基于RS485總線的智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】隨著智能建筑以及智能住宅小區(qū)的快速發(fā)展和人們安全防范意識的不斷提高，如何建立一個(gè)高效完善的安防系統(tǒng)成為必須解決的問題。而周界防越報(bào)警系統(tǒng)是智能小區(qū)安防系統(tǒng)的核心所在，本文提供了一種基于RS485總線的智能小區(qū)周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，利用單片機(jī)AT89S52及MAX485芯片模擬實(shí)現(xiàn)前端報(bào)警信息到監(jiān)控中心的傳送。以便安保人員對報(bào)警信息作出及時(shí)處理。

【關(guān)鍵詞】智能小區(qū)；周界防越報(bào)警系統(tǒng)；RS485；單片機(jī)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對居家的概念已從最初滿足簡單的居住到注重對住宅的人性化需求，如安全、舒適、快捷、方便的智能小區(qū)，其中安全性是智能小區(qū)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。智能小區(qū)的安防系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保護(hù)小區(qū)居民生命和財(cái)產(chǎn)安全的職責(zé)，由周界防越報(bào)警、視頻監(jiān)控、電子巡查、可視對講、出入口控制、停車場管理等子系統(tǒng)組成，其中周界防越報(bào)警子系統(tǒng)是整個(gè)智能小區(qū)安防系統(tǒng)的核心之一[1]。

2.智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)概述

智能化住宅小區(qū)周界防越系統(tǒng)是為了防止有人從非法入口擅自闖入小區(qū)，以避免各種潛在的危險(xiǎn)。為了對小區(qū)的周界進(jìn)行安

全防范，防止圍墻或柵欄有可能受到破壞及非法翻越，提高周邊的安全防范的可靠性，縮短發(fā)現(xiàn)非法入侵的時(shí)間，保證小區(qū)內(nèi)各住戶的財(cái)產(chǎn)及人身安全，根據(jù)小區(qū)周邊地形及探測器功能安裝紅外對射探測器、震動探測器、光電對射探測器。當(dāng)有人企圖非法穿越小區(qū)周界時(shí)，報(bào)警探測器就會有信號輸出，經(jīng)監(jiān)控模塊將報(bào)警信號傳送至小區(qū)管理中心的監(jiān)探網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，并在監(jiān)控主機(jī)的電子地圖上顯示出報(bào)警的地點(diǎn)信號，通知值班人員及時(shí)采取制止入侵的措施，從而完成周邊防越報(bào)警。系統(tǒng)主要包含的功能主件有：報(bào)警探測器，報(bào)警控制器和報(bào)警信息處理中心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 探測器

探測器是整個(gè)系統(tǒng)的眼，鼻，用來感知外界的信息，將其轉(zhuǎn)換成電平信號，向報(bào)警控制器傳遞[2]。探測器的種類繁多，功能各異，住宅報(bào)警系統(tǒng)中常用的探測器有：紅外對射探測器、振動探測器、光電對射探測器。紅外對射探測器利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體，再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠(yuǎn)距離，由受光器接受。當(dāng)光線被遮斷時(shí)就會發(fā)出警報(bào)；震動探測器是以偵測物體振動來報(bào)警的探測器，可預(yù)置在墻體中在非法人員通過鑿墻、

挖洞時(shí)發(fā)出報(bào)警，可以通過非法人員產(chǎn)生的震動發(fā)出報(bào)警；光電對射探測器由發(fā)射器和接收器組成，通過發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)非法人員經(jīng)過發(fā)射器和接收器之前阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生開關(guān)信號發(fā)出報(bào)警。當(dāng)報(bào)警控制器與探測器通常地理位置較近，可以用普通的兩芯線或四芯線等進(jìn)行連接。

2.2 報(bào)警控制器

報(bào)警控制器的作用是對探測器傳來的信號進(jìn)行分析、判斷和處理。首先控制器將采集各輸入端口的開關(guān)量，利用比較器將其轉(zhuǎn)換為0、1狀態(tài)信號，然后與初始狀態(tài)比較，判斷是否處于報(bào)警狀態(tài)，并按照一定的協(xié)議向封裝報(bào)警數(shù)據(jù)，發(fā)送給報(bào)警信息處理中心，通知保安采取緊急措施。

2.3 報(bào)警信息處理中心

報(bào)警信息處理中心的任務(wù)是對小區(qū)內(nèi)各報(bào)警控制器發(fā)送的報(bào)警信息進(jìn)行處理，它的主要功能包括自定義通訊協(xié)議的解釋，在電子地圖上顯示報(bào)警詳細(xì)信息，記錄報(bào)警來源和應(yīng)警情況，查詢歷史報(bào)警信息，進(jìn)行系統(tǒng)信息管理等。小區(qū)保安人員根據(jù)報(bào)警信息，可以迅速獲取報(bào)警地點(diǎn)、類型、周圍環(huán)境等信息，采取緊急措施確保智能小區(qū)住戶人身和財(cái)產(chǎn)安全。

2.4 報(bào)警信息傳輸協(xié)議

報(bào)警信息傳輸協(xié)議的選擇是保證報(bào)警信息在網(wǎng)絡(luò)中盡可能實(shí)時(shí)、可靠地傳輸?shù)年P(guān)鍵所在，電話線聯(lián)網(wǎng)方式運(yùn)營費(fèi)用高、聯(lián)網(wǎng)速度慢[3]；固然TCP/IP報(bào)警聯(lián)網(wǎng)方式具備安裝靈活、方便快捷、穩(wěn)定性及可靠性高的優(yōu)勢，然而TCP/IP報(bào)警現(xiàn)在多使用于居民小區(qū)，無線網(wǎng)絡(luò)方式接入也多使用于某些住戶已裝修好不方便另外布線的區(qū)域，這種網(wǎng)絡(luò)方式易受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，容易泄露報(bào)警信號，因此目前國內(nèi)仍以專用總線制居多。

3.設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)利用單片機(jī)芯片AT89S52開發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RS485總線的智能小區(qū)周界防盜報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的單片機(jī)芯片造價(jià)低，擴(kuò)展后前端有32個(gè)防區(qū)，完全能滿足一個(gè)中小規(guī)模高端智能小區(qū)防盜報(bào)警系統(tǒng)功能上的要求，實(shí)現(xiàn)與目前市場上采用的XI7400報(bào)警主機(jī)相同的功能；該系統(tǒng)中前端報(bào)警信號通過RS485總線傳輸至報(bào)警信息處理中心，報(bào)警信號傳輸速率快，不容易受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，安全性獨(dú)立性好；該系統(tǒng)中報(bào)警信息處理中心報(bào)警信息的顯示采用模擬地圖的方式實(shí)現(xiàn)，更加經(jīng)濟(jì)直觀。結(jié)合智能小區(qū)周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范以及安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，設(shè)計(jì)思路如下：

3.1 基于RS485總線的周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)小區(qū)周界地形及區(qū)域功能性要求選用紅外對射探測、震動探測器以及光電對射探測器，當(dāng)有報(bào)警信號傳入時(shí)，由掛在紅外上面的下位機(jī)AT89S52識別防區(qū)地址，下位機(jī)AT89S52通過撥碼開關(guān)被定義為單防區(qū)、雙防區(qū)和八防區(qū)。再通過前端發(fā)送器MAX485轉(zhuǎn)換模塊接入RS485總線，信號通過RS485總線接入總控室，再通過后端接收器MAX485轉(zhuǎn)換模塊接收到信號，將信號傳送給上位機(jī)AT89S52，上位機(jī)AT89S52接收信號并判斷地址，控制其后端對應(yīng)的的發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出響聲提醒管理官員，上位機(jī)根據(jù)所給的信號地址依次對應(yīng)防區(qū)上的模擬地圖（模擬地圖與所對應(yīng)防區(qū)事先對應(yīng)）進(jìn)行驅(qū)動發(fā)光，管理員可根據(jù)發(fā)光管的提示知道是哪個(gè)防區(qū)有報(bào)警，即可采取相應(yīng)措施。經(jīng)過硬件的調(diào)試，只要前段探測器探測到報(bào)警信號，就會觸發(fā)報(bào)警，因?yàn)椴捎肦S485傳輸不會受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，因此不容易產(chǎn)生漏報(bào)警的情況。此外采用RS485總線方式傳輸可以達(dá)到1.2km，超過距離也可通過添加中繼器加以擴(kuò)充，有效增加了所涉及的范圍。RS485總線只有2根傳輸線敷設(shè)方便，且添加終端電阻后干擾較小，所以本次設(shè)計(jì)研究具有實(shí)用性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3.2 后端顯示擴(kuò)展

AT89S52作為上位機(jī)時(shí)只有四個(gè)接口可以驅(qū)動發(fā)光二極管和蜂鳴器等報(bào)警輸出，可實(shí)現(xiàn)24路防區(qū)的報(bào)警顯示，若小區(qū)中報(bào)警點(diǎn)位多的話后端報(bào)警輸出點(diǎn)位必然不夠，因此需要擴(kuò)展，我們采用的是利用單片機(jī)與74HC595等若干芯片實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行擴(kuò)展。

3.3 報(bào)警信息處理中心模擬地圖設(shè)計(jì)

制作模擬地圖，將各個(gè)防區(qū)對應(yīng)報(bào)警點(diǎn)位都布置到模擬地圖上，上位機(jī)根據(jù)所給的信號地址依次對應(yīng)防區(qū)上的模擬地圖（模擬地圖與所對應(yīng)防區(qū)事先對應(yīng)）進(jìn)行驅(qū)動發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器也會發(fā)出提示音提示險(xiǎn)情，當(dāng)管理人員排除險(xiǎn)情后才能停止報(bào)警。

4.具體的實(shí)現(xiàn)電路

4.1 前端報(bào)警信號傳輸與后端顯示電路

下位機(jī)AT89S52單片機(jī)P1口接主動/被動紅外探測，單片機(jī)識別的語言是高級語言，即二進(jìn)制。因此直接根據(jù)紅外是否被出發(fā)作為二進(jìn)制的開關(guān)量對前端的防區(qū)進(jìn)行定義。當(dāng)單片機(jī)AT89S52接收到紅外傳來的信號時(shí)，單片機(jī)用TXD、RXD端口將信號通過MAX485芯片的DI、RO接入到RS485的A、B總線上面，后端同樣通過MAX485芯片A、B接收信號通過DI、RO接入到AT89S52單片機(jī)的TXD、RXD進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對前端地址的識別。

下位機(jī)AT89S52通過撥碼開關(guān)可定義為單防區(qū)、雙防區(qū)以及八防區(qū)模塊，上位機(jī)AT89S52先根據(jù)前兩位用來判斷防區(qū)類型，再通過后六位來判斷防區(qū)地址，后端上位機(jī)AT89S52接收到前端防區(qū)來的觸發(fā)信號時(shí)，控制相應(yīng)防區(qū)地址的報(bào)警輸出光電二極管和蜂鳴器。后端接收的單片機(jī)RET端口接復(fù)位電路，當(dāng)檢查報(bào)警完畢之后管理員可按下復(fù)位按鈕復(fù)位，重新進(jìn)行下一輪的監(jiān)控，硬件接線如圖3所示。

4.2 后端顯示電路擴(kuò)展

485總線方式的有效傳輸距離為1.2km，防區(qū)可擴(kuò)展到24路，一般的編譯碼器可實(shí)現(xiàn)8路防區(qū)的報(bào)警顯示，為了能有效地?cái)U(kuò)展，在此課程設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)并利用74HC595芯片對其進(jìn)行擴(kuò)展，如圖4所示，可以擴(kuò)展到128路。擴(kuò)展芯片74HC595的11、12、13腳分別對應(yīng)互接，為了進(jìn)行擴(kuò)展，前一個(gè)芯片的9腳連接下一個(gè)芯片的14腳，便可進(jìn)行擴(kuò)展。

5.通訊模式

本系統(tǒng)利用單片機(jī)的串行口實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)之間的多機(jī)通信模式，由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)常常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)，在由多個(gè)單片機(jī)組成的本系統(tǒng)中，只有上位機(jī)單片機(jī)是主機(jī)，其余作為單防區(qū)、雙防區(qū)、八防區(qū)地址模塊的下位機(jī)都是從機(jī)，單片機(jī)的多機(jī)通信在通信過程中需要完成三部分的內(nèi)容。

5.1 地址識別過程

在這一過程中主機(jī)發(fā)送的信息需要所有的從機(jī)都能接受，在設(shè)置串行口模式時(shí)，除從機(jī)要設(shè)置成多機(jī)通信模式，即SM2=1外，主機(jī)發(fā)送信息的第9位數(shù)據(jù)必須為“1”，即TB8=1.這是因?yàn)樵诙鄼C(jī)通信模式下，從機(jī)只有接受到的第9個(gè)數(shù)據(jù)為“1”，才會將接受到的數(shù)據(jù)設(shè)置成有效，否則將視為無效數(shù)據(jù)將其丟棄。

5.2 數(shù)據(jù)通信過程

當(dāng)主機(jī)與從機(jī)建立起聯(lián)系后，接下來的工作就是數(shù)據(jù)通信，為了能夠很好地完成數(shù)據(jù)傳送，一般情況下，這時(shí)的主機(jī)與需要通信的從機(jī)都要設(shè)置為單機(jī)通信模式，并且在整個(gè)通信過程中，通信的雙方都要保持發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位為0，防止其他的從機(jī)接受數(shù)據(jù)。

5.3 數(shù)據(jù)通信結(jié)束過程

當(dāng)某一前端報(bào)警信息上傳完畢后，即主機(jī)與此從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，要將從機(jī)重新設(shè)置回多機(jī)通信模式，以便相應(yīng)下一輪監(jiān)控。例如在本系統(tǒng)中單防區(qū)從機(jī)的地址為51H，當(dāng)主機(jī)呼叫該機(jī)時(shí)，開始數(shù)據(jù)通信：主機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)接受到命令后向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，恢復(fù)從機(jī)的多機(jī)通信模式。

6.結(jié)束語

智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)是智能小區(qū)安防系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)的完善與否也已成為衡量智能小區(qū)安防系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要依據(jù)。作者認(rèn)為各智能小區(qū)可根據(jù)各自的規(guī)模大小選擇周界防越系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，綜合考慮技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性及經(jīng)濟(jì)上的可行性，選擇適合自己的解決方案，對于中小規(guī)模高端智能小區(qū)而言本文提供的智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案既滿足了功能性要求又滿足了經(jīng)濟(jì)性要求，可供大家參考。

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作者簡介：張超敏（1987—），女，江蘇無錫人，工學(xué)碩士，現(xiàn)供職于無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，主要從事建筑電氣方面的研究。