于控制发送器与传输线的切断 1 6 第3 章系统硬件实现 与连接，当“使能”端起作用时，发送器处于高阻状态，称作“第三态 ，它是 有别于逻辑“1 与“o ”的第三种状态。 对于接收器，也作出与发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将a a 与b b 对应相连。当在接收端a b 之间有大于+ 2 0 0 m v 的电平时，输出为正逻 辑电平；小于一2 0 0 m v 时，输出为负逻辑电平。在接收器的接收平衡线上，电平 范围通常在2 0 0 m v 至6 v 之间。r s 一4 8 5 接收器示意图如下所示： 圈3 1 3r s - 4 8 5 接收器示意图 定义逻辑1 ( 正逻辑电平) 为a b 的状态，逻辑0 ( 负逻辑电平) 为b a 的 状态，a 、b 之间的压差不小于2 0 0 m v 。 r s 一4 8 5 接口电路的主要功能是：将来自微处理器的发送信号t x d 通过“发送 器”转换成通讯网络中的差分信号，也可以将通讯网络中的差分信号通过“接收 器”转换成被微处理器接收的r x d 信号。任一时刻，r s 一4 8 5 收发器只能够工作在 “接收 或“发送 两种模式之一，因此，必须为r s 一4 8 5 接口电路增加一个收 发逻辑控制电路。 下图为报警控制系统采用的以光电隔离方式连接的4 8 5 电路图。微处理器的 u a r t 串口的r x d 、t x d 通过光电隔离电路连接4 8 5 芯片的r o 、d i 引脚，控制信号 r d 同样经光电隔离电路去控制4 8 5 r 芯片的d e 和r e 引脚。由微处理器输出的 r d 信号通过光电隔离器件控制4 8 5 芯片的发送器接收器使能：r d 信号为“1 ”， 则4 8 5 芯片的d e 和r e 引脚为“1 ，发送器有效，接收器禁止，此时微处理器 可以向r s 一4 8 5 总线发送数据字节；r d 信号为“o ”，则4 8 5 芯片的d e 和r e 引脚 为“0 ，发送器禁止，接收器有效，此时微处理器可以接收来自r s 一4 8 5 总线的 数据字节。任一时刻，4 8 5 芯片中的“接收器 和“发送器”只能够有1 个处于 1 7 成都理工大学硕士学位论文 工作状态。连接至a 引脚的上拉电阻r 7 、连接至b 引脚的下拉电阻r 8 用于保证无 连接的4 8 5 芯片处于空闲状态，提供网络失效保护，以提高r s 一4 8 5 节点与网络的 可靠性。 圈3 1 4r s - 4 8 5 接口电路 在实际应用中，电路中光耦器件的响应速率将会影响r s 一4 8 5 电路的通讯速 率。因而，可根据具体需要选用响应速度较快的光耦器件。 裹3 14 8 5 通讯方式的性能 娩格弧a 雹i a - 4 8 5 传翰模式 平衡 电缆长度 9 。斑，p s 4 0 0 。壬 ( 1 2 0 0 撒) 电缆长蹙 l 德髓秘 5 0 象( 1 5 m ) 数挺传翰速度l o 脚 壤犬差动输攥甜 鬣小嫠动输磁 士1 5 v 接收嚣敏憋度 士0 2v 发遴嚣爱羧( 欧姆) 6 0 q 最大发送蒸数襞3 2 攀位负羧 最大接收嚣数缓3 2 挚位熊羧 1 8 第3 章系统硬件实现 3 2 2 6 门禁电路 系统加入门禁电路以后，就可以通过开门密码实现门控锁的自动开启功能， 只要输入正确的开门密码，系统就能输出一个有效的开门。门禁电路原理图如下 所示： 二“一“ “”“m 1 日“_ _ ”十 一殛遘斌啜髓觳。扩 。，。，。l 铭 +， k r 。；j ：。 麟 ，r ，” 。k：。i ! j：。 一，i 自“w w n 一 - 一q扣一一 “了 一_ r ： 二二】： l l ；l1 ，一十一m 一目-鞫澎 l “：i 鼍re 姥 l r 隆垂e _ i ? ：! 盯“ ： 。一： “艄 一一4 。一“”；一， 一之- ? 鼍，“? 一一 ： 一i ：t p ”“p ” j i ： ；一 ：l ；l ： ，i ； i i i ：；! i ；i ； 图3 1 5 门禁电路原理图 若开门密码正确，系统就会在s o l 工咖i i t 端输入1 ，从而使三极管电路导 通。一旦有电流通过时，门控锁就会自动开启。 3 2 2 7 防区探测电路 防区探测电路由探测电路和比较电路两部分组成。先通过探测电路对警情进 行探测，再由比较电路根据防区输出状态的变化情况，确定是否有警情发生及具 体的报警防区。防区探测电路图如下图所示： 1 9 成都理工大学硕士学位论文 圈3 - 1 6 防区探测电路图 下图是防区接入端口与探测器连接示意图，通常的探测器具有常开或常闭触 点输出，即c 、n o 和c 、n c ，根据探测器触点输出的不同，触发方式分为开路 或短路报警。本报警模块的线尾电阻为1 0 k 。 图3 1 7 防区接线示意图 第3 章系统硬件实现 3 2 2 8 报警输出电路 作为就地报警的主要设备警号，报警主板也为其留有接口，因为采用继 电器控制，可接大功率的警号。报警输出电路的具体电路图如下所示： t s 9 图3 1 8 报警输出电路图 警号的( + ) 极与+ 1 2 v 电源的( + ) 级连接，警号的( 一) 级与报警主板的常 开( n 0 ) 端口连接，c o m 端口与电源地( 一) 级连接。 霪 囊，4 警号 报警芷 报警负 图3 1 9 警号连接示意图 2 1 报警 成都理工大学硕士学位论文 3 3l c d 液晶编程键盘设计 3 。3 1 液晶编程键盘总体设计 液晶编程键盘与报警控制器主板通过r s 一4 8 5 总线相连，实现人机交互功能。 具体表现为如下几个方面： 编程操作 中文液晶显示 夜光显示 警号输出 防拆开关 遥控器操作 l c d 液晶编程键盘与报警控制器主板连接示意图如下： l c d 中文液晶键盘 图3 2 0l c d 键盘与报警控制器连接示意图 2 v ) 一a 1 - b 1 ) 最长1 2 公里 l c d 液晶编程键盘通过键盘接口与报警控制器主板连接。键盘总线和电源均 从主板的标有“控制键盘”的四芯端口引出，我们对端口作出如下定义： 红一电源+ 1 2 v绿一扩展总线a黄一扩展总线b黑一电源地 第3 章系统硬件实现 3 3 2 液晶编程键盘单元电路 3 3 2 1l c d 概述 在显示部分，我们采用c a l 2 2 3 2 g 液晶显示模块。具体运用中我们采用的是 串列模式。当p s b 脚接低电位时，s t 7 9 2 0 将进入串列模式，在串列模式下将使 用两条资料传输线作为串列资料的传送，主控制器将配合传输同步时钟线( s c l k ) 与接收串列资料线( s i d ) ，来达成串列传输的动作。 在晶片选择脚( c s ) 设为高电平时，同步时钟线( s c l k ) 输入的讯号才会被 接收，另一方面，当晶片选择脚( c s ) 设为地电位时，s t 7 9 2 0 的内部串列传输 设计数与串列资料将会被重置，也就是说在此状态下，传输中的资料将被终止清 除，并且将待传输的串列资料记数重设回第一位元；早一个最小的系统架构下， 由一个微处理器连接控制单一个s t 7 9 2 0 晶片时，相关的连接介面只需要使用同 步时钟线( s c l k ) 与接收串劣资料线( s i d ) 两双脚，在这个模式下晶片选择脚 ( c s ) 将被固定接高电位。 s t 7 9 2 0 的同步时钟线( s c l k ) 具有独立的操作时钟脉，但是当有连续多个 指令需要被传输时，指令执行的时间需要被考虑，必须确实等到前一个指令完全 执行完成才能传送下一笔资料，因为s t 7 9 2 0 内部并没有传送接收缓冲区。 从一个完整的串列传输流程来看，一开始先传输启始位元组，它需先接收到 五个连续的“1 ”( 同步位元字串) 在起始位元组，此时传输记数将被重置并且串 列传输将被同步，在跟随的两个位元字串分别指定传输方向位元( r w ) 及暂存器 选择位元( r s ) ，最后第八位的位元则为“0 ”。 在接收到同步位元及r w 和r s 资料的起始位元组后，每一个八位元的指令将 被分为两个位元组接收：较高4 位元( d b 7 d b 4 ) 的指令资料将会被放在第一个 位元组的l s b 部分，而较低4 位元( d b 3 d b 0 ) 的指令资料则会被放在第二个位 元组的l s b 部分，至于相关的另4 位元则都为o 。串列传输讯号的波形图如下所 示： 成都理工大学硕士学位论文 s q k s i d l234s6 78 奎1 0nnm1 51 61 7 1 81 92 0 2 l2 2 2 32 曩 l - 忏。：；) 嗍。潲。， 卜l 徽一 ：觚； ； 一严呐 圈3 - 2 1 串列模式波形图 3 3 2 2 按键接口电路 用户对液晶编程键盘的操作，具体是通过按键来完成的。通过输入不同功能 的按键，系统就能得到不同的用户指令，从而去实现相应的操作。系统的按键接 口电路如下所示： 田3 - 2 2 按键接口电路