智能化住宅小区安防报警系统方案的设计.doc

智能化住宅小区安防报警系统方案的设计目录摘要:2一引言3二系统构成及原理41探测器51)门磁开关52)光束遮断式探测器53)被动式红外探测器54)玻璃破碎探测器55)振动探测器56)视频探测器62报警控制中心63报警信号传输64管槽敷设65设备清单66设计流程7三。单片机电路设计71电路图72电路介绍8四红外防盗报警系统组成及工作原理概述91微处理器及其任务92被动式热释电红外电路的设计10a)主动式红外电路的设计12b)报警电路的设计14c)数据通信的设计143部分程序代码16五参考文献21摘要:随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高与安全意识的加强，家庭、企业、机关等场所的安全防范和自动报警系统的研究与设计日益被科研单机和生产厂商所重视。 本文介绍了入侵探测与智能报警系统的原理及组成，通过传感器的检测和电话自动拨号实现智能报警。本系统采用红外探测元件对入侵信号进行捕获，当有入侵信号时，由单片机控制中心（AT89S51）发出相应信号控制电话接口电路，自动拨打预设电话号码进行报警；系统的语音电路可进行12s录音，对警情进行说明；同时进行扬声器报警，可以起到震慑入侵者的作用。 关键字：入侵探测；报警系统；自动拨号；AT89S51单片机； Intellectual Burglar Alarming System Design Abstract：According to the development of science & technology, the improvement of living standard, and the enhancement of peoples security consciousness, the security and research & design of automatic alarming system of such places as homes, enterprises and organs，has been highly focused on by institutes and producers. This paper introduces the principle and constitution of invasive detection and automatic alarm，in order to get automatic alarm through the inspection of transducer and telephone automatic-dial system. The system apply infrared detection component to catch invasive signal. When a signal breaks, the relative signal sent by SCM (AT89S51) will control the phone circle, and dial the phone automatically to alarm. The recorded circle can record for 12 seconds and describe the alarming situation. At the same time, it can alarm by loudspeaker system, which can fear the intruder. Key Words: invasive detection; alarming system; automatic dialing; AT89S51;正文一引言中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势，需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系。如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统，是当前急需解决的课题。作为一个可行的住宅小区联网报警系统，必须满足集中监控，系统容量大，防范功能齐全，性能价格比高等要求。防盗报警系统防患于未然，用来实现较周密的外围全方位管理及建筑物内重要的管辖区，防盗报警系统分工作区安防状态的监视、结合内部对讲系统，遥相呼应，可减少管理人员的工作强度，提高管理质量及管理效益。防盗报警系统作为现代化管理有力的辅助手段,它将现场内各现场的视频图像或是险情信号传送至主控制中心及分控室，值班管理人员在不亲临现场的情况下可客观地对各监察地区进行集中监视，发现情况统一调动，节省大量巡逻人员，还可避免许多人为因素，并结合现在的高科技图像处理手段，还可为以后可能发生的事件提供强有力的证据，有了良好的环境，全方位的安全保障，才能创造良好的社会效益和经济效益。二系统构成及原理防盗报警系统分别由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分构成。其原理如以下系统图：1探测器1)门磁开关：是探测器最基本、最简单有效的装置，常用的有微动开关、磁簧开关等，一般装在门窗上。开关可分为常开和常闭两种。常开式常处于开路，当有情况时(如门、窗被推开)，开关就闭合，使电路导通启动警报，这种方式优点是平时开关不耗电，缺点是如果电线被剪断或接触不良将使其失效。常闭式则相反，平常开关为闭合，异常时打开，使电路断路而报警。该方法优点是，在线路被剪断或线路有故障时会启动报警，但当罪犯在断开回路之前选用导线将其短路，就会使其失效。一般在门磁探测器中，大多数采用磁簧开关。2)光束遮断式探测器(又称为主动红外探器)：能够探测光束是否被遮断的探测器，目前用得最多的是红外线对射式。由一个红外线发射器和一个接收器，以相对方式布置组成,当非法入侵者横跨门窗或其他防护区域时，挡住了不可见的红外光束，从而引发报警。为防止非法入侵者可能利另一个红外光束来瞒过探测器，所以探测器的红外线必须先调制到指定的频率再发送出去，而接收器也必须配有频率与相位鉴别电路来判别光束的真伪或防止日光等光源的干扰。一般较多被用于周界防护探测器。3)被动式红外探测器(又称热感式红外探测器)：不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。任何物体，包括生物和矿物体，因表面温度不同都会发出强弱不同的红外线，各种不同物体辐射的红外线波长也不同，人体辐射的红外线波长是在10um左右，而被动式红外探测器件的探测波范围在814um，因此能较好地探测到活动的人体跨入禁区段，从而发出报警信号。被动式红外探测器按结构、警戒范围及探测距离的不同可分为单波束型和多波束型两种。单波束型采用反射聚焦式光学系统，其警戒视角较窄一般小于50o，但作用距离较远(可达百米)。多波束型采用透镜聚集式光学系统，用于大视角警戒，可达90o，作用距离一般只有几米到十几米。一般用于对重要出入口入侵警戒及区域防护。4)玻璃破碎探测器：通常利用压电式拾音器，装在面对玻璃的位置。它只对高频的玻璃破碎声音进行有效的检测，不会受到玻璃本身震动的影响。目前普遍应于玻璃门、窗的防护。5)振动探测器：用于铁门、窗户等通道和防止重要物品被人移动的场合，以机械惯性式和压电效应式两种为主。机械惯性式是利用软簧片终端的重锤受到振动产生惯性摆动，振幅足够大时，碰到旁边的另一金属片而引起报警；压电效应式是利用压电材料振动导致机械变形而产生电气特性变化的特性，检测电路根据其特性的变化来判断振动大小并报警。由于机械式容易锈蚀，且体积较大，已逐渐由压电式替代。6)视频探测器(又称为景像探测器)：多采用电荷耦合器件CCD作为遥测传感器，通过检测被检测区域的图像变化来报警的一种装置。由于是通过检测因移动目标闯入摄像机的监视视野而引起电视图像的变化，所以又称为视频运动探测器或动目标探测报警器。视频报警器利用模拟数字转换器，把图像的像素转换成数字信号存在存储器中，然后与以后每一幅图像相比较，如果有很大的差异，说明有物体的移动2报警控制中心能立即通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。智能建筑的防盗报警系统负责对建筑内外各个点、线、面和区域实行巡查报警任务，它一般由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分组成，最底层是探测器和执行设备，负责探测非法入侵人员，有异常情况时发出声光报警，同时向区域控制器发送信息。区域控制器负责对下层探测设备的管理，同时向控制中心传送区域报警情况。通常一个区域控制器、探测器加上声光报警设备就可以构成一个简单的报警系统，但对于智能建筑来说，必须设置安保控制中心，能起到对整个防盗报警系统的管理和安防系统集成管理的作用。1）对设防区域的非法入侵进行实时、可靠和正确无误的报警和复核。误报警应降低到可以接受的极低限度。漏报警是绝对不允许的，2）为预防抢劫或人员受到威胁，系统应设置紧急报警装置和留有与110公安报警中心联网的接口。3）系统应能按时间、按部位、区域任意编程、设防或撤防。3报警信号传输报警信号常用编码控制，编码控制是将全部控制命令数字化(调制)后再传输，到控制设备后再解调，还原成直接控制量，可节约线缆。这种方式传输距离长，目前工程中采用较多。采用了较为可靠又廉价的线缆，即用非屏蔽护套软信号电缆传输。4管槽敷设为防止电磁干扰和外电源及变频电梯等干扰，电缆应敷设在接地良好的金属管或金属桥架，以及PVC线管敷设，同时保护线缆。5设备清单 1报警系统主机VISTA-120台1 2一防区扩展器4293SN台102 3操作键盘6148CH个1 4红外探测器200ABT-200个27 5红外探测器100ABT-100个48 6红外探测器60ABT-60个5 7红外探测器30ABT-30个15 8红外探测器20ABT-20个7 9紧急按钮PB-2个13 12警卫中心软件GCW2000-1.51套1 14蓄电池BT127个51 15电脑串行接口4100SM个1 20主控电脑P4/512M/80GB/17套1 21电缆RVV2x0.5米 22电缆RVV6x0.5米 23电缆RVVP2x1米 24电源电缆RVV3x1.0米 25镀锌线管DN20根 6设计流程三。单片机电路设计1电路图2电路介绍 本系统电路设计主要有三部分组成：红外探测电路、微波探测电路、单片机控制电路。我们重点介绍单片机电路。我们所采用的AT89C2051单片机是一款兼容标准MCS一51指令的功能强大的单片机，虽然它只有20个引脚，但它包含甚至超出了标准40脚封装单片机的所有功能。 单片机控制电路有红外、微波两个报警触发信号输入(图3中INT0、INT1)，三种工作状态：单路触发报警状态、双路触发报警状态和睡眠状态，分别由三个LED灯指示(图3中R15、R20、R21)，通过设计面板上的按钮(图3中S2、s3)和单片机控制电路可以在三种检测状态之间进行切换。系统工作于单路触发报警状态时，红外、微波探测电路中只要由一路触发报警，单片机就做出报警的响应(驱动音频电路模仿发出报警声)；系统工作于双路触发报警状态和睡眠状态时，必须两路同时发出触发信号，或在一定的延时时间内相继触发，单片机才做出报警的响应；系统工作于睡眠状态时，对任何触发信号不做出响应。当然，这种切换模式还可以根据用户自己的需求进行相应的改良工作，比如可以做到不进行现场报警，但将触发的报警信号通过内网或传输线传输至电脑，以达到现场监控的目的(睡眠状态)。单片机程序设计流程如图2所示，可采用C语言进行编写，电路设计如图3所示。四 红外防盗报警系统组成及工作原理概述本系统共分成四大块：热释红外感应模块、主动式红外发射接收块、声光报警和串口通信块。系统以微处理器进行智能控制，随时检查是否有红外物体在所属区域活动，一但发现，立即进行声光报警，并将这一结果通知主监控系统，同时我们的红外感模块还能判别白天或黑夜进行工作。本系统框图如图1。图1系统组成图1 微处理器及其任务该系统我们选MS-51系列单机，AT89C2051作为主CPU进行各项工作的处理。AT89C2051有2K FLASH；128字节RAM；15条I/O引线；2个16位定时器/计数器；一个5向量2级中断结构；一个全双工串行口；一个精密模拟比较器以及片内震荡器和时钟电路。此外，AT89C2051是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节能工作方式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉点方式保持RAM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。主要性能 和MCS51产品兼容。 2KB可重编程Flash存储器。 耐久性：1000次写/擦除。 2.76V的操作范围。 全静态操作：0Hz24MHz. 2极加密程序存储器。 1288位内部RAM。 15条可编程I/O引线。 2个16位定时器/计数器。 6个中断源。 可编程串行UART通道。 直接LED驱动输出。 片内模拟比较器。 低功耗空载和掉电方式。本设计红外的检测，CPU采用中断的方式进工作。当检测到所属区域发生变化时，中断口有信号变化，从面达到监测目的。用单片机的P3.2、P3.3两个端口。声光报警用P1.0口。串口通信用P3.0、P3.1和总控系统通信。系统硬件如图2。图2微处理器硬件图2 被动式热释电红外电路的设计此电路由热释电传感器(带菲涅尔透镜)，带通放大器，比较电路，光控电路和输出电路组成，组成框图如图3。图3被动式电路框图菲涅尔透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦、集中，以提高探测灵敏度。热释电传感器的功能是将人体辐射出为的特定波长的红外线检测到，并产生微的电信号。如果没有透镜，探测距离只有13米，使用菲涅尔透镜后一般能达到10米以上，因此菲涅尔透镜的作用相当重要。带通放大器，由于热释电传感器输出的电脉冲信号幅度很小，其频率约在0.310Hz左右，是属于超低频信号，因而，需要高增益低噪声、低频带通放大，进行高增益放大处理，才能送到下一级电路。放大增益约为7075dB。比较器，为了有效抑制噪声干扰，是提高模块的工作可靠性，降低误动作的概率，感应模块内设置了电压比较器。电压比较器一般采用双限窗口比较器，它有一个门限电，此值越大，抗干扰能力强，但灵敏度降度随之下降，此值小，易受干扰而产生误动作。当放大器的输出信号到比较器，其幅值达到比较器的门限值时，比较器输出脉冲信号。光控电路，该电路主要是利用光敏电阻对光敏感的特性，对输入到比较器的信号进控制，可灵活的让其工作在白天或者晚上，这样就很好的起到了光控的目的。输出电路，经过上述电路的处理后，在输了端就会满足，当有红外生物经过所属区域时，输出端就是表现为高电平；反之，就输出低电平，利用这一点，就可以很好的和微处理器接口。下图4为本设计的电路图:图4热释电感应原理图 如图所示，左端D为热释电红外传感器，3 脚为电源连接端，2脚为接地端，1脚为输出端。经1脚输出后，首先需要一匹配电阻，约为47K。再通过C147UF的电容耦合到放大器U1反相输入端，U1、U2组成带通滤波器和增益放大器，带通滤波器的下限截止频率由R4、C1决定，上限截止频率由R3、C5决定，放大的U1的增益由R5，R4决定（R5/R4），U2的增益由R9、R8决定（R9/R8），放大器的电压增益可以用放大倍数取对数得到（20LgAv），两级放大电路的总增益为70dB。电阻R3、R4、R6、R7组成偏置电路，将两能运放偏置电压设在1/2VCC上。R10、R11、R12、R13、W、D1、D2、U3、U4组成双限比较电路，比较的基准电压由R10、R11、R12、R13决定。U3的反相输入端设置为大于1/2VCC，耍U4的同相输入端设置小于1/2VCC，U2静态时输出为1/2VCC。此时，当红外传感器没有感到红外线时，放大器U2输出为1/2VCC，可推断，U3同相端小于反相端，输出低电平，同理可得U4输出也为低电平；当有红外线时，U2将会输出一个相对于1/2VCC的脉冲信号。当U2为正脉冲时，可分析，U3将会输出高电平，U4将会输出低电平；当U2输出为负脉冲时，U3将会输出低电平，而U4将会输出高电平，也就是说只有感应到红外线输出端都会有正脉冲输出，图中，D1、D2主要起隔立作用，防止当一个出现高电平时，被另一个短路掉。图C7、C8为电源退耦电容。电阻R23为光敏电阻，阻值是随着光的增强而减小的，此电路中，当晚上光线比较暗，阻值较大，U3、U4的门限值较高，检测到的红外线不容易得到输出，白天，光线较强，门限值减小，按正常设定报警，进而达到光控的目的。最后输出和单片机相接，实现智能控制。a) 主动式红外电路的设计主动式红外电路包含两个部分：一部分为红外发射电路；另一部分为红外接收电路。电路由红外发射部发出一束红外光，由红外接收电路检测出发出的红外光，正常情况对发对收不会发出报警，当有移动物体遮挡住红外光线时，接收电路不能接收到红外光，电路发出声光报警。从而达到防盗目的。发射电路，我们采用采普通红外发射管，试应用场合的不同，还可以采用大功率的红外发射管，以提高检测距离，由单片机2051来进行编码，硬件电路如图5。图中由P1.0口输出外电路接一三极管配合红外发射管，进行红外线的发射。同时发射电图5主动式红外发射电路 红外发射也采用编码方式发射，以脉宽调制的串码作为红外信号传输。通常以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms，周期为1.125ms的组合表示二进“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms，周期为2.25ms的组合表示二进制“1”，其“0”、“1”的波形图如图6。我们发射不图6红外编码格式就这样发单独发射，采用调制的方式。将上图的编码格式调制在高频载波上面，这样不仅仅节省频带资源，同时利于远距离传送，提高抗干扰能力。我们的接收采用HS0038，它要求我们把发射码调制在38KHz的载波上面发射，所以我们在软件编程时要作一个38KHz的方波信号，同时要设计0.565ms、0.56ms、1.68ms的时间控制电路。 接收电路用HS0038作接收。因为此电路内部已集成了滤波、AGC、解调电路，其输出就能判别逻辑 “0” 、 “1”。内部结构图如图7。1脚为信号输出端，2脚为接地端，3脚为电源连接端。图7HS0038内部结构图 在本设计中，硬件采用图8所示： 图8红外接收部分硬件图 如图所示，红外接收头，接收到红外光，然后在内部滤波解调还原出编码信号，在本设计中，我们要求发射电路始终发射一逻辑“1”，那么经解调后，在1脚输出端输出脉宽为“1”的信号，一旦当检测不到“1”，说明电路中可能有物体或者其它什么挡住了，我们发射的红外光，此时，立即通知主CPU要求发出报警信号，并通过串口向总控系统发出报警信号。b) 报警电路的设计当红外探测设备检测到有异常情况发生时，立即发出一段报警信息能单片机P1.0输出，让扬声器发出报警声，同时发光管发光，如图9所示：图9报警电路 如图所示，单片机的P1.0口输出后加到三极管Q2的基极，Q2集电极接一继电器，发射极接地。当基极为高电平时，经倒相后集电极输出为低电平，继电器K线圈中有电流流过产生磁场，使开关K吸合，电源一方面通过R20加到蜂鸣器或扬声器相端，使之发声；另一方面通过R22加到发光二极管两端，使之发光。当单片机端口输出高电平时，三极管Q2截止，集电极输出高电平，继电器不被吸合，因此，蜂鸣器，发光管自然也不会发声，发光。电路中，二极管D2主要起一个隔立作用，使电流不要倒流。 在程序中，我们只要让P1.0口输出不同频率的信号，在蜂鸣器中就会发不同的声音，发光管也不停的闪烁，进而达到声光报警的目的。c) 数据通信的设计数据通信主要是利用单片机已有的串口进行，本设计中主要是向主监控传信号，如果要在被监控场所形成一小型局域网，那么可以采用RS-232转RS-485这样既简单，又经济的网络，达到整个系统智能化。我们用2051单片机内部提的串行通信模块进行数据传输。该串口可以工作于同步和异步通信方式，当工作于异步时，它具有全双工的操作功能，也就是说，它可以同时进行数据的发送与接收，串行口内的接收器采用的是双缓冲结构，能够在接收到的第一个字节从接收寄存读走之前就开始接收第二个字节，串口的发送和接收操作都是通过特殊功能寄存器中的数据缓冲寄存器SBUF进行的，但在SBUF的内部，接收寄存器和发送寄存器在物理结构上是完全独立的。如果将数据写入SBUF，数据会被送入发送寄存器准备发送。如果执行SBUF指令，测读出的数据一定来自接收缓冲器，因此，CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问2个不同是寄存器。它有四种不同的工作方式，我们在应用时，针对不同的需求，选择不同的方式。RS-232原是基于公用电话网的一种串行通信标准，推的最大电缆长度为15米，即传输距离一般不超过15M，也就是上面我们提到的RS-485这个概念，比如说，我们要在一个小区内建立多个防盗监控设备，要求各个端口都要入网，那么我们就不用简单的用RS-323这个标准了，因为距离太近了，用RS-485则可解决。它的逻辑电平以公地为对称，其逻辑“0”电平规定在+3+25V之间，逻辑“1”电平则在-3-25V之间，因而它不仅要使用下负极性的双电源，而且传统的TTL等数字电路的逻辑电平不兼容，两者之间必须使用电平转换。这个电平转换可采用MAXIM公司的Max232、Max220、Max232A等芯片来完成，它的结构如图10所示。图10Max232结构图本设计的串行通信硬件电路如图11图11串行通信硬件电路 如图所示，单片机的串口P3.0、P3.1分别为RXD、TXD，串行数据接收端，串行数据发送端。这两个端口不能直接和其它微处接口，必需通过中间的电平变换电路才行，也就是上述所示的Max23作为接口芯片，再通过9针的连接口传输，达到双向通信的目的。3 部分程序代码整个系统的程序也分成四个部分，被动式红外感应电路的识别程序、红外编码程序、红接收程序、报警程序、串行通信程序等几个部分，如下为程序框图12和程序代码。图12 a主程序框图 b热释电红外报警程序框图 C红外光发码程序d红外线解码程序框图如下为解码程序：说明：如下为红外线解码程序，解码主要是判断“0”“1”，我们在发码电路中，让其始终发“1”，这样在解码电路采用中断方式，用INT1下降沿中断，只要发生了中断，说明0.56ms的低电平已来到，我们在调1ms的延时，再检测是否为高电平，如果是说明已收到对方发射的红外光，如果不是，说明没收到红外光，可能发生险情，立即作出相应的处理(在程序处里时，我们连续检测三次，以确宝可靠性)。IN1 EQU P3.1TMP EQU 30HCOUNT EQU 31HFLAG EQU 32HIN： CLR EA PUSH ACC LCALL DEL /调1ms的延时 MOV A，P3 MOV R0，#02 ANL A，R0 CLR C SUBB A，#02 MOV A，C ADD A，FLAG MOV FLAG，A ADD A，#1 MOV COUNT，A /判三次，都相同说明无异常情况 MOV A，#03 S