（通信与信息系统专业论文）用catv网实现区域监警功能的研究.pdf

聊城大学硕士学位论文 摘要 设计并实现了一种操作方便、运行可靠、基于c a t v 网络的区域报警系统。它集防 盗贼入侵、防火灾、紧急求救等功能于一体，可实现自动检测、自动报警的功能。自动 检测是指出各种探测器或传感器实现对住宅的各种模拟信号( 人体发出的红外信号、温 度、烟雾浓度、有害气体浓度等) 进行自动监测。自动报警是指报警终端机微处理器接收 探测器在监测到警情时输出的报警信号开关量，并自动将警情通过c a t v 网络传送至接警 中心，同时发出求救或报警信号。该系统由用户终端报警器、基于c a t v 网络的双向数据 传输网络、接警控制中心和中心监控计算机等几部分构成。一个警讯中心可以服务于几 百至几千个用户。当用户端的报警终端机所连接的探测器检测到有警情发生时，探测器 向报警终端机输出报警信号开关量，由报警终端枫将该信息连同本机用户的地址通过 c a t v 网络传送致接警控制中心，并在中心监控计算机上显示警情及相应地址信息。监警 系统值班人员得到报警信息后，可根据警情类别作出相应的反应：向案发地点派出保安 人员，同时向有关的公安和消防部门发出求救信号。报警终端机也可执行接警控制中心 主机发出的指令( 如布防、撤防、状态查询等) 。本文从硬件和软件两方面详细描述了本 方案的完整设计过程。分别从报警器、数据的双向传输、接警控制中心、地图查询等几 个方面介绍了该方案的整体设计。系统利用c a t v 网络带宽资源在功能和技术上进行复 用，实现了区域监警功能；报警中心及终端报警器采用性能良好的调制、解调模块，使 系统工作稳定可靠；采用电子设计自动化( e d a ) 技术进行报警中心的编解码处理，有 效地解决了现有编解码模块对用户数量的限制问题，充分发挥e d a 技术优势，提高了系 统的工作速度和可靠性；成功研制出了报警中心接警软件，具有接收警情、电子地图显 示报警位置、查询控制报警器等功能。 关键词：c a t v ，区域监警系统，e d a ，调制解调，编解码 聊城大学硕士学位论文 a b s t r a c t aa l a r ma n dm o n i t o rs y s t e mb a s e do nc a t v - n e t w o r ki s d e s i g n e da n dr e a l i z e d t h e s y s t e mi se a s yt oo p e r a t ea n dt r o u b l e f r e ei no p e r a t i o n i th a sf o u rc o n s t i t u e n t s ：t h ea l a r me n d p o i n t ，t h e b i l a t e r a ln e t w o r kb a s e do uc a t v - n e t w o r k ，t h ea l a r mc e n t e ra n das u p e r v i s o r y c o n t r o lc o m p u t e r i th a ss o m ef u n c t i o n s ，s u c ha sp r e v e n t i o no f b u r g l a r y , f i r ep r o t e c t i o n ，c a l lo f e m e r g e n c ya n d s oo n t h es y s t e mc a nr e a l i z et h ef u n c t i o na b o u ta u t o m a t i ct e s ta n da u t o m a t i c a l a r m t h ea u t o m a t i ct e s ti sr e a l i z e db ye a c h 虹n do fd e t e c t o ro r s e n s o ri nt r a c i n ga n a l o g i n f o r m a t i o ni na r e as u c ha si n f r a r e ds i g n a lw h i c hh u m a nb o d ys e n d so u t ，t e m p e r a t u r e ，s m o g d e n s i t ya n ds oo n w h e na l a r m c a s ei sg e n e r a t e d ，t h ea l a r me n dp o i n tw h i lt r a n s m i tt h es i g n a l t oa l a r mc e n t e r ，w h i c hi n c l u d ea d d r e s s ，i n f o r m a t i o no fa l a r m ，r u n n i n gs t a t u so ft h ea l a r me n d p o i n ta n ds oo n s i m u l t a n e o u s l ys e n d so u tc a l lf o rr e s c u eo rs o m ea l a r ms i g n a l l i k e w i s e ，t h e a l a r me n dp o i n tc o u l de x e c u t i v ec o m m a n ds e n db ya l a r mc e n t e r ，s u c ha ss e t u pa l a r m ，s h u tu p a l a r ma n ds t a t u sp o l l i n gf o rt h ea l a r me n dp o i n t t h i sa r t i c l ed e s c r i b e dt h ed e s i g ni nd e t a i l f r o mt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r et w oa s p e c t s t h ed e s i g ni si n t r o d u c e df r o mt h ea l a r mh o s t c o m p u t e r , t h ed a t at w o w a yt r a n s m i s s i o n ，t h ea l a r mc e n t e r ，t h em a pi n q u i r ya n ds oo n t h e s y s t e mr e a l i z e dt h er e g i o ns y s t e mo fa l a r ma n dm o n i t o rt h r o u g hm u l t i p l e - u s e i n gt h ea b u n d a n t b a n dw i d t hr e s o u r c e so fc a t vn e t w o r ki nt h ef u n c t i o na n dt h et e c h n o l o g y h i g hp e r f o r m a n c e m o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o nm o d u l e si su s e di nt h es y s t e m t h ee n c o d ea n dd e c o d ec i r c u i ti n t h ea l a r mc e n t e ri sd e s i g n e dw i t ht h ee d a ( e l e c t r o n i c sd e s i g na u t o m a t i o n ) t e c h n o l o g y , w i c h s e t t l e de f f e c t i v e l yt h ep r o b l e mo fl i m i t a t i o ni nc o n s u m e r sn u m b e r , a n di n c r e a s e dt h er e l i a b i l i t y a n do p e r a t i n gs p e e d t h es o f t w a r eo fa l a r mc e n t e rh a sf u n c t i o nt h a tr e c e i v i n gw a r n i n g m e s s a g e ，d i s p l a yt h es i t u a t i o no fa l a r m c a s i n ge n dp o i n tt h o u g ht h ee l e c t r o n i cm a p ，i n q u i r y a n dt o n t r o lt h ea l a r me n d p o i n ta n d s oo n k e yw o r d s ：c a t v ，r e g i o ns y s t e mo f a l a r ma n dm o n i t o r ，e d a ，m o d u l a t i o na n d d e m o d u l a t i o n ，e n c o d ea n dd e c o d e 聊城大学硕士学位论文 h u 吾 目前我国有线电视( c a t v ) 事业飞速发展，极大地丰富了人们的精神文化生活。 我国各城镇甚至各大单位都建立起自己的c a t v 系统。各机关办公大楼、商业写字楼在 建设时就已设计布置了c a t v 网线，所以c a t v 系统己遍及城镇居民家庭、单位，成为目 前我国最为普及的一种网络。该网络目前主要应用于收看有线广播电视节目、图文电 视、广播等功能，应用非常单一。而c a t v 的可用资源又非常丰富，例如7 5q 铜轴电缆 的可利用带宽比双绞铜线宽的多，能达到1 g h z 。因此，利用c a t v 网进行综合功能技术 的应用已成为当前电子技术、计算机技术、通信技术研究的热点。 目前，防盗报警设备非常之多，有多防区有线报警设备，也有无线报警设备。有 线报警设备具有可靠性高、误报率低等优点，深受用户欢迎。有线报警设备又有专用网 络和公共网络之分。专用网络安装时须铺设电缆，施工时可能遇到很多困难，况且电缆 也有成本，使报警系统的成本提高，并且有线报警不易组成较大的系统，使报警系统的 应用受到限制；而无线报警系统虽然无需铺设电缆，具有施工简单、成本较低的优点， 但其误报率较高，受环境干扰等因素影响较大，故无法得到广泛的推广应用。公共网络 利用现有的公共网络进行信息传输，不必再建专用传输网，设备投入较低，可以克服专 用网络有线报警系统和无线报警系统的缺点。但目前公共网络报警系统利用电话网或 i n t e r n e t 网，电话网报警系统存在占线、拨号动作，报警速度慢且有可能发生报警不 成功现象；i n t e r n e t 网采用t c p i p 协议、需要i p 地址与网络模块，成本高且不能保 证报警信息可靠传输。而采用c a t v 网将是一个最佳方案，既经济又安全可靠，还解决 了其它公共网络用于报警系统存在的问题。 因此，本文提出了利用c a t v 网实现区域监警功能的研究：充分利用c a t v 这种最 为普及的网络资源，在网络中进行双向数据传输，设置报警中心，并在用户端安装报警 终端，即构成一种理想的综合报警系统。 加强区域报警服务网络建设，是社会主义市场经济条件下，整合治安防范资源， 提升城市防控水平，促进公共安全工作可持续发展的有效途径。确保每一个单位或家庭 住户的生命财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。 聊城大学硕士学位论文 1 1 有线电视系统概论 第一章绪论 有线电视网络是一种采用同轴电缆、光缆或微波等介质进行传输，并在一定的用 户分配或交换声音、图像、数据及其他信号，能够为用户提供多套电视节目乃至各种信 息服务的电视网络体系。 我国的有线电视经历了2 0 多年的艰苦奋斗，从无到有，从d , n 大，今天已经发展 成为我国与电信业、计算机网并列的国家基础设施。为我国的广播电视事业、文化教育 事业、网络通信事业等作出了重要贡献。在数字技术、光传输技术、网络技术迅速发展 的今天，在“信息高速公路”为很多国家接受并作为新时期这些国家基础设施建设重点 的时候，我国有线电视已被国务院确定为国家信息基础设施三大网络之一”1 。 随着社会信息化程度的不断提高，人们对信息的需求和依赖程度与日俱增。现代 社会对信息网络在宽带、交互性、智能化、承载综合业务的能力等方面提出了新的要求。 能否跟上信息技术的发展步伐，迅速满足社会发展不断增长的要求，将关系到未来有线 电视网络在信息产业日趋激烈的竞争局面下的生存和发展。现代的有线电视网络正在逐 步演变成具有综合信息传输交换能力、能够提供多功能服务的宽带交互式多媒体网络， 它将融合在信息高速公路中，成为未来信息网络不可缺少的组成部分。 1 1 1 有线电视网络的发展历程及趋势 有线电视发展至今已有五六十年的历史。 1 9 4 8 年，为了解决山谷电视阴影区居民收看电视节目的困难，在山上安装增益较 高性能良好的电视接收天线，用同轴电缆将天线接收的电视信号分送给阴影区的每一用 户，这便是世界上最早的公共天线系统( m a s t e ra e r i a lt e l e v i s i o n ，简称m a t v ) 。 5 0 年代初，这种收视系统被移植到了城市里，当时的系统已经拥有了非常简单的 前端，可以实现少数几个开路电视频道的直接混合和信号的有效分配，这便是早期的共 用天线系统( c o m m u n i t ya n t e n n at e l e v i s i o n 简称c a t v ) 。为了更充分地发挥系统的作 用，共用天线系统中开始增加了自办节目频道，使共用天线系统进一步扩大了覆盖范围。 7 0 年代初，c a t v 的功能有了很大的改变，传送的节目套数得到了极大的丰富， 系统的覆盖范围也在迸一步扩大。c a t v 逐渐发展成为了今天真正意义上的有线电视系 聊城大学硕士学位论文 统( 或称电缆电视系统，c a b l et e l e v i s i o n ，仍简称c a t v ) 。c a t v 的信号传输方式经历 了从全频道传输方式到隔频道传输方式，再到邻频道传输方式的历史性变迁：传输手段 也从过去纯粹使用同轴电缆，发展到开始使用光纤，并在必要的场合下有选择地使用 a m l 、m m d s 等微波传输分配手段。 从8 0 年代末期开始发展至今，随着社会信息化程度的提高和人们对信息服务需求 的增长，让有线电视系统具有双向传输能力和交互功能成为了技术发展的重要方向。在 双向改造的过程中，光纤已经逐步取代同轴电缆成为了c a t v 的传输主体，光节点的规 模逐步缩小，h f c 的结构日趋合理。与此同时，s d h 光纤传输骨干网也开始加进建设， 以实现各省乃至全国的联网。具有双向交互功能的h f c 网和大容量的宽带传输骨干网共 同构建起具有综合信息服务功能的有线电视网络体系。 未来的有线电视网络应该是信息高速公路的有效组成部分，为人类社会提供全方 位的信息服务。因此，未来的有线电视网络应该是一个全方位服务网，它必须完美地将 现有的通信、电视和计算机网络融合在一起，在一个统一的平台上承载着包括数据、话 音、图像、传真和各种增值服务、个性化服务在内的多媒体综合业务，并智能化地实现 各种业务的无缝连接。从技术上讲，有线电视网络在未来几年的发展趋势可以概括为 m ： ( i ) 数字化数字化是整个电子信息领域技术发展的方向，广播电视自然也不 会例外。数字电视是数字化信息技术革命的产物。采用数字技术不仅使各种电视设备获 得比原有模拟式设备更高的技术性能，而且还具有模拟技术不能达到的新功能。 ( 2 ) 综合化有线电视网络作为信息高速公路的一个组成部分，必将朝着能够 提供综合信息服务功能的目标迈进。建立起集数据、语音、视频图像于一体的宽频多媒 体综合业务平台。 ( 3 ) 网络化卫星的存在将一座座孤立的有线电视系统连接成了一个有效地实 现广播电视覆盖的完整体系。但对很多综合业务的实现，必须进行有线电视系统的双向 改造，建设宽带传输骨干网使分立的双向有线电视系统有机的联系在一起，形成统一的 有线电视网络体系；还必须实现有线电视网与其他网络的互通互联。网络化是综合化的 前提和基础。 ( 4 ) 智能化有线电视网络的智能化始终伴随和渗透在数字化、综合化和网络 化的进程之中。有线电视网络发展的最终目标也许会是全数字化的全光网络，它依托 i p + d w d m 的传输模式，真j e 实现在一个统一平台( e v e r y t h i n go v e ri p ) 上的多媒体综 聊城大学硕士学位论文 合信息服务。 1 1 2 现代有线电视网络的系统组成哺1 有线电视系统由信号源、前端、传输系统、用户分配网四个部分组成。不同的有 线电视系统在具体的组成上差异很大，取决于系统规模的大小、节目套数的多少、功能 应用的情况等诸多因素。信号源是指提供系统所需各类优质信号的各种设备；前端是位 于信号源和干线传输系统之间的设备组合，处理信号源输出的各类信号，并混合成一路 复合射频信号提供给传输系统；传输系统将该信号进行优质稳定的远距离传输；而用户 分配网则准确高效地将其分送到千家万户。图1 1 是有线电视系统的物理模型。 图1 1 有线电视系统的物理模型 现代有线电视网络在组成上( 如图1 - 2 所示) 要比传统有线电视系统复杂得多， 在体系上也有了很大变化，传统系统只有相当于现代网络的模拟单向传送部分。 信号源前端 传输分配网 图1 2 现代有线电视网络的基本组成 4 聊城大学硕士学位论文 现代有线电视网络已是一个庞大的完整体系，集电视、电话和计算机网络功能于 一体。从提供的业务来说，即有基本业务，又有增值业务和扩展业务；从传送的信号类 型来说，即有模拟电视信号，又有数字电视信号和i p 数据信号；为了实现多种综合业 务，系统不再是自成一体的独立结构，而是通过上一级的数字干线骨干环网和本地的光 纤骨干环网实现和其他各有线电视系统的联网，另外，它与公共电信网也实现了互通互 联；本地的传输覆盖网则采用t l f c 模式构成双向传输分配网，其中，光纤传输部分采用 空间分割的方式，即上、下行的信号分别用不同的光纤传输。图中，数字电视信号源主 要是数字卫星电视t s 流、视频服务器和业务生成系统等；数字电视前端实际上是一个 数字电视多媒体平台，包括复用器、条件接收系统、数字调制器等；数据前端主要是 c a b l em o d e m 的前端控制器c m t s 。综合业务的双向要求现代网络复杂完善的计算机管理 系统，包括用户管理、用户授权、系统管理、网络管理、设备管理、条件接收、节目播 出管理、媒体资源管理、收费管理等一系列子系统，以确保系统的正常运转，业务的可 靠实现和信息的相对安全。另外，在现代有线电视网络中用户端必须加机顶盒才能收看 数字电视，才能获得授权享受个性化的视频服务和其他增值服务：必须加c a b l em o d e m 才能与计算机进行通信，实现i n t e r n e t 的接入，才能提供i p 电话等功能。 1 1 3 有线电视系统的频道配置 不同的电视节目在传送时必须被安排到一个个不同的“频道”上。由于无线电频 率资源有限，不可能给一个电视频道太宽的频带，故地面电视广播中视频信号的调制都 采用残留边带调幅( v s b - a m ) 方式，一个频道只需8 m h z 带宽，而卫星电视则采用调频 方式。 开路电视广播的频道配置：我国原来规定的开路电视频道一共有6 8 个，但第5 频 道与调频广播使用的频段重叠，一般不再使用。目前由广播电视实际使用的只有6 7 个 频道，其中每个频道的带宽都是8 m h z ，其频率范围由f l 。2 5 到+ 6 7 5 m h z ，其中 是图像载波频率，而伴音副载波频率比图像载频高6 5 m h z 。 开路电视频道的序号虽然连续，但有些相邻频道的频率却相差很多，其频谱分布 如图l 一3 所示。 有线电视系统的频道配嚣：早期的有线电视采用的频道配置方案为丌路的频道设 置。随着有线电视的发展，这种设置不能再满足要求，还要开发利用有线电视独有的可 用频道。如图l 一3 中1 0 8 1 6 7m h z 之问有5 9m h z 的间隔，2 2 3 - v 4 7 0m b z 之问有2 4 7m h z 聊城大学硕士学位论文 的间隔，5 6 6 6 0 6m h z 之间有4 0m h z 的间隔，这些频率被分配给邮电、军事等天线部 门，开路电视信号不能采用，以免造成电视与通信的互相干扰。因为有线电视系统是一 个独立的、封闭的系统，一般不会与通信造成干扰，可以采用这些频率以扩展节目的套 数。这就是有线电视系统中的增补频道。 o4 8 57 2 5 8 7 1 6 7 2 2 3 4 7 05 6 6 6 0 6 7 6 8 41 0 8 图1 3 开路电视频道的频谱分布图 有线电视系统的频率划分：在现代有线电视系统中，同轴电缆分配网实现双向传 输采用频分复用的方式，就需要考虑系统上、下行频率的划分问题。 早期的有线电视系统通常采用“低分割”方案来确保下行的频率资源得到充分利 用，即5 3 0 m h z 上行，3 0 4 8 5 m h z 为过渡带，4 8 5 m 1 4 z 以上全部用于下行传输，频道 资源可以得到充分的利用。随着有线电视多功能应用的逐渐开展，“低分割”方案的上 行带宽已经显得越来越不够，可能出现“信道拥塞”的情况。另外，上行信道在频率低 端严重的噪声积累现象使该频段的利用也受到了限制。 双向系统必须采用上、下行频率的“中分割”方案，才可能真正开展双向业务。 行标g y t 1 0 6 1 9 9 9 中规定，上行频率范围为5 6 5 m h z ，过渡带为6 5 8 7 m h z ，下行传 输就只能从8 7 m h z 开始。 1 2 报警系统现状概述 随着我国“全面小康”建设步伐的加快，人们的生活水平，特别是物质生活水平有 了很大的提高，但与此同时，社会人口的流动性大大增加了，社会结构和社会治安日趋 复杂，因此，人们对自己的个人安全和家庭财产安全越来越重视。另外，随着生活水平 的提高，液化石油气、管道煤气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用， 人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，也增加了火灾隐患和有害气体中毒的危 险。事故一旦发生将给家庭和社会带来巨大的损失。此时迫切需要一种智能型的安全防 聊城大学硕士学位论文 范报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将 险情消灭在萌芽状态，保障人们的生命财产安全。 传统的安全防护形式已经难以适应社会形势发展的需求。社区安全技术防范系统 已经从本地向远程监控发展，从社区的周边防范向家庭内部防控逐渐靠拢，社会化区域 报警系统在人们对美好生活的追求中迅速崛起。有关家庭、办公室和仓库等处的安全防 范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了 各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。 1 2 1 传统安全防卫系统的弊端 传统的安全防卫系统是采取机械方式实现的，即安装防盗网、防盗窗。这虽然从 一定程度上起到了保护人们财产的作用，但在实际使用中也暴露了很多隐患。国务院下 达的关于住宅小区禁止安装防盗网的建议中指出了防盗网带来的一系列问题：影响 楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道：给犯罪分子提供便利的翻越条件；时间久了 会有高空坠物的危险；压抑人性自由等。 安全防范的范围应为消防和防盗抢两大方面，而这种机械式安防措施在防盗的同 时却极大地影响了对火灾的防范。所以作为高科技的全面安防报警系统就应运而生，并 日益受到广泛的重视和运用。 从2 0 0 2 年开始上海等几个大型城市开始试行在新建住宅小区安装联网型防盗报警 主机。1 。以深圳为例，几乎所有新建的住宅楼盘都预装了防盗系统，并禁止安装防盗网， 其防盗功能由电子防盗系统来完成。社区安防系统必将有很大的发展，形成一个全新的 朝阳产业。 1 2 2 目前电子安防系统状况 报警系统己由最初的单机式报警发展为联网式报警系统。单机式报警只有现场报 警功能，如果有非法入侵，入侵现场发出声音警报，提示现场的主人吓退入侵者，这种 报警方式在布防现场起到了一定的作用，但因无法通知相关的安防单位或部门，具有较 大的局限性。联网式报警系统克服了单机报警的种种弊端推出后得到很快的普及。报 警系统联网后，可以设立接警中心，对辖区内的报警器进行有效管理。既快速有效的制 止犯罪，又节省人力、物力，同时又可加大住户的安全意识，因为住户的布、撤防行为 可清晰地反映到接警中心电脑上，当住户忘记布防系统后，接警中心人员可以电话通知 住户或通过管理软件对住户的报警系统进行布防。这样可有效杜绝因用户大意而造成的 聊城大学硕士学位论文 损失。 安防报警系统一般按系统中信息传输方式概括起来讲有以下三种类型：有线网络、 无线网络和公共网络。 1 、有线网络传输通过铺设专用线路网络来构成报警信息的传输，其优点是系统 专用化，信息传输不受外界因素的干扰，做到专线专用。缺点是铺设线路工程量大，前 期投资高，扩容困难，不适用单家独户使用，传输线路易遭破坏。 2 、无线传输用电波发射的办法来传输信息，具有较强的抗破坏性，传输速度快 的优点，且不影响住户原有的装饰美观。 3 、公共网络传输利用现有的公共网络进行信息传输，不必再建专用传输网，设 备投入较低，可以克服专用网络有线报警系统和无线报警系统的缺点。 在这几种传输方式中尤为看重公共网络，目前其构成主要为电话网、宽带网，尤 以电话网的利用条件较为优越，其优势在于：电话普及率高，网络设备投资较少：双向 通信，多址报警；遥控布、撤防，现场监昕；可组网或单独使用。据统计利用电话网络 报警的方式占网络报警的半数以上”。 但是随着大量的使用和推广，基于电话网络的报警器存在的问题也逐渐暴露出来： i 、在反应时间上：因传输网络为电话线，需要通过电信的拨号程序才能进行信号 传输，往往浪费大量的时间，这样在突发犯罪预防方面往往达不到要求。 2 、使用和维护成本方面：住户的每次有效信息都要通过电话线进行传输，相当于 拨通一次电话，电信局就会收通话费，很多用户对此不满。 3 、在安全和稳定性方面：因传输网络依赖于电信的p s t n ，当电信部门的相关设备 或线路出现问题时，报警信息就无法传到报警中心，造成漏报现象的发生。 4 、在独立性方面：每个住户的家中都配有自己的电话机，报警主机是串接在电话 机之间。当用户的话机性能不良或某些信号不合规定时，容易导致报警线路的瘫痪。 因以上的问题是对传输网络的依赖性造成的，是基于电话线报警系统的固有问题， 无法根本克服。 1 2 3 报警系统的常见构成 报警系统一般由用户主机、远程传输和报警中心三部分组成。 l 、用户主机部分：一般由输入部分、控n 通信主机部分和输出部分组成。 探测器部分是系统的输入部分，有红外、烟、温、门磁、玻璃破碎等若干种类。各 聊城大学硕士学位论文 种探测器可探测不同的入侵行为，如人体移动、物体震动、玻璃破碎、烟雾和门窗开关 等州1 。 控制通信主机一般采用单片微电脑，能够对各类探测器进行自动检测和智镌化判 断，并对报警信息做出相应的处理，包括信息记录、现场报警、远程通信报警等。 输出部分是指报警信号以一定形式向外输出，可采用现场声光报警或通过传输线向 中心站报警等多种形式。 一般报警主机的功能有： a 防区功能：可连接多个防区，并设定防区类型，并可扩充防区数。 b 操作功能：具有布防、撤防、测防功能，此功能可通过外部键盘来迸行。 c 输出功能：报警输出可通过声音报警和电话报警。主机可一方面进行现场声音报 警，一方面通过传输线向警讯中心发送报警信息。 2 、远程传输部分：主要是将警情信息经传输线传送到警讯中心站。数字报警技术 可避免人为的操作失误和延误，速度快，信息量大，能够给公安机关提供详尽的警情信 息。 3 、报警中心：报警中心数字式报警接收机的基本功能是接受传输传送的数字报警 信号，并显示出来。信号通过r s 2 3 2 口输出到电脑上，报警中心可得到报警用户的警情详 细资料。当报警信号通过传输网送至警讯中心时，中心将立即对信息进行分析处理，并 存储记录和打印信息。 报警系统中心计算机软件是整个报警系统的核心。它主要负责对接收到的警情进行 智能化的判断、分析和处理，为有关部门及时处理警情提供必要的信息。 1 2 4 报警系统应具有的特点 高可靠性报警系统对可靠性的要求很高，漏报与误报都是有害的。报警系统应设 有多级测试，在程序上进行多重判断，有效地预防漏报与误报。在硬件设计上也尽可能 地采用比较成熟、可靠的电路，还可采用主、备方式的中心机。 可维护性报警系统应能做到自我维护。当一个用户机出现故障时，只要操作此用 户机上的测试键，可以自动关闭有故障的线路，等待维护人员来修理，而不影响其他线 路的正常：i = 作。 操作方便报警系统不仅允许用户进行现场实时修改，也为用户提供遥控修改编程 功能，可以通过中心计算机的键盘进行用户参数修改，真币做到上一级中心对下一级用 9 聊城大学硕士学位论文 户的控制。 软件功能强报警系统应具有一个强大的中心计算机，它不仅可以进行电子地图显 示、实时确定报警位置，还可以进行用户数据库管理。 1 3 本文研究的内容 本文主要研究如何利用现有的c a t v 网实现区域防盗抢、防火、防煤气泄漏之功能， 并能区分产生事故的地点及警情“”“”1 。这个区域可以为一个单位或一个居民小区， 也可以是城市的一个区域或整个城镇。其关键技术应遵循c a t v 现有的频谱分配原则， 在允许的频段内选择合适的上下行频率实现上行和下行有效数据通信，并防止各频率之 间的干扰。 目前我国的c a t v 网主要形式为混合光纤同轴网( h f c ) ，主干线用光纤，光结点小 区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户i t 4 1 5 j 。c a t v 系统中实现双向传输的方法主要有： 空间分割、时间分割和频率分割。频率分割就是在一定频率范围内传输上行信号，而在 另一频率范围内传输下行信号。本研究课题中采用频率分割的双向传输方式。 在系统的研制过程中解决了以下问题： 1 、在双向c a t v 网络( 将现存的单向c a t v 网络改造为双向网络) 中实现报警及控 制信息的双向数据传输。实现数据的双向传输及上下行信号的复用是设计的关键。 2 、研制出报警器，可以连接各种报警按钮、火灾探测器、防入侵探钡4 器等提供开 关量的前端器件。可将本机安装地址信息、警情、运行状态上传接警控制中心主机，也 可接收、执行接警控制中心主机发出的各种指令，进行布防、撤防、状态查询等操作。 3 、研制出接警控制中心主机，接收报警器发出的布防、撤防、各种警情( 火警、 盗警、急救等等) 信息，监控报警器的运行状态、遥控报警器，并可把警情上传至中心 计算机，也可接收执行中心计算机的指令。 4 、研制出报警中心接警软件，具有接收并区分各种警情、电子地图显示报警位置、 查询控制报警器等功能。 创新点： 1 、利用c a t v 网络带宽资源在功能和技术上进行复用，实现了区域监警功能。 2 、成功研制出了基于c a t v 网络的报警中心、终端报警器和各种调制、解调模块， 使系统工作稳定田靠。 ， 1 0 聊城大学硕士学位论文 3 、采用电子设计自动化( e d a ) 技术进行报警中心的编解码处理，有效地解决了 现有编解码模块对用户数量的限制问题，提高了系统的工作速度和可靠性。 4 、成功研制出了报警中心接警软件，具有接收警情、电子地图显示报警位置、查 询控制报警器等功能。 聊城大学硕士学位论文 第二章系统相关技术 2 。1e d a 技术及硬件描述语言v h d l 2 1 1e d a 技术及其发展n 6 m 3 现代电子技术设计的核心是e d a ( e l e c t r o n i c sd e s i g na u t o m a t i o n ) 技术。e d a 技术就是依赖功能强大的计算机，在e d a 工具软件的平台上，对以硬件描述语言 h d l ( h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完 成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合( 布局布线) ，以及逻辑优化 和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。e d a 技术使得设计者的工作仅限于利 用软件的方式，即利用硬件描述语言和e d a 软件来完成对系统硬件功能的实现。 e d a 技术在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术，i c 版图设计技术、a s i c ( a p l i c a t i o ns p e c i f i ei n t e g r a t e dc i r c u i t ) 测试和封装技术、f p g a c p l d 编程下载 技术、自动测试技术等；在计算机辅助工程方面融合了计算机辅助设计( c a d ) 、计算机 辅助制造( c a m ) 、计算机辅助测试( c a t ) 、计算机辅助工程( c a e ) 技术以及多种计算 机语言的设计概念；而在现代电子学方面则容纳了更多的内容，如电子线路设计理论、 数字信号处理技术、数字系统建模和优化技术及长线技术理论等等。因此e d a 技术为现 代电子理论和设计的表达与实现提供了可能。 e d a 技术的发展有利促进了微电子技术水平的发展，反过来由于微电子技术和制造 工艺的飞速发展不断对e d a 技术提出新的要求，也有力地促进e d a 技术的发展。综观 e d a 技术的发展历程可以大致分为三个阶段。 1 、c a d 阶段( 2 0 世纪6 0 年代2 0 世纪8 0 年代初期) ：这个阶段分别研制了些相 对独立的软件工具。该阶段的主要贡献使设计者从繁琐、重复的计算和绘图中解脱出来。 但该时期的e d a 软件局限性是明显的，一般每个工具包只完成一个任务，各工具包之间 的衔接需要人工干预，严重影响设计速度。 2 、c a e 阶段( c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ) ：在2 0 世纪8 0 年代初期到9 0 年代， e d a 技术有了较大的发展，主要体现在设计工具的集成。殴计从原理到版图实现自动化， 推进了a s i c 的发展。 3 、e d a 阶段：2 0 世纪9 0 年代至今，e d a 技术在微电子技术飞速发展的推动下获得 突猛进的发展，设计工具完全集成化。该阶段e d a 的发展还促迸设计方法的转变，由 1 2 聊城大学硕士学位论文 传统的自底向上的设计方法逐渐转变为自顶向下的设计方法，该阶段的e d a 软件主要有 如下特点： ( 1 ) 高层综合：从r t l 级( 寄存器传输级) 提升到系统级( 行为级) ( 2 ) 采用硬件描述语言：如v h d l 、v e r i l o g 、a h d l 等硬件描述语言 ( 3 ) 可测试性：7 t a g 接口可以测试到内部的每一个逻辑单元 ( 4 ) i p 核的采用( 特别u p 核) ，实现软、硬件协同设计 ( 5 ) 并行设计( 在工作站下多人共同设计一个复杂的系统) 2 1 2 姒x + p l u s 概述 随着生产工艺的逐步提高以及c p l d 开发系统的不断完善，c p l d 器件容量也由几百 门飞速发展到百万门以上，使得一个复杂数字系统完全可以在一个芯片中实现。h d l 语 言的使用，以及强大的e d a 综合仿真工具，使c p l d 的开发形象、快捷，特别是m a x + p l u s i il o 0 和q u a r t u s i l 2 0 以上版本，图形输入和文本输入可以方便地结合在一起，错误 定位使用方便，极大地加快了开发速度。因此c p l d 在数字系统、微机系统、控制系统 以及通信系统中获得广泛应用。 m a x + p l u s i i 开发系统是易学易用的完全集成化的e d a 设计开发环境。该软件是 c p l d f p g a 的基本开发环境，是c p l d f p g a 开发所必须的，它包含了开发c p l d f p g a 器 件的全过程。 、 2 1 3v h d l 语言及特点“8 m ” e d a 软件中最具特色的部分是语言描述电路的综合与仿真，它彻底改变了传统的设 计方式。目前用于c p l d f p g a 、a s i c 设计的语言种类有v h d l ( v h s i ch a r d w a r e d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 语言、v e r i l o g 语言、a h d l 语言、a b e l 语言等，其中使用最 广泛的当属v h d l 语言和a h d l 语言。 v h d l 语言的语法结构严谨、数据类型丰富、是描述能力很强的一种硬件描述语言。 一个复杂的问题，v h d l 语言可以用比较少的篇幅描述清楚。v h d l 语言指令代码多，数 据类型丰富，既有用于仿真系统的指令，又有可用于综合的语句。因此，v h d l 语言使用 起来非常灵活。 v h d l 语言的主要特点： l 、功能强大，灵活性高：v h d l 语言是一种功能强大的语言。结构，可用简洁明确的 代码来进行复杂控制逻辑的设计。v h d l 语言还支持层次化的设计，支持设计库和可重 聊城大学硕士学位论文 复使用的元件生成。目前，v h d l 语言已成为一种设计、仿真、综合的标准硬件描述语 言。 2 、器件无关性：v h d l 语言允许设计者在生成一个设计时不需要首先选择一个具体 的器件。对于同一个设计描述，可以采用不同器件来实现其功能。因此设计描述阶段， 可以集中精力从事设计构思。当设计、仿真通过后，指定具体的器件综合、适配即可。 3 、可移植性：v h d l 语言是一种标准的语言，故采用v h d l 进行的设计可以被不同 的e 1 ) a 工具所支持。在个e d a 工具中采用的技术技巧，在其它工具中同样可以采用。 4 、自顶向下的设计方法：不同于传统的自底向上的设计或平坦式设计，而是将要 设计的电路进行最顶层的描述( 项层建模) ，然后利用e d a 软件进行顶层仿真，如果顶 层设计的仿真结果满足要求，则可以继续将顶层划分的模块进行低一级的划分并仿真， 这样一级一级设计最终将完成整个电路的设计。 5 、数据类型丰富：作为硬件描述语言的一种v h d l 语言的数据类型非常丰富，除 了v h d l 语言自身预定义的十种数据类型外，在v h d l 语言程序设计中还可以由用户自定 义数据类型。 6 、建模方便：由于v h d l 语言中可综合的语句和用于仿真的语句齐备，行为描述 能力强，因此v h d l 语言特别适合信号建模。 7 、运行库和程序包丰富：目前支持v h d l 语言的程序包很丰富，大多以库的形式 存放在特定的目录下，用户可随时调用。在c p l d f p g a 综合时，还可以使用e d a 软件商 提供的各种库和程序包。而且用户利用v h d l 语言编写的各种成果都可以以库的形式存 放，在后续的设计中可以继续使用。 8 、v h d l 语言是一种硬件电路的建模描述语言，与普通的计算机语言有较大的差别： 普通计算机语言是c p u 按照时钟的节拍，一条指令执行完毕后才能执行下一条指令，指 令执行是有先后顺序的，而每条指令的执行占用特定的时间：而与v h d l 语言描述结果 相对应的是硬件电路，它遵循硬件电路的特点，语句的执行没有先后顺序，是并发的执 行的，也不象普通软件那样每条指令占用一定的执行时f a j ，只是遵循硬件电路自身的延 迟时问。 1 4 聊城大学硕士学位论文 2 2 编解码芯片p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 原理简介m p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 是台湾普城公司生产的一种c m o s 工艺制造的低功耗低价位通用编 解码电路，是1 8 脚双列直插式编解码i c ，具有很强的抗干扰能力。p t 2 2 6 2 编码器能将 数据和地址编译成代码的波形，最多可有1 2 位三态地址端管脚( 悬空，接高电平，接低电 平) ，任意组合可提供5 3 1 4 4 1 地址码，p t 2 2 6 2 最多可有6 位数据端管脚，设定的地址码和 数据码从1 7 脚串行输出。p t 2 2 7 2 是与p t 2 2 6 2 配对的解码器，也具有1 2 位三状态地址， 有5 3 1 4 4 1 种地址代码组合。 2 2 1p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 编解码i c 的特性 p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 是由c m o s 工艺制造，功耗低、外部元器件少、工作电压范围宽。 广泛应用于车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具及其他电器遥控。 如图2 一l 为编码芯片p t 2 2 6 2 引脚图。 躺 & l 忿 熊 燃 惩 酹澄 醇，嚣 ￥强 p t 2 2 6 2 靶 孙 溪： 嚣翟 一 髓 ；， 女l ，篓 女妻，黪 妻，蕊 图2 - ip t 2 2 6 2 引脚图 p t 2 2 6 2 的a o a 5 ( 1 6 ) 为地址码引脚，有三种状态：0 、“1 ”和“悬空”。 a 6 d o a 1 l d 5 ( 7 、8 、l o 1 3 ) 可以作为地址码引脚，也可以作为数据码引脚。当作 为地址码引脚时，它们能置成“0 ”、“1 ”或“悬空”；当作为数据码引脚时，它们只 能置成“o ”、“1 ”。t e ( 1 4 ) ：发送使能端，低电平有效。当它被置为低电平时，p t 2 2 6 2 的编码波形就输出到d o u t ，数据码输出引脚( 1