智能型住宅安防报警系统改1Word格式.docx

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第一次革命,是以应用烧制砖、瓦为标志（埋藏至今的秦砖汉瓦就是中国建筑典型标志）,且至今仍在延用；

第二次革命,是以钢筋混凝土作为建筑的构成主体,化学工业和建材工业的迅猛发展,为之奠定了良好的发展基础。

二十世纪后期,以电子计算机为代表的电子通讯技术得到飞速发展,现代科技的发展又为人类改造自己的居住环境提供了强有力的技术支持,于是人们对住宅提出了更高的要求,智能型住宅便成为这一时期的代表产物。

1984年1月,世界上第一座智能建筑CITYPLACE在美国康乃狄格洲建造完成。

之后十儿年,智能型建筑在欧洲、北美及亚太地区迅速发展。

目前国外一些发达国家己逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。

我国在“七五”计划初期,确立了国家重点科技攻关项目“智能化建筑”可行性研究。

经过十儿年的努力,智能住宅己从理论研究阶段进入开发实用阶段,离老百姓的生活也越来越近。

进入21世纪,人类步入了信息时代,智能化住宅应是信息化社会的产物,住宅智能化的内容一般包括：

住宅安全自动化（SA）,通信自动化（CA）,保健自动化（HA）和管理自动化（MA）,因此也称为A4系统。

安全技术防范行业是智能住宅安全自动化（SA）的一个分支行业,其真正形成行业规模是在第二次产业革命中,即1950-1971年,首先在美国、英国等国家形成,像ADEMCO（安定宝）；

EHUBO（集宝）；

VICON（维康）；

AMERICADYNAMIC等。

60年代视频图像技术,70年代计算机数字技术,80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的发展,使安防行业得到快速发展。

西门子楼宇科技公司最新推出了GuartoEasy新型安全防范系统。

GuartoEasy将视频监控、音频对讲监听、防盗报警、火灾探测、危险气体探测和多种警告方式（声光,无线,拨号）结合起来,对社区住宅及分散型小型建筑进行全方位的安全防范。

在我国,家庭安全防范报警系统己成为智能小区中实现安全管理的基础,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。

家庭智能报警便是其中的一项内容,报警器应具有多个探测器接口,可接收红外及微波探测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号,然后通过通讯网络将报警信息传送到相关人的通讯设备上,以使灾情得到及时处理,保护人们的生命财产安全。

报警设备主要是在两方面发展较快,一方面是探测器技术和探测器的发展,一方面是远程报警系统的发展。

探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术,各种不同类型的探测器也纷纷涌现。

这方面最有前途的是复合式探测器,即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器,两者组合后误报率将会大大降低。

复合式探测器一般有超声波/被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。

远程报警系统的发展主要表现在出现了有线式报警系统、无线式报警系统,报警联防网络等。

目前我国有关报警系统方面的产品也愈来愈丰富。

按照报警系统的规模可分为小规模、中规模和大规模报警系统。

小规模报警系统：

例如无线式系统,它具有安装方便、简单、一次性投资较小的特点。

但是它存在覆盖面小、误报率高等问题,使用场合受到一定的限制。

但由于此类产品具有体积小、成本低等优点,对于一些简单的场合和合个人家庭,具有很大的市场潜力,目前此类产品在市场上非常活跃。

中规模报警系统：

例如闭路电视监控系统、智能监控系统,无论从功能上还是丛结构上都介于小规模报警系统和大规模报警系统之间。

其报警功能、各技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差。

而且此类产品缺乏人机界面、图形功能和管理功能。

目前市场上有不少此类产品,例如美国C&

K公司的2300系列,美国ADEMCO公司的4l10系列报警系统。

国内此类产品如康比特电子技术研究所生产的CPT-302传呼报警系统,中国金辰安全技术公司研制的TW-A防盗报警系统等。

大规模报警系统：

例如微机监控系统,它利用微机软件灵活多变,人机界面友好,管理操作简单,图形丰富的特点而做成的监控软件,可监控数十个甚至上百个控制分机,性价比高,国外此方面的系统研究的较早,己经有了系列化的产品,如美国C&

K公司的“MONITOR”监控软件。

国内在此方面的系统较小,产品没有形成系列化和商品化,只有一些简单的微机监控软件系统。

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,目前欧美己有一些国家正在大力研究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。

在我国,以北京、上海、深圳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。

当住户家居安防系统断电时,自检系统会自动向保安中心报警。

保安中心计算机还会始终记录每一户住宅的家居安防系统是否处于设防状态。

室内装有震动报警头（可以检测破坏门时的震动）、红外微波双鉴式报警头（可以检测室内是否有人）及报警控制器。

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8Ah的充电电池,以保证在断电或电源被破坏时系统正常工作。

但是,智能住宅的普及程度相对国外来讲,还有很大差距。

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,但在灾害发生的情况下,会使逃生更加困难。

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。

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。

可以预见,智能住宅将成为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,住宅是否智能化,安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅的重要指标。

1.3智能报警系统的研究内容和方法

本课题所要设计的智能型住宅安防报警系统就是为了适应市场的需求,克服当前市场上大部分安防报警系统功能不够齐全、或造价过高而难以进行大面积推广,或者是可靠性不高,存在误报、漏报等缺点,开发出一种低价位的、可靠性较高的、功能齐全的主要面向家庭、办公室、银行等重要场所的智能型安全防范报警系统。

所要实现的主要功能为：

对家庭、办公室、银行等重要场所在无人留守的情况下即将发生的火灾、煤气泄露、非法入侵等进行监测,当出现异常情况（参数超限,即将发生灾情）时,系统会自动通过电话线拨打用户的手机或相关部门的电话（110或119）,并根据不同的灾情做出相应的语音提示,简单说明灾情情况,通知相关人员进行及时处理；

本系统还设置有紧急呼叫开关,适合于有老人或小孩等行动不便的人群的家庭,当家庭出现紧急情况时可通过手中的遥控器或按一下系统主机的紧急呼叫键直接拨打预先设定的电话号码进行紧急呼救,以避免意外发生。

本课题需要研究的内容主要有以下几个方面：

1.根据系统功能要求并且考虑产品的性价比,进行系统的整体方案设计。

该方案采用模块化设计方法,以方便系统的调试和用户的使用。

2.系统硬件设计。

包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。

主要内容有无线探测器的选择、无线发射接/收电路的设计、双音多频拨号电路的设计、语音电路的设计和电话接口电路的设计、键盘电路的设计。

3.系统软件设计。

主要包括系统主程序、过程控制程序、外中断程序、电话拨号程序、语音程序、键盘扫描程序等。

根据本课题拟实现的功能和所要研究的内容,应采取以下研究步骤来实现：

系统整体功能分析与可行性研究、划分功能模块、各功能模块的电路原理设计、元器件（芯片）选择与特性测试、各功能模块的软件调试、各功能模块的整体调试、系统整体电路调试、系统整体软件调试、最后进行联机调试。

抗干扰设计应贯穿于整个设计过程之中。

另外,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。

2智能报警系统总体设计方案

2.1智能报警系统的总体构成

智能住宅安防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,为满足新时期居民的居住要求,并充分考虑其经济性和可靠性,能真正实现智能化报警的要求来确定的。

根据系统拟达到的总体功能,将其划分为以下功能模块：

各前端探测器和传感器、自动报警主机、语音电路、电话接口电路、各输入输出设备等。

系统组成框图如图2.1所示。

图2.1智能住宅安防报警系统组成框图

单元模块的功能如下：

各前端探测器/传感器完成对住宅里不同探测区域内的各种灾情发生前的各种参数（如门的开关状态、人体热释电红外信号、火灾烟雾浓度、可燃性气体浓度、有害气体浓度等）的可靠监测工作,所谓无线式智能报警系统,就是采用高可靠性的,性价比较高的无线式智能传感器,它将数据采集、A\D转换、比较判断等功能集成在一体,输出报警开关量,即只有实际参数达到用户设定的报警值时,才输出报警开关信号和探测器编号,然后通过无线传输的方式送给自动报警器主机。

自动报警主机的核心器件是单片机,它是整个系统的“心脏”,由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作,考虑到系统的功能和经济性等因素,采用的是当今流行的性价比较高的AT89C51单片机。

输入输出设备包括键盘、报警蜂鸣器、按钮或开关、各类指示灯等。

键盘用于用户密码的输入、修改、预存电话号码的输入等；

报警蜂鸣器和各类指示灯用于声音报警和系统不同工作状态的指示；

按钮或开关用于系统电路调试工作或一些用到手工触发的场合。

考虑到系统使用时的安全性和保密性,特设计了密码控制电路,只有主人才可以通过密码验证来控制系统的运行和停止。

看门狗电路完成对系统电源电压的监测工作,EEPROM中存储系统的一些原始参数、重要数据（预存电话号码、系统密码等）。

拨号电路主要采用MITEL公司的编/译码集成芯片MT8888来完成电话号码的发送、配合单片机完成电话线上各种信号音的监测等工作。

语音电路采用美国ISD公司的高保真录放一体化语音芯ISD1420来完成报警时进行语音提示的预存工作,根据警情的不同进行相应的提示语音录存。

2.2智能报警系统的基本工作过程

各探测器安装在用户家里需要防范的部位,例如门窗、厨房、卧室等,报警主机放在家里比较隐蔽的区域,当系统设定为布防状态时,一旦有人入侵、或将要发生火灾等紧急情况时,与之相应的报警探测器（各种防盗、防火探测器等）立即向用户端自动报警主机发出报警信号,接到警情事件后,自动报警主机立即进行确认（多次巡检中断信号）,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。

用户端自动报警器的面板上的三色灯（LED）用来指示系统的工作状态,红色警灯指示系统处于布防状态、绿色等指示系统处于报警状态、白色灯来指示系统电源电池电量是否充足。

与此同时,该自动报警器还预留有与上位机进行通讯的接口线。

3用户端探测器设计

探测器电路部分包括防盗探测器电路、防火探测器电路、有害气体泄露三大部分,其中详细设计了无线门磁传感器、无线人体热释电红外传感器、无线火灾烟雾浓度传感器、无线式有害气体浓度传感器。

由多种类型传感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想,多元信号检测一方面完成灾情的实时监测任务,另一方面大大降低了探测器部分的误报率,提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。

3.1防盗探测器电路设计

现在有关家庭防盗的传感器非常多,有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无线探头等等。

本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要,而且还需经济实用和安装操作简便,所以选用了无线门磁传感器和无线人体热释电红外传感器来共同工作完成防盗监测。

当盗贼企图从门窗进入室内时,为防止盗贼撬开门窗,特选择了无线门磁传感器,当门被打开时,门和门框必然有一定的相对位移,这时高灵敏的无线门磁传感器便可以监测到这个相对位移,并将报警信息送给自动报警主机进行自动报警,拨打用户手机并进行譬如“有人撬门,门将被打开”的语音提示,这样做会将入室盗窃消灭在“萌芽”状态。

而无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。

这样,即使盗贼己经设法逃过门窗上安装的无线门磁传感器,也逃不出人体热释电传感器的监测,保证了系统的可靠性,不会出现漏报现象。

在使用时,将无线门磁传感器安装在居室的门窗上,将无线人体热释电传感器安装在人进入房间后必须经过方位的墙壁上。

3.1.1无线门磁传感器

无线门磁传感器是一种在保安监控、安全防范系统中非常常用的器件,它工作可靠、体积小巧,通过无线方式工作,安装和使用非常方便、灵活。

无线门磁传感器用来监控门的开关状态,当门不管何种原因被打开后,无线门磁传感器立即发射特定的无线电波,远距离向主机报警。

无线门磁的无线报警信号在开阔地能传输200米,在一般住宅中能传输20米,和周围的环境密切相关。

无线门磁一般采用省电设计,当门关闭时它不发射无线电信号,此时耗电只有几个微安,当门被打开的瞬间,立即发射无线报警信号,然后自行停止，这时就算门一直打开也不会再发射了,这是为了防止发射机连续发射造成内部电池电量耗尽而影响报警,无线门磁还设计有电池低电压检测电路,当电池的电压低于工作电压时,下方的LED发光二极管就会点亮,这时需要立即更换电池,否则会影响报警的可靠性。

无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方,它由两部分组成：

较小的部件为永磁体,用来产生恒定的磁场,较大的是无线门磁主体,它内部有一个常开型的干簧管。

当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5毫米）,无线门磁传感器处于工作守候状态,当永磁体离开干簧管一定距离后,常开型干簧管立即吸合,内嵌的无线发射模块启动工作,发射内容包含地址编码和自身识别码（也就是数据码）的315MHZ的高频无线电信号,接收板就是通过识别这个无线电信号的地址码来判断是否是同一个报警系统的,然后根据自身识别码（也就是数据码）,确定是哪一个无线类探测器报警。

关于无线发射模块和无线接收模块的原理说明,将在3.4节一并详细介绍。

应该注意的是,无线门磁传感器的地址码必需和报警器主机的地址码完全一致。

无线门磁传感器的外形图如图3.1所示。

其参数如下：

外形尺寸：

71×

36×

l5.4毫米

工作电流：

10毫安

发射功率：

30毫瓦

工作电压：

7-10V

电池性号：

9V锂电池

如图3.1所示,无线门磁内部左侧上方有一个8排3列的地址码跳线设置区,中间的跳线柱直接和PT2262的地址码1-8脚相连接,L和地相连,H和正电源相连,如果将第一排中间的跳线柱用跳线帽和L连同,那么就是将PT2262的第一个地址码设置成0,同理如果和H用跳线帽连同,那么就是将PT2262的第一个地址码设置成1。

图3.1右图右侧下方是数据码设置区,共有4组,它只有两个状态：

如果将中间的跳线柱用跳线帽和L连同,那么就是设置成O,同理如果和H用跳线帽连同,那么就是设置成1。

图3.1无线门磁传感器的外形图和内部结构图

3.1.2无线人体热释电红外传感器

在电子防盗、人体探测器领域中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。

被动式热释电红外探头的工作原理：

在自然界,任何高一于绝对温度的物体都将产生红外光谱,不同温度的物体,其红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低是相关的。

人体都有恒定的体温,一般在37℃,所以会发出特定波长10um左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钦酸钡、钦错酸铅（PZT）等）作成,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,最终电荷变化将以电压或电流形式输出,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

被动式热释电红外探头的特性：

1.这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。

2.为了仅仅对人体的红外辐射敏感,在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片,使环境的干扰受到明显的抑制作用。

3.被动红外探头,其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。

而且制成的两个电极化方向正好相反,环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用,使其产生释电效应相互抵消,于是探测器无信号输出。

4.一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元件接收,但是两片热释电元件接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。

抗干扰性能：

1.防小动物干扰：

探测器安装在推荐的使用高度,对探测范围内地面上地小动物,一般不产生报警。

2.抗电磁干扰：

探测器的抗电磁波干扰性能符合GB1O408的要求,一般手机电磁干扰不会引起误报。

正确的安装应满足下列条件：

3.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。

4.红外线热释电传感器远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的地方。

5.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

6.红外线热释电传感器不要直对窗口,否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报,有条件的最好把窗帘拉上。

红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

图3.2红外线热释电传感器安装方向图

红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大,如图3.2所示。

它对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感。

在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。

性能指标：

1、发射频率：

315MHZ

2、发射电流：

35毫安工作电压9V

3、发射功率：

200毫瓦

4、无线报警距离：

600米/900米（空旷地）

5、探测距离：

6-8米（探测器正前方,室温25度）

6、探测角度：

水平120°

垂直60°

无线人体热释电传感器的跳线设置和无线门磁传感器的设置类同,这里不再赘述。

图3.3无线人体热释电红外传感器内部结构

3.2防火探测器电路设计

无线火灾探测器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材,它工作可靠、体积小巧,安装使用非常方便、灵活。

由于传统的单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器（包括阀值触发式和模拟量式）对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性,导致它对实际火灾的探测能力受到了限制,尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要,因此,本报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器/多判据的火灾探测技术,将探测器探测到的多元火灾探测信息经综合判断,利用神经网络智能算法,实现了多元同步智能探测,然后将报警信息经无线发射模块送回报警主机。

本系统选用了一种工作可靠的复合型智能火灾探测器。

它由温度探测、光电感烟探测和可燃气体浓度探测构成。

多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题,增强了火灾探测的可靠性。

实际上,响应各种不同类型的火灾,通常使用不同类型的火灾传感器,比较实验结果如表3.1中所示。

其中光电感烟探测器不仅可探测一般火情,对阴燃火尤其有极好的探测效果,主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测,这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感,响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点；

但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾,由此,在设计中增加了可燃气体浓度探测部分,可以探知早期火灾烟雾中的可燃气体浓度浓度,这样就大大降低了各种环境因素的干扰,提高了报警的可信度。

表3.1探测器比较实验对照表

3.2.1温度探测器的结构和工作原理

差温火灾探测器由两个温度传感器组成：

一个温度传感器安装在金属板上（利用金属板来监测异常温度）；

另一温度传感器安装在塑料壳体的内部,它监测正常室温。

在无火情时,两温度传感器的温度相同,输出与温度成比例的电压基本相等,无报警信号输出；

当有火情时,安装在金属板上的温度传感器受热而温度升高较快,而安装在塑料壳体内部的温度传感器上升较慢,则输出一个温度差的电压信号。

这温度差的电压信号达到一定值时发出报警。

差温火灾探测器的结构示意图如