智能住宅安全防范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

宋玲

摘要：當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財(cái)產(chǎn)安全越來越重視，并采取了許多措施保護(hù)家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網(wǎng)，但也存在有礙美觀、不符合防火要求、不能有效防止壞人的入侵等缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：報(bào)警系統(tǒng)；智能住宅；緊急呼叫

目前，市場上存在著各種各樣的家居安防、防火防盜報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)誤報(bào)率較高、可靠性比較差。

鑒于此，本課題旨在設(shè)計(jì)出一種低誤報(bào)率、可靠性高的智能住宅安全防范系統(tǒng)。它集防火防盜功能于一體，可實(shí)現(xiàn)自動檢測與自動電話撥號報(bào)警。此次設(shè)計(jì)以MCS-51系列單片機(jī)AT89S51為核心，結(jié)合外圍無線編碼接收電路、數(shù)字語音錄放電路、通話電路，以及其它的一些外圍輔助電路，構(gòu)成了一款高性能的智能無線安防報(bào)警器。其中，紅外探測器及微波探測器實(shí)現(xiàn)盜情報(bào)警；以溫度探測器和光電感煙探測器集為一體構(gòu)成的復(fù)合式火災(zāi)探測器可完成火災(zāi)報(bào)警。而且本系統(tǒng)分別從硬件和軟件兩方面進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了低誤報(bào)率，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

一、系統(tǒng)需求分析

在由市房產(chǎn)信息中心人員的配合下，項(xiàng)目組經(jīng)過為期3個月的考察后總結(jié)出下面章節(jié)描述的智能住宅安防系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀?？傮w來講，目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對家庭生命財(cái)產(chǎn)安全越來越重視，并采取了許多措施來保護(hù)家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網(wǎng)，但也存在有礙美觀的問題，且不符合防火要求，不能有效地防止壞人的入侵?，F(xiàn)在市場上存在著各種各樣的家居安防、防火防盜報(bào)警系統(tǒng)，但它們大都是由傳統(tǒng)的感應(yīng)器和程控裝置等部件構(gòu)成。就其中的火災(zāi)報(bào)警而言，目前出現(xiàn)的大型組合火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，一般是根據(jù)災(zāi)前檢知的光、熱、煙、氣、味等個別異常或是否達(dá)到某種額定值來做出判斷的，存在誤報(bào)及可靠性有待增進(jìn)的問題。

二、智能住宅安防系統(tǒng)功能

針對現(xiàn)狀，在開發(fā)智能住宅安全防范系統(tǒng)的過程中，研發(fā)組確定了本智能住宅安全防范系統(tǒng)的功能：

能同時對所防范的區(qū)域進(jìn)行火情、盜情檢測，確認(rèn)后及時傳送信號給CPU。流程圖如圖1所示。

報(bào)警器能自動撥號并通過語音電路進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。流程圖如圖2所示。

其中防盜系統(tǒng)遠(yuǎn)程報(bào)警結(jié)束后，安裝在室內(nèi)的聲光報(bào)警系統(tǒng)會啟動，對盜竊分子起一個震懾作用。流程圖如圖3所示。

住宅內(nèi)設(shè)置緊急呼叫系統(tǒng)，可使家中行動不便的老人方便使用四鍵遙控報(bào)警求助。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

智能住宅安全防范系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是從我國住宅的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)各相關(guān)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展情況，為滿足新時期居民的居住需求，以實(shí)現(xiàn)智能化報(bào)警來確定的。

本課題從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)一種家庭用、與電話線連接、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠的遠(yuǎn)程智能防火防盜報(bào)警裝置。本系統(tǒng)可同時監(jiān)視多個重要點(diǎn)（如門、窗等），發(fā)現(xiàn)火情、盜情并通過電話網(wǎng)絡(luò)及時自動撥號語音報(bào)警以及室內(nèi)威懾報(bào)警和老人使用方便的四鍵遙控報(bào)警求助。系統(tǒng)總體構(gòu)成框圖如圖5所示。

本系統(tǒng)的探測器安裝于居民住宅內(nèi)，由不同類型的探測器同時對住宅進(jìn)行監(jiān)測，并把探測到的數(shù)據(jù)傳送給CPU，而CPU則對從各個探測器采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；當(dāng)出現(xiàn)異情時，通過家中的電話線自動撥號遠(yuǎn)程報(bào)警，同時LED就地報(bào)警。系統(tǒng)不需要另外占用電話線路，當(dāng)有報(bào)警信號時，報(bào)警電話享有電話線路的優(yōu)先權(quán)。

（二）智能住宅安防系統(tǒng)的基本工作過程

在智能住宅安防系統(tǒng)的防范報(bào)警現(xiàn)場，一旦有人入侵、發(fā)生火災(zāi)或有人求救等緊急情況發(fā)生時，與之相應(yīng)的探測器則會立即向CPU發(fā)出警情信號；接到警情信號后，CPU立即進(jìn)行確認(rèn)（多次巡檢探測信號），若50s后無人解除警情，同時警情確認(rèn)無誤后，則通過電話網(wǎng)撥打預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警電話號碼進(jìn)行語音報(bào)警；另外，當(dāng)語音報(bào)警結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場聲（蜂鳴器）、光（LED）報(bào)警，對盜匪起一個震懾作用；行動不便或突發(fā)疾病的老人使用方便四鍵遙控報(bào)警求助。

（三）防火、防盜探測器設(shè)計(jì)

1、防盜探測器

本課題設(shè)計(jì)的防盜探測器是由紅外探測器與微波探測器組成的雙鑒探測器。較之以往的紅外或微波單信號探測器，其誤報(bào)率明顯下降。

2、防火探測器

防火探測器將對被保護(hù)區(qū)域進(jìn)行不間斷的監(jiān)視和探測，把火災(zāi)初期階段能引起火災(zāi)的參數(shù)盡早、及時、準(zhǔn)確地檢測出來通報(bào)單片機(jī)，并由CPU確認(rèn)后進(jìn)行報(bào)警。

（四）智能報(bào)警控制器設(shè)計(jì)

1、智能報(bào)警控制器總體設(shè)計(jì)

智能報(bào)警控制器是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，報(bào)警器組成框圖如圖8所示，主要包括撥號電路、語音電路和電話接口電路。

2、智能報(bào)警控制器硬件設(shè)計(jì)

A.AT89S51單片機(jī)

AT89S51單片機(jī)是ATMEL公司推出的一款在系統(tǒng)可編程ISP 單片機(jī)，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程、可擦除、只讀存儲器的低壓電壓、高性能CMOS 8位微處理器。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

B.自動撥號及語音報(bào)警電路

本次設(shè)計(jì)的自動撥號電路可通過電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動呼叫，對所提供機(jī)構(gòu)或人員發(fā)出求救信號，簡述事故性質(zhì)及地點(diǎn)，使救援人員采取相應(yīng)措施來制止事故。

3、智能報(bào)警控制器軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，主程序通過調(diào)用子程序以實(shí)現(xiàn)各部分功能。在程序的設(shè)計(jì)過程中，我們將先進(jìn)行軟件的總體設(shè)計(jì)，將軟件分為多個功能模塊，然后進(jìn)行各功能模塊設(shè)計(jì)；各功能模塊都調(diào)試通過后，再將它們根據(jù)總體設(shè)計(jì)的主流程組合起來成為最終的應(yīng)用軟件。根據(jù)流程要求、總體設(shè)計(jì)方案的要求和硬件電路的功能，我們將軟件設(shè)計(jì)分為鍵盤掃描模塊、自動撥號模塊、DTMF收發(fā)模塊和語音模塊等。

4、系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計(jì)

用戶端自動報(bào)警器以及中央控制器要在住宅中完成多種探測器的數(shù)據(jù)交換，易受到各種干擾的侵犯。各種干擾根據(jù)其來源的不同，主要有空間干擾（通過電磁輻射進(jìn)入）、過程通道干擾（通過與自動報(bào)警器及中央控制器相連的前向和后向通道進(jìn)入）、供電系統(tǒng)干擾等。這些不良因素將對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響和損害。

5、系統(tǒng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于程序及一些重要參數(shù)都存儲在ROM中，這就為軟件的抗干擾創(chuàng)造了良好的前提條件?？刂葡到y(tǒng)受干擾后反應(yīng)在單片機(jī)上，就是所謂的“沖程序”，即程序指針亂跳，出現(xiàn)程序跑飛和非法死循環(huán)，導(dǎo)致程序失控。因此，需對單片機(jī)系統(tǒng)采取一些有效措施。

四、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（一）智能報(bào)警系統(tǒng)主流程

當(dāng)接收到熱釋電傳感器等發(fā)來的無線報(bào)警信號后，CPU立即發(fā)出報(bào)警信號，通過電話線傳到遠(yuǎn)程用戶。報(bào)警方式如下：用戶通過輸入設(shè)備儲存6個報(bào)警電話，將它們存入X25045存儲器中；當(dāng)接到報(bào)警信號后，從第一個電話開始撥號，一直撥到第6個，來回?fù)?遍；如果任意一個電話回送了“#”鍵確認(rèn)后，即意味著報(bào)警信號已收到，則不再繼續(xù)撥號。每個號碼需撥號時間100ms，號碼之間留500ms的間隔。我們規(guī)定號碼長度最多不超過15位。

自動撥號子程序：該子程序的功能為進(jìn)行自動撥號。在有警情時，它將從單片機(jī)中讀取錄入的電話號碼寫入MT8888并發(fā)送該號碼。

（二）軟件代碼實(shí)現(xiàn)

（三）聯(lián)機(jī)調(diào)試

聯(lián)機(jī)調(diào)試，就是借助開發(fā)工具對所設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件進(jìn)行檢查，排除設(shè)計(jì)和焊接裝配的故障。確認(rèn)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件沒有問題后，可將軟件裝入進(jìn)行綜合調(diào)試階段。該階段主要任務(wù)是排除軟件錯誤，也解決硬件遺留下的問題。將軟件和硬件一起反復(fù)調(diào)試，并盡可能地模擬現(xiàn)場條件，包括人為地制造一些干擾等，考察聯(lián)機(jī)運(yùn)行情況，直至所有功能均能實(shí)現(xiàn)且達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為止。

聯(lián)機(jī)調(diào)試時，將應(yīng)用系統(tǒng)中的單片機(jī)芯片拔掉，插上開發(fā)工具即仿真器的仿真頭，所謂“仿真頭”實(shí)際上是一個40引腳的插頭，它是仿真器的單片機(jī)芯片信號的延伸，即單片機(jī)與仿真器共用一塊單片機(jī)芯片，當(dāng)在開發(fā)系統(tǒng)上聯(lián)機(jī)調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時，就像使用應(yīng)用系統(tǒng)中的真實(shí)的單片機(jī)一樣。借助于開發(fā)系統(tǒng)的調(diào)試功能可對其應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行各種檢查和調(diào)試。

（四）脫機(jī)運(yùn)行

聯(lián)機(jī)調(diào)試完成后，可將程序?qū)懭隕PROM或片內(nèi)ROM中，脫機(jī)運(yùn)行考核?？磻?yīng)用系統(tǒng)能否可靠、穩(wěn)定地工作，這個過程一般沒有問題。若有問題則大多出在復(fù)位、晶體振蕩、“看門狗”電路或電源方面，可針對性地予以解決。然后可將系統(tǒng)樣機(jī)現(xiàn)場運(yùn)行考核，進(jìn)一步暴露問題?，F(xiàn)場考機(jī)要考察樣機(jī)對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)能力、抗干擾能力。對樣機(jī)還需進(jìn)行較長時間的連續(xù)運(yùn)行考機(jī)老化，以充分考察系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。經(jīng)過現(xiàn)場較長時間的運(yùn)行和全面嚴(yán)格的檢測、調(diào)試完善后，確認(rèn)系統(tǒng)已穩(wěn)定、可靠并已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可定型交付使用，正式投入運(yùn)行或定型投入批量生產(chǎn)，最后整理資料，編寫技術(shù)說明書，進(jìn)行產(chǎn)品鑒定或驗(yàn)收。

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