家庭住宅智能化：防灾报警（防盗.防火.防煤气）

家庭住宅智能化 防灾报警 防盗 防火 防煤气 摘要 根据目前家用防火防盗报警系统现状以及所存在的主要问题 介绍了一种基于公用 电话网的家庭智能防火防盗报警系统 系统采用烟雾传感器 温度传感器 远红外线传感 器 微波传感器和一氧化碳探测器集作为检测元件 以单片机作为控制核心 利用 DTMF 信号收发芯片 集成语音芯片等完成智能报警功能 多传感器的综合使用实现了低误报率 增强了系统的可靠性 1 引言 随着经济的发展 生活水平的日益提高 人们对居住环境的要求也日渐提高 希望住宅不 仅更便利 舒适而且更安全 家庭防火防盗问题就成为人们极为关心的问题 近年来 防 火防盗报警装置已成为银行 商店 办公室 居民区 宾馆 库房 住宅等场所普遍应用 的设备 为维护社会治安 保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用 但是由于经济 技术的各种原因 目前防火防盗报警系统设计不尽合理的情况比较普遍 在信号检测 信 号处理上面还存在一定问题 致使一些系统经常出现误报或者漏报 报警系统不动作 误 动作率比较高 正是基于目前这种现状 本文提出一种基于公用电话网 多传感器综合应 用的新型家庭防火防盗智能报警系统的设计思想 该系统是以烟雾传感器 温度传感器 远红外线传感器 微波传感器和 CO 传感器为检测元件 以 89C51 单片机为控制核心 组 成的一种自动防火防盗报警系统 它可以通过多种方式进行报警和预警 并借助电话等现 代化通讯手段进行信息传递 系统有两种报警类型 即火灾报警和非法侵入报警 盗情 系统采用多传感器电路检测火灾的发生和人体侵入 一旦出现火灾或是出现非法侵入 传 感器检测电路发出信号 向单片机申请中断 单片机响应中断后 启动自动拨号电路 根 据报警类型的不同拨打不同的电话号码 发送不同的报警信息 比如 到发生非法侵入的 时候 系统自动拨打 110 并在确认对方已摘机的情况下 启动语音报电路 报出非法入 侵现场位置等信息 同时 还可以拨打用户事先预置的电话 手机等 直接向用户报警 这些报警信息的内容和电话号码可以由用户自己设置 存储 还可以随时修改 发生火灾 的处理方式与此类同 本系统与电话机并联 只在报警期间占用电话线路 报警结束后与 电话线路脱离 不影响电话的正常使用 2 系统硬件设计 防火防盗智能报警系统硬件主要由七大部分组成 传感器检测电路部分 主控单元单片机 DTMF 拨号电路 语音报警电路 键盘接口电路及显示电路 忙音 回铃音检测电路以及 区域控制中心的计算机接口电路 系统硬件结构框图如图 1 所示 1 图 1 报警系统框图 该智能报警系统可以实现如下功能 防火 防盗报警 89C51 单片机对双音多频 DTMF 编 译码器的控制 使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换 实现 对各种传感器的信号检测和控制 DTMF 拨号电路与 89C51 单片机通过电话网络完成住宅 与外部的联络 当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控制部分 89C51 单 片机处 单片机通过接口电路对读取的电平进行处理 然后控制双音多频拨号芯片向电话 线路拨出电话号码 与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到电话线路 实现 语音报警 拨号完成后接听回铃声后 模拟挂机 从而完成向区域控制中心的单位保卫科 110 119 报警台单位电话机或用户发出呼叫信号 告知对方住宅被盗或有火灾发生 2 1 传感器检测电路 本电路负责各种异常信号的采集和转换 同时向主控部分发送信息 它主要由五种传感器 组成 1 光电感烟探测器 整个电路主要分为红外脉冲发射部分和接收部分 一旦发生火灾 烟雾中的细微颗粒将对 红外脉冲发生漫反射 并变换成相应的电信号 该信号由运放交流放大后经比较器送单片 机处理并报警 电路原理图如图 2 所示 图 2 光电感烟探测器原理图 2 温度探测器 温度探测器使用数字温度传感器 DS1820 它有三个引脚 是将温度传感器和信号调理电路 集成在一块芯片中 节省了外围硬件 使用非常方便 在本系统中 温度传感器和烟雾传感器一起实现火灾检测 如果温度和烟雾同时超标 表 示发生火灾报警 如只是一项超标 表示参数异常 只是预警 预警与报警的区别主要在 于发送的语音信箱不同 预警时通知用户温度 或烟雾 偏高 以提醒用户注意 而报警 则是通知 119 或用户现场发生火灾 温度和烟雾信号合成的火灾信号 与键盘中断信号共用 89C51 的 INT0 外部中输入端 如 图 3 所示 2 图 3 中断信号连接示意图 当现场温度或烟雾出现超过设定值 或是有键盘操作时 触发 INT0 中断 协调执行火灾 及键盘中断服务程序 在中断服务程序中查询 P2 0 和 P2 1 若 P2 0 0 P2 1 0 说明发生 火灾 则转入火灾处理程序 进行火灾报警 若 P2 0 0 P2 1 1 表示温度异常 则转入 温度处理程序 进行高温预警 若 P2 0 1 P2 1 0 表示烟雾异常 则转入烟雾处理程 序 进行烟雾预警 若 P2 0 1 P2 1 1 表示有键盘操作 则转入键盘处理程序 对用户 输入的报警号码等数字信息进行显示何存储 3 CO 气体探测器 CO 气体探测器是采用 MGS1100 一氧化碳传感器作为 CO 敏感元件 对 CO 响应的选择性 好 具有灵敏度高 稳定性好等特点 在信号采集的同时加于温度补偿 该传感器主要作 为火灾辅助检测 和上述的光电感烟探测器和温度探测器结合使用 GTB20型单点壁挂式煤气检测报警器 以下简称报警器 是一种固定式可连续检测作业 环境中可燃性气体浓度 有毒有害气体浓度的仪器 该检测报警器为自然扩散方式检测气 体浓度 采用进口电化学传感器或催化燃烧式传感器 具有极好的灵敏度和出色的重复性 大屏幕液晶屏实时显示泄漏气体的浓度值 超过预设报警点立即启动声光报警信号或驱动 排风系统 国际标准 4 20mA 信号可直接接入工厂 DCS 系统 RS485数字信号与工厂 上位机连接 仪器采用嵌入式微控制技术 全中文菜单操作简单 功能齐全 可靠性高 整机性能居国内领先水平 产品特点 仪器采用先进的 16 位超低功耗嵌入式微控制器 128 64点阵超大液晶显示 用户可自行设置高低报警点 全中文菜单方便国内用户使用 首次报警时间显示功能 具有实时时钟功能 可更换的模块化传感器 自动校准功能 减小测量误差 报警记录自动存储 1000条 备用电池非报警状态下可工作 20小时以上 用户选配 标准 4 20mA 信号可直接接入工厂 DCS 系统 用户选配 RS485数字信号与工厂上位机连接 用户选配 技术指标 测量范围 见附表 适用气体 可燃气体 氧气 有毒有害性气体 报 警 点 参见附表 显示误差 3 F S 响应时间 T90 30s 显示方式 128 64点阵液晶屏实时显示数据及系统状态 报警提示 广角高亮发光指示 100dB 蜂鸣音随浓度增加频率加大 报 警 点 一级报警 用户设定 二级报警 用户设定 报警输出 两路继电器输出 容量 AC 220V 2A 信号输出 国际标准 4 20mA 信号可直接接入工厂 DCS 系统 用户选配 RS485数字信号与工厂上位机连接 用户选配 工作环境 30 50 湿度 95 RH 无结露 工作电压 AC 220V 50Hz 非报警状态下备用电池供电可连续工作 20小时以上 可燃气体可连续工作8小时 用户选 配 防护等级 IP65 重 量 约1200g 包含电池 检测气体种类表 气体种类标准量程可选量程分辨率反映时间 T90 氧气 O20 25 VOL 0 30 0 1 VOL 30秒 一氧化碳 CO 0 1000ppm 0 250 500 200 0 1PPM 30秒 硫化氢 H2S0 200ppm 0 30 50 2000 1PPM 30秒 氢氰酸 HCN0 100ppm 0 50 200 1PPM 30秒 氯气 CL20 20ppm 0 5 10 100 0 1PPM 30秒 臭气 O30 5ppm 0 2 10 100 0 01PPM 30秒 煤气 NH30 100ppm 0 25 100 1PPM 30秒 氢气 H20 1000ppm 0 500 2000 1PPM 30秒 二氧化氮 NO20 20ppm 0 10 50 100 0 5PPM 30秒 可燃气 Ex0 100 LEL无1 LEL 30秒 氯化氢 HCL0 50ppm 0 20 0 5PPM 30秒 二氧化硫 SO20 20ppm 0 10 50 100 1PPM 30秒 未列气体种类与本公司联系 4 远红外线防盗探测器 采用远红外线传感器作为防盗信号检测手段 具有价格便宜 抗干扰性能好 工作范围广 等优点 该电路所产生的盗情信号接到 89C51 的 INT1 外部中断输入端 当检测范围内有 人体活动时 检测电路输出一系列脉冲信号 引起 INT1 中断 系统执行盗情中断服务程 序 在实际应用过程中 该传感器可安装于需要监控的任何地方 并可通过开关设定为监 控和监控解除两种工作状态 5 微波防盗探测器 微波防盗探测器是由 MOS 场效应管 C3355 电阻和电容组成的高频振荡电路 电路产生 微波信号后经过人或物体反射和原信号产生频移 微小的频移信号经过放大处理后输出报 警信号 报警范围实测约为 7 8m 可有效地进行实时探测 微波防盗探测器原理图如图 4 所示 1 图 4 微波防盗探测器原理图 防盗探测器电路是由以上两种类型探测器组成 在单片机内部进行信号处理时 将探测到 的红外和微波两种信号进行与运算 只有同时检测到两个传感器端口信号时 主机才会发 出盗情报警信号 否则不予报警 2 2 DTMF 拨号电路 系统使用 MK8870 型 DTMF 拨号专用芯片 该芯片原本是行列式按键输入芯片 即 4 条行 线及 4 条列线组成 16 个按键 实践证明 该芯片不但具有行列式键盘输入 而且与 51 系 列单片机具有良好的接口性能 如图 5 所示 系统利用 89C51 完成对拨号芯片的控制 其 中 R8 C5 为复位元件 完成上电复位 JT1 使用 6MHz 晶体 这里用 P1 口的 8 根线完成 对拨号芯片的控制 图 5 DTMF 拨号电路 电路中电话号码的拨出方式采用双音多频拨号方式 电话号码的拨出 是利用控制 MK8870 型 DTMF 拨号专用芯片的键盘行列输入端 R1 R4 和 C1 C4 来实现的 首先要使 相应的行线和列线接通一段时间 然后再断开一段时间 这样芯片便将双音多频信号送到 电话交换机网络 实现电话拨号 2 3 语音报警电路 系统采用了语音芯片 APR9600 构成语音电路 该部分电路如图 6 所示 主要由语音电路 译码器和电子开关组成 2 图 6 语音报警电路框图 语音电路 APR9600 采用模拟存储技术 噪音低 不怕断电 可以反复录放 语音信息可以 分八段存放 分别用八个按键控制 按下哪个键就可以录 放哪一段而不影响其它段 本 系统中的语音信息分为两大类 预警信息和报警信息 其中预警又分为温度偏高预警和烟 雾过大预警 报警分为火警和盗警 使用时 用户可以通过简单地按键操作 随时录制和 播放任意一段 当出现预警或报警时 单片机通过 P2 2 P2 4 控制电子开关实现