智能小区监控系统设计Word文档格式.docx
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2.3.2安防系统的集成化3
3.监控系统5
3.1本系统概述5
3.1.1系统功能6
3.1.2系统组成6
3.2摄像部分8
3.3信号传输系统10
3.4终端系统监视器11
4.报警系统12
4.1报警系统概述12
4.2报警系统的设计任务和要求12
4.3方案选择论证13
4.4总体设计思路14
4.5各模块设计15
4.5.1单片机的选择15
4.5.2探测传感器20
4.5.3放大电路27
4.5.4时钟电路28
4.5.5复位电路29
4.5.6声光报警电路29
4.6系统硬件电路的说明30
4.7软件的程序工作流程图31
4.7.1主程序工作流程图31
4.7.2中断服务程序工作流程图32
5.结论34
参考文献35
附录36
附录1设计编程程序36
附录2Proteus仿真原理图38
致谢39
1.绪论
1.1国内外研究现状
随着监控报警技术的迅速发展和监控系统的智能化以及居民对小区安保要求的提高。
其实，在国外一些发达国家在90代就提出了智能安防家居的方案并在小范围进行实施，如在机场、高速公路、政府机构、商业活动中心、大型商场、停车场等一些安防要求较高的区域，并得到广泛应用。
在中国，随着经济的发展，居民的安防要求也越来越高，对智能化监控系统的要求也显著越高。
近几年来逐渐实现了远程监控和小区智能监控的技术，使监控报警技术在更多的领域也得到广泛的应用。
智能化监控将是以后小区安防系统的一个重要组成部分，当监控探测传感器检测到有人闯入时，声光报警器实现自动报警。
从2007年起，国外一些国家的视频监控软硬件厂商推出了一些具备智能报警功能的产品，但由于技术和成本的限制，智能监控系统还未得到广泛的应用。
但随着技术的提高，智能监控将会在很多领域得到广泛应用，更主要的是能在小区安防中能得到广泛应用。
1.2本文设计的主要内容
首先，要知道智能监控系统对居民住宅小区的重要性，再设计一个合理的监控与报警为一体的安防报警系统，能满足小区居民所要解决的问题。
小区安防系统主要是由摄像头监控系统、报警系统组成。
监控系统采用电视摄像等手段进行监测；
防盗报警系统采用热释电红外传感器对有生命的运动物体进行监测，监测接近被保护对象的运动物体。
2.智能小区的安防系统
2.1安防系统的组成
安防系统主要由监控系统、防盗报警系统组成。
（1）监控系统：
采用电视录像、摄像头等手段监测侵入对象。
（2）防盗报警系统：
采用热释电红外传感器检测，并由报警器进行报警。
2.2安防系统设计原则
为了使本智能报警系统达到安全可靠，经济实用等的要求，在设计过程中应当遵循下列原则：
（1）实用性
应当在满足小区安防报警功能的要求和实际使用过程中基本需求的基础上，要采用比较实用的技术和设备，使得设备使用方便、安全。
（2）先进性
在费用技术等条件许可的情况下应当利用最新安防技术、最可靠的报警系统，以便此系统在较长的时间内与社会发展相适应。
（3）可靠性
必须选用比较可靠的产品与技术，在设备的选择和系统的设计中一定要提高系统的可靠性。
（4）经济性
系统在使用的产品型号及处理能力等方面要有很强的兼容性，具有能扩充与换代的特点，才能确保系统不断得到完善、充实，并能提高和改进。
通过这种设计，不仅充分利用了原有设备，而且具有较高的性价比。
（5）安全性
为了保证系统在工作时的安全性，必须采用国际安全机构所认证的所有硬件设备。
（6）规范性
由于智能化监控系统是一个综合性比较强的设计工程，所以在系统设计中应当参考多方面的标准和规范，使各个子系统做到标准化、结构化和系列化。
2.3安防系统的发展趋势
2.3.1安防系统的数字化
随着数字化与信息化时代的到来，“数字化安防”发展迅速。
其发展方向是以数字CCD技术和红外照明技术为基础，并向高灵敏度红外视频系统发展，以模拟信号为基础的监控系统向数字化监控系统发展。
系统设备向智能化、模块化和网络化的方向发展。
数字化安防产品能全方位地记录，并以数字方式存储报警信息。
2000年以来，数字监控产品进入了快速发展时期，特别是一些技术实力和资金背景强的高新技术企业进入安防市场，给安防产业注入了新的活力。
产品也由原来的数字监控录像主机，发展到网络摄像机、网络传输设备、电话传输设备和专业数字硬盘录像机（DVR）等多种产品。
2.3.2安防系统的集成化
安防系统的集成化有两方面：
①安防系统自身功能的集成：
将影像、语音、门禁、警报等功能融合在同一网络架构平台中，提供智能小区安全监控的整体解决方案；
②安防系统与小区其它智能化系统的集成：
将安防系统与智能小区的通信系统、服务系统及物业管理系统等集成，这样可以共用一条数据线和同一计算机网络，共享同一数据库。
这样一次投入，事半功倍，彻底摆脱重复布线、反复维护的烦恼。
3.监控系统
3.1本系统概述
根据居民小区的实际情况对小区主要通道、住户门口、电梯厢等部位适当放置摄像头，从而达到有效监视和防盗的目的。
相对来说，现在很多是采用黑白摄像机对入侵行为进行录像，但随着监控技术的逐步完善，数码摄像头已经推出，从而也解决了传统安装距离上的难题。
监控系统是由摄像头、黑白录像机、监控器、控制器、传输线缆等组成，在居民小区和大型公共场所安装摄像机，使安保人员通过监视器能了解小区发生的意外情况；
并通过录像存储能实时记录、以备查证；
控制器在中心控制台切换操作，并跟踪监视。
摄像机设置可根据相应部分的要求和情况采用固定摄像头、多方位云台摄像机、球形摄像机、红外线摄像机等。
摄像头可分为变焦、变距，云台。
可多方向转动。
摄像机的数量较少时，每个摄像机的视频信号和控制信号的线缆可从值班中心放射至到每个监控点上。
摄像机数量较多时，按楼层或楼栋来进行设置视频矩阵，使其收集其附近摄像机的控制信号和视频信号，再通过光缆送到值班中心，这样既可以减少室外线缆的数量，使网络结构清晰，也便于维护管理。
值班中心一般会设置多台监视器组成监控电视墙，值班人员利用画面分割同时可以监视其它摄像机的各种情况，其中一台专用于对可疑对象放大、定格、编辑，其余摄像机显示其它重要部分。
3.1.1系统功能
在居民小区的主要入口处、安全通道等区域安装摄像机，摄像机将拍摄图像传送到值班中心，让保安室的值班人员通过电视监控墙对现场一目了然，对整个小区摄像机覆盖范围进行实时监视和录像，全面了解住宅小区发生的突发情况。
监控系统是安防技术中的一个重要组成部分，是一种比较先进的系统。
它可以通过摄像机观看被监视场所的所有情况，监控系统也可以与报警系统等安防体系联动运行，从而使其防范能力更加强大。
监控系统的还可以把监视场所的影像和声音记录下来，所以当发生重要盗窃或其它案件时以备查证。
3.1.2系统组成
监控系统主要由摄像机（前端）、传输线缆、控制器、监视器（显示与记录）等几个重要部分组成（如下图3-1所示），并且有对图像信号的分配、切换、存储、处理、还原等功能。
图3-1系统的组成
（1）摄像机摄像机的任务是为了获取监控范围内的图像和声音资料。
由于摄像机需要安装在公开或隐蔽地防范区域内。
不但24小时连续工作，环境因素也会变化无常，也会遇到相当恶劣的天气，如遇到风沙、雨雪、高温、低温等，所以必须要满足“全天”安全工作的要求。
因此，摄像机须有比较高的性能和安全性。
摄像机有黑白摄像机和彩色摄像机之分。
黑白摄像机的灵敏度和清晰度相对都比较高，而且价格也便宜，安装调试也很方便。
彩色摄像机不仅能传送亮度信号，而且还能传送彩色信号，能反映出现场图像和色彩，但相对于黑白摄像机，其灵敏度和清晰度相对较低，价格比较贵。
对于一般的小区安防而言，不需要高清晰度和高灵敏度的图像，能看清楚入侵对象就行，而且能引起热释红外传感器感触，能引起报警器报警就行。
所以目前国内大多数监控系统仍采用黑白摄像机。
（2）传输设备传输设备的主要是将图像信息传送到终端监视器设备，并将值班中心的指令传送到前端摄像机设备。
根据监控系统的功能要求和信息存储容量的不同，主要分有线传输和无线传输两种传输方式。
有线传输常利用光纤、电话线、同轴电缆等来传送图像信号；
无线传输有电磁波、发射部分和接收部分。
发射部分是由振荡器，将信号加载到电磁波上的调制器和功率放大器，由天线发射到空间去。
接收部分由天线，高频放大器，变频器，中频放大器，检波器和功率放大器等组成，最后由喇叭发出声音。
目前的监控系统中大多采用光纤来作为传输线设备。
（3）终端监视器设备（控制、显示与记录）监视设备是监控系统的中枢系统。
它主要是将前端摄像机设备送来的信息进行处理和显示，并且由摄像机设备发出指令，并由控制室进行控制。
终端监视器设备主要有控制、切换、显示、记录等。
3.2摄像部分
摄像部分是由摄像机、镜头、云台控制器等构成。
而且摄像机的灵敏度要高，摄取范围要大。
为了使图像清晰，要求摄像系统的信噪比分辨率尽可能要高。
另外，系统的可靠性和性能要尽可能高，能够在比较恶劣的环境下全天候连续工作。
现有公安部有关行业标准及规范对摄像部分的要求如下：
在摄像机的标准摄像下，系统的技术指标应满足表3.1规定指标。
表3.1
选项
指标
输出幅度（视频信号）
1vp-p，75Ω
水平清晰度（黑白电视）
≧600TVLine（电视线）
水平清晰度（彩色电视）
≧480TVLine（电视线）
灰度等级值
≧8级（16级、32级、64级）
信噪比值
≧48dB（信噪比越高噪音越小）
在环境条件较恶劣的情况下，系统的技术指标和图像质量应满足表3-2规定指标。
表3-2
图像的等级
图像损伤程度及主观评价
1
非常严重，不能观看
2
较严重，很模糊
3
可以察觉，较模糊
4
可以有明显察觉，很难受
5
不可以察觉
在摄像机设备正常工作的条件下，监控的图像质量不低于表3-3规定指标。
表3-3
（一）摄像机
摄像机是整个摄像部分的主体部分，它的主要功能是摄像、采集信息。
摄像机的性能和安装方式是系统质量的重要因素。
目前主要采用CCD摄像机（电荷耦合器件）。
其主要性能及其技术参数要求如下：
（1）分类：
有黑白摄像机和彩色摄像机之分。
（2）照度：
单位面积上接受到的光通量称为照度。
（3）清晰度：
分为水平清晰度和垂直清晰度两种。
（4）电源：
摄像机的电源一般有直流12V、直流24V、交流220V等，可根据情况选择摄像机的电源，优先采用安全低电压。
（5）自动增益（AGC控制）：
在环境亮度较低的情况下，自动增益功能可以提高图像信号亮度，从而可以获得清晰高质量的图像。
（6）光补偿：
在只有逆光的情况下，安装一般摄像机时，被摄物体会发黑，处于这种情况的考虑，应采用具有逆光补偿的摄像机，这样才能获得更为清晰真实地图像。
（7）亮度控制：
有的CCD摄像机根据光线的亮度，用电子快门调节图像的曝光时间，因而在光线变化很大时不用自动光圈镜头进行控制。
（二）镜头
按镜头的功能和操作方式分类有变距镜头和固定焦镜头两种。
按镜头的性能和外形分类有E型、P型、L型和自动变焦镜头等几种类型。
（三）云台控制器
摄像机以一个支撑点为中心，在水平和垂直两个方向各向自由活动。
在这个支撑点上固定住摄像机并带它自由转动的操作结构称为云台，云台控制器可以扩大录像范围。
按原理可分为手动式和自动式。
（四）解码器
在控制和矩阵切换的系统中，摄像机的图像需通过单独的同轴电缆传送到控制与切换主机中，以达到对镜头和云台的控制。
除了小系统和近距离一般会采用多芯电缆作控制外。
有主机通过总线方式先送到称之为解码器装置，由此装置先对总线信号进行编译（确定对某一个摄像单元进行何种操作，在经经过功率放大，驱动会指定相应的云台和镜头做相应动作）。
一般可完成下述动作：
（1）摄像机的电源开关控制。
（2）镜头光圈校准操作。
（3）云台各向旋转控制。
（4）摄像机防护装置控制。
3.3信号传输系统
信号传输系统将监控系统的摄像机设备和监视器设备连接起来，由摄像机设备产生的图像音频信号、视频信号和报警信号传送到中心值班室的监视器设备，并进一步把值班中心的控制指令传送到摄像机设备。
按监控系统的规模大小、摄像范围、传输距离、信号存储容量的要求而采用不同的传输方式。
主要分有线传输与无线传输两种方式。
在此主要介绍有线传输方式：
（1）摄像机的安装位置距离控制中心较近时，一般采用视频基带传输方式。
（2）摄像机的安装位置距离控制中心较远时（几千米），一般采用射频有线传输和光缆传输方式。
（3）摄像机的距离更远并且不需要传送高标准图像时，也可以采用窄带电视电话线路传输方式。
视频平衡传输方式见下图。
3-2视频平衡传输原理框图
3.4终端系统监视器
闭路监控系统的终端完成系统的监控与操作功能，分为显示、控制与记录部分。
4.报警系统
4.1报警系统概述
用物理检测方式或和电子防盗技术，自动探测发生在监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域，称为报警系统。
报警系统可以防止盗窃、抢劫等意外安防事件的发生。
若发生入侵事件，由声光报警信号通知保安监控室，便于采取应急措施，防止财产损失。
为了安全有效的防盗，保证住户的财产安全而设置的。
本报警系统采用了热释电红外传感器，通过传输线缆传递信息，能够及时迅速地解决报警问题，可以在最短的时间里制止户外不法分子的闯入，满足住宅用户的紧急需要。
4.2报警系统的设计任务和要求
（1）设计包括硬件设计和软件设计两部分。
分为数据采集、键盘控制、报警等几个模块。
（2）防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、控制电路、LED显示电路及相关的管理软件组成。
用户终端设备完成信息采集、数据处理、功能的设定、报警等几个功能。
模块终端是由中央处理器、输入模块、通信模块、输出模块、功能设定等几部分组成。
（3）系统可实现的功能。
当住户外出时，可以将报警系统设置在布防状态，探测器即开始工作，若有人非法闯入时，热释电红外传感器将探测到意外情况，监测点上的红外探测头将人体辐射的红外线光谱转换成电信号，经过放大电路、比较电路传送到系统的门限开关，打开门限开关送出TTL电平到AT89C51单片机，经AT89C51单片机进行处理后驱动执行报警电路使报警器进行报警。
（4）红外线探测器具有一定的隐蔽性。
在需要防护的地方设计一处红外线可检测到是否有人出入。
此装置设计的要点有：
一是能判断是否有人员出入；
二是增加了防护范围。
而且系统工作的稳定性和可靠性也是比较重要的指标。
（5）红外线探测器安防系统由以下几部分组成：
传感器、放大处理器、输出电路。
其中，由传感器上的探测器就像人眼，监视保护区域内的入侵活动。
如下图4-1所示。
图4-1红外探测器的组成模块
4.3方案选择论证
防盗报警系统一般是由探测器、防盗报警器和接警中心（硬件加软件）组成。
其最简的单形式是本地（如家庭等）报警系统，它的组成部分是入侵探测器、报警控制器以及声光报警器。
该系统设计方案有以下两种：
利用电话联网报警系统来实现家庭防盗报警，该系统是由编程系统、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生报警，则报警信号通过邮电通讯网络远程传送到用户设定的固定电话上，中心联网电脑可通过数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所经历分布，及时调动警力做出快速处理。
通过传感器检测是否有人闯入，把检测信号结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。
由以上两种方案的分析：
方案二能满足要求，更加简单有效，所以本设计采用方案二。
4.4总体设计思路
本设计包括硬件设计和软件设计两部分。
具体组成为数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构可划分为：
热释电红外传感器、单片机控制电路、报警电路、LED控制电路、相关的控制管理软件等组成。
单片机是本设计的核心单元，此系统也是单片机应用系统的一种。
单片机应用系统是由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括单片机单元、输入/输出设备、以及外围电路等组成的一系列系统。
软件部分是各种工作程序的总称。
单片机应用系统过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求而言，包含如下部分：
热释电红外传感器电路、复位电路、放大电路、报警电路、LED显示电路、AT89C51单片机及相关的控制管理软件组成。
它们相互间的构成框图如图4-2所示。
图4-2总体设计框图
处理器采用的单片机是AT89C51。
此系统是在管理软件控制下进行工作的。
安置在监测区域内的红外线探测器将人体辐射的红外线光谱转换成微弱的电信号，经过放大比较电路电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机。
经单片机内软件识别、查询等环节发出报警信号。
从而驱动电路将控制信号放大并使声光报警设备完成相应动作。
此时报警器持续报警，直到手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位。
4.5各模块设计
4.5.1单片机的选择
单片机主要用在控制系统中，所以也称微控制器。
它具备嵌入式应用系统所要求的指令系统，体系结构，微处理器，管理模式，总线方式等。
它将计算机的所有部件都集成到一块芯片上了，通常片内部都含有CPU（中央处理部件），RAM（数据存储器），ROM（程序存储器），定时器，计数器和各种输入/输出（I/O）接口。
20世纪以来，单片机迅速发展，一些著名的计算机厂商已研制的产品就有50多个系列，品种数百。
虽然单片机种类繁多，但在我国使用较多的是美国Atmel公司的89C51和美国Intel公司的MCS-51系列单片机。
MCS-51系列单片机有8031、8051、8751三种。
8031内部有8位CPU、128个字节、4个8位并行I/O口、21个特殊功能寄存器（SFR）、1个全双工串形口、2个16位定时器，但没有程序存储器，外部扩展EPROM芯片，比较繁琐，所以不采用。
8051是含有特殊用途的单片机，是在8031的基础上，片内集成有4KBROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4KB的小系统。
ROM内的程序是代为用户烧制的。
8051适合应用在程序已定单片机产品中，不予采用。
8751是在8031的基础上，增加了4KB的EPROM，构成了小于4KB的小系统。
用户可以将程序固定在EPROM中，可以多次修改程序。
价格相对8031而言比较贵。
8031向外扩展一片4KBEPROM的就相当于8751，它的优点是价格便宜。
大规模集成电路快速发展，能在片内装入大型的外围接口电路，也不采用。
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产的高性能、低电压CMOS8位单片机，片内含有4KB的可反复擦写的EPROM（只读程序存储器）和128KB的RAM（随机存取数据存储器），采用Atmel公司的非易失性存取技术，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89C51单片机的高性价可应用于许多场合，以及各种控制领域。
AT89C51的性能：
（1）与MCS-51兼容；
（2）4KB可编程存储器；
（3）1000次写/擦循环；
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