智能防火防盗报警系统设计.docx
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智能防火防盗报警系统设计
智能防火防盗报警系统设计
摘要：
本文介绍了住宅智能化中的防盗防火报警系统。
智能化防盗防火报警系统集防盗防火功能于一体，可全天候自动检测盗警和火警，当确定警情时自动通过电话报警。
传感器采用微波探测器和温度探测器，分别对盗情和火情进行检测，当有人闯入时，微波探测器检测到盗情，然后向单片机发出中断申请，单片机控制电话拨号电路，模拟摘机，自动拨打110，并播放预先录制好的录音，当发生火灾时，温度探测器检测到火情，则自动拨打119并播放录音，也可以自行设置所要拨打的号码，如事主的手机号码，录音需自行录制。
本系统采用了美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机，美国公司XICOR生产的低功耗CMOS的串行EEPROM-X25045，加拿大Mitel公司生产的DTMF信号编/解码芯片MT8888，语音模块采用美国ISD公司的ISD1420语音芯片，整体功耗较小，兼容性好，稳定性高。
本系统通过密码来识别主人身份，系统开启后只有输入正确的密码才能关闭系统。
本系统同时还具有自我诊断功能，出现故障能自动进行处理。
系统从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，完成系统可靠工作。
关键词：
智能防火防盗报警系统；自动拨号；探测器
I
Intelligentfireproofandtheft-proofalarmsystem
Abstract：
Thisarticleintroducedinthehouseintelligentfireproofandtheft-proofalarmsystem.intelligentfireproofandtheft-proofalarmsystemsetfireproofandtheft-prooffunctioninabox,andall-weatherautomaticdetectionthetheft-alarmandthefire-alarm,thendialthepolicesentimentautomaticallywithtelephonecall.Thesensorusesthemicrowavedetectorandthetemperaturedetector,torobsthesentimentandthestateseparatelycarriesontheexamination,whensomepeoplebrokeinto,microwavedetectortodetectunauthorizedsituation,andthensenttotheinterruptionSCMapplications,MCUcontroltelephonedial-upcircuit,Simulatedpick,automaticallydial110,andplaypre-recordedsoundrecording,whenthefireoccurred,thetemperaturedetectortothefiredetection,automaticallydial119andaudiorecordingcanalsosetupbyanumbertodial,suchasthevictimPhonenumber,recordingownrecord.
ThissystemusestheU.S.ATMELcompany'sAT89C51SCM,U.S.companiesXICORproductionoflow-powerCMOSSerialEEPROM-X25045,Canada,Mitelcompany'ssignalforDTMF/decoderchipMT8888,voicemoduleusingtheU.S.ISDcompany'sISD1420voicechip,asmalleroverallpowerconsumption,compatibility,andhighstability.
Throughthissystemtoidentifytheowneraspassword,thesystemopenedonlyafterenteringthecorrectpasswordtoshutdownthesystem.Thesystemalsofeaturesaself-diagnosis,failurecanbeautomaticallyprocessed.Hardwareandsoftwaresystemsfromtwoaspectsoftheanti-interferencedesign,soastomakeitabetteranti-interferencecapabilities,reliablesystemtocompletethework.
Keywords:
intelligentfireproofandtheft-proofalarmsystem;automaticDial;detector
II
第1章绪论
1.1序言
改革开放以来，在城市大发展的过程中，大量外地人口涌入城市，给社会治安带来很大压力。
工厂、机关和居家失盗、失火、抢劫事件时有发生；个别地方尤为严重，损失惊人。
由此引起公安部门的高度重视和社会各届人士的普遍关注。
有些部门和居民小区开始派人白天守卫、夜间巡逻，并纷纷购置防护铁门、铁栏杆等被动防范措施，将主人装在铁笼子中以求安全【1】。
一旦发生警性（如火警或煤气泄漏），才发现铁笼子将消防人员拦在事故现场之外，难以即时救助，实为弊端。
从整顿市容角度来看，亦不雅观。
为此，政府部门提倡采用高科技手段实现技术防范措施。
在社会治安的现实需求和政府部门的推动下，市场上国产和进口的防盗报警应运而生。
本文所要介绍的智能防盗防火报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求，而设计并开发的。
系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，为保障小区人身财产安全，通过运用传感器探测、双音多频远程数据传输等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障住宅安全的目的[3]。
双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。
DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号：
接收部分用于完成DT信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。
当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。
1.2国内外研究概况
智能小区是在智能化住宅的基本含义中扩展和延伸出来的，小区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。
现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。
所以说，小区的安防系统和智能管理系统是现代化小区管理不可缺少的有机组成部分。
考虑设备成本与集中管理的需要，可将周界报警探测系统、住宅联网报警系统加以集成和综合，构成综合防范体系。
由此，居民住宅应当设置安全防范报警系统，对火灾、盗窃、入室抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的能力。
现在世界各国都在致力于研究和开发能早期预报火灾的火灾探测方法和设备，如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，就可组成智能火灾探测系统，提高火灾探测系统的检出率，增进系统的可靠性。
在我国，小区安全防范报警系统已成为智能小区
1
中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。
该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室内分机用于接收室内各探测器的报警信号[2]。
室内分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器、温度探测器、红外及微波探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。
我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。
现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。
另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。
在我国，以北京、深圳、上海、广州等较发达的城市为龙头在近几年内也形成了一股智能化住宅热。
目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安防系统。
大连市华乐一环海花园全部住宅均设计有国内一流的家居安防系统。
家居安防系统包括四部分功能：
幕帘式电子栅窗、智能门禁管理、紧急呼救和误报自解除功能。
该系统采用独立的不间断电源供电。
报警控制器以MCU为核心，可以检测两个报警头输入信号，可以设置新密码，可以接收遥控器输入信号，可以实现声、光报警或把报警信号通过电话线送到110。
系统中还配备了充电电池，以保证在断电或电源被破坏时系统正常工作。
可以预见，智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流。
特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。
1.3我国住宅智能安全防范系统展望
智能化住宅和智能小区近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。
智能化住宅和智能小区建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。
发展智能住宅小区是住宅产业现代化的必然选择。
按智能技术开发的功能和作用的不同，智能小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。
以火灾报警为例，探测智能是通过探测器中的微处理器进行的，它不但对火灾信号直接进行检测、分析和信号处理，而且对环境的变化可及时做出响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，做出恰当的智能判断；监控智能则是由探测器中计算机自身的软件（程序块）来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。
将来的火灾探测报警系统的发展方向是智能寻址式（也称模拟量）系统，目前欧美已有一些国家正在大力研究
2
无线火灾探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。
如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。
同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。
作为智能住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。
1.4论文主要工作概述
针对国内外的发展情况，可见住宅智能安全防范系统是我国未来智能住宅建设的重点发展方向[1]。
本课题要设计的智能住宅防盗防火报警系统是依托公共电话网做传输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点，而对于实行物业管理的居民区以及机关、事业单位的办公区则采用分户对值班室的联网方案。
本文所介绍的安全报警系统，是用双绞线连接中央控制器和各用户端自动报警器，实现前端报警器的报警数据采集；利用电话线，采用单片控制的DTMF通信方式实现自动拨号报警，既可提高信息传递速度，又可解决前端报警器之间同时报警争信道问题。
本课题所设计的防盗防火报警系统符合国家建设部对普及型住宅小区的要求，实现功能包括：
能对住宅的火灾实行自动报警；还能对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频（DTMF）编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门（小区管理中心或110/119报警台）之间的数据交换，设置简洁，操作方便。
该智能报警系统主要包含用户端电子防盗防火系统及监控管理控制中心两大部分。
用户端的电子防盗防火系统又包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。
课题重点设计了前端探测器部分和自动拨号报警部分，最终完成了防盗防火的自动拨号报警功能。
本课题内容属于硬件电路的设计与应用方面，实现过程包括电路原理设计、元器件（芯片）选择与特性测试、分立元件面包板模拟、编制程序及软件调试、整体电路编程器调试、设计外观及制版、产品抗干扰。
在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努力降低成本，使其经济实用，在保证灵敏度的情况下，尽量降低误报率，确保在同类产品中的竞争地位。
第2章系统设计方案
3
2.1智能报警系统的总体构成
智能住宅防盗防火智能报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。
本防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个防盗、防火报警系统[5]。
系统总体构成包括防盗防火探测器、用户端自动报警器与通讯线路三个模块，系统组成框图如图2.1所示。
防盗探测器
防火探测器
指示灯
控制输出/输入
图2.1智能住宅防盗防火报警系统组成框图
用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。
当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系。
系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。
2.2报警系统的功能及工作过程
智能住宅防盗防火报警系统具有以下特点和功能：
1.系统采用模块化设计。
前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。
并能够可靠地进行盗情、火情报警，通过电话线拔打预先
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设置的1-6组电话／手机号码（小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110、火警电话119、紧急呼救电话），进行语音报警。
报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警。
2.用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障（如探头断线或掉电等）,并可向中央控制器报告故障情况。
3.系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。
4.用户端自动报警器内提供备用电源，在没有市电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。
系统的基本工作过程：
用户端的防范现场，一旦有人入侵、或发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器（各种防火、防盗及手动报警按钮等）则立即向用户端自动报警器发出报警信号。
接到警情事件后，自动报警器立即进行确认（多次巡检中断信号），若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）、光（LED）报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警[24]。
在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯（LED），三色警灯分别指示火灾或红外／微波双鉴的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯（红）、工作灯（绿）和故障灯（黄）。
正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时的时间。
用户端报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断），则声光报警。
如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（505定时器）去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等）上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。
本章节主要介绍了系统总体设计方案，确定了原理框图，对报警系统的运行做了分析，并设计了防火和防盗探测器，为后续章节研究防火防盗报警系统的模块化设计打下了理论基础。
第3章系统硬件设计
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3.1防盗探测器电路设计
微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。
微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。
在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。
这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。
实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上（如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成）。
当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。
根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。
图3.1微波探测器原理框图
环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路（它的振荡频率在1GHz左右），微波探测器原理如图3.1所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。
反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大[14]。
放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。
微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接＋6V电源。
其电路图如图3.2。
当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。
根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。
混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级放大，10pF电容与7.5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时，C9O15导通，最后信号经U2、U3构成的窗口
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比较器比较后输出探测到的信号[12]。
实验过程中报警范围实测约为7-8米，探测到有效信号时，有20秒的报警信号输出，LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。
该电路可以工作在较宽的电压范围内（标准电压是32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内），当检测到异常信号时为高电平。
图3.2微波探测器电路图
3.2防火探测器电路设计
温度探测器使用数字温度传感器DS18B20,5V直流电压供电。
DS18BZO的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。
探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B2O时钟周期内能提供足够的电流，图3.3中采用一个MOSFET管和MCU的I/O口来完成对DS18B2O的总线上拉，然后通过另一I/O对DS18B2O进行控制并取得温度值。
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图3.3温度探测器电路
3.3用户端自动报警器总体设计
用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图3.4所示，主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘／密码显示模块以及电源模块[7]。
报警器功能已在1.2节具体描写过，这里不再详述，本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。
图3.4用户端自动报警器组成框图
系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。
AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。
AT89C51内部具有4K字节的Flash（闪速）存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。
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3.3.1自动报警器电路设计
自动报警器电路见图3.5。
时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。
复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。
单片机的INTO、INT1分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。
为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次（如5次）巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。
图3.5自动报警器电路
P2.1与语音电路相连，实现语音的回放控制。
P2.2接通讯接口转换芯片的数据发送、接收片选端／RE（DE）。
P2.3与电话接口电路相连，实现模拟摘挂机的控制。
P2.4接探头掉线检测端，单片机对该口定时查询，正常时为高电平，当检测到低电平即发出掉线警报[10]。
P2.5接交流电源掉电报警信号（交流断电后由直流电源继续供电，直流
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电源放电低于预警值后向自动报警器发直流断电预警信号。
P1.0、P1.1、Pl.2为接键盘电路的三根I/0口线，Pl.3接紧急呼救按键。
Pl.5接液晶显示器的串行时钟输入端，Pl.6接液晶显示器的数据输入端。
Pl.7接多路开关CD4O51的片选端INH,PI.4、P2.6分别接多路开关的输入端A、B。
多路开关输出分别接报警LED、蜂鸣器，有警报发生时开关的输出I/O口给出高电平信号。
PO.O、P0.1、P0.2和P0.3分别与MT8888的DO、Dl、D2和D3相连，用作数据总线。
P2.0与MT8888的RSO相连，控制MT8888内部寄存器的选择。
P2.7与MT8888的CS相连，控制MT8888的选通。
P3.6、P3.7分别与MT8888的WR和RD相连，控制MT8888的读写。
P0.4、P0.5接EEPROM的串行输入和串行输出端，P0.6、PO.7分别接EEPROM的串行时钟输入和片选输入端。
3.3.2串行EEPROM-X25045
本设计中采用了具有可编程的串行EEPROM-X25045。
X25045是美国公司XlCOR低功耗CMOS的产品（备用电流10uA、工作电流3mA），它把看门狗定时器、VCC监控电路和EEPROM三种常用功能组合在单个封装内，增大了电路密度，减少了体积，提高了系统的可靠性，是设计成直接与许多通用的微控制器系列的同步串行外设接口（SPI）相接的512X8位EEPROM。
本系统中X25045依次存储了标志字段、用户编号、话机号码、报警器编号、警情代号、系统设置等数据信息。
VCC监控功能是指只要VCC电平降至低于最小转换电压或者看门狗定时器达到其编程的超时极限值，RESET的输出为高电平。
X25045包括一个8位指令寄存器，它可以通过SI（P0.4）输入来访问，数据在SCK（P0.6）的上升沿由时钟同步输入。
在整个工作周期内，/CS（P0.7）必须为低电平，/WP必须为高电平。
X25045监视总线，如果在预置时间内没有总线活动，那么它将提供RESET信号输出[19]。
在S1线上输入的数据在/CS变为低电平后的SCK的第一个上升沿被采样，由SCK的下降沿输出到50（P0.5）线上。
SCK是静态的，允许用户停止时
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