智能化住宅小区安防报警系统方案的设计.docx
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智能化住宅小区安防报警系统方案的设计
智能化住宅小区安防报警系统方案的设计
摘要:
ﻩ2
二。
系统构成及原理4
1）门磁开关5
２）光束遮断式探测器5
3）被动式红外探测器ﻩ５
4）玻璃破碎探测器ﻩ5
5）振动探测器5
6）视频探测器ﻩ6
２。
报警控制中心6
3。
报警信号传输ﻩ6
4．管槽敷设ﻩ6
５．设备清单ﻩ６
６.设计流程7
三。
单片机电路设计ﻩ7
1.电路图7
２。
电路介绍８
四．ﻩ红外防盗报警系统组成及工作原理概述9
１。
ﻩ微处理器及其任务ﻩ9
２．被动式热释电红外电路的设计1０
b）ﻩ报警电路的设计１4
c）ﻩ数据通信的设计14
3．部分程序代码1６
五.参考文献21
摘要:
随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高与安全意识的加强,家庭、企业、机关等场所的安全防范和自动报警系统的研究与设计日益被科研单机和生产厂商所重视。
本文介绍了入侵探测与智能报警系统的原理及组成,通过传感器的检测和电话自动拨号实现智能报警。
本系统采用红外探测元件对入侵信号进行捕获，当有入侵信号时，由单片机控制中心（AT89S51）发出相应信号控制电话接口电路，自动拨打预设电话号码进行报警；系统的语音电路可进行12ｓ录音，对警情进行说明;同时进行扬声器报警，可以起到震慑入侵者的作用.
关键字：
入侵探测；报警系统；自动拨号；AT89S51单片机；
IntelleｃtualBｕrglaｒAlarmingＳysｔemDｅsigｎ
Abstｒａct:
Ａｃcordinｇtotｈedevｅｌopmｅnｔｏf sｃieｎｃe＆ tｅchnｏlｏgy， the iｍｐroｖemenｔoflivingｓtandard，anｄ tｈｅｅnｈaｎcｅmentofｐｅople＇ssecurityconｓcｉｏuｓness,tｈe seｃuriｔyaｎdｒesearch＆desigｎofａutomａtｉｃ alarｍingsyｓtｅｍ ｏf suｃｈplaｃesas hｏmeｓ， entｅrprｉsesaｎd orｇans,hasｂｅen ｈighly focｕsｅdonbyinstitutesandproducerｓ.
Ｔhisｐapeｒｉntrｏduｃes ｔhe pｒiｎciｐｌeandconｓｔituｔionｏfinvaｓivedｅtectioｎand aｕtomａtｉc alａｒm，inorｄer tｏgeｔ automaticalarmtｈrougｈthe inｓpectionｏftransｄucｅrandtelephｏneauｔomａtic－dialｓystem. Tｈeｓyｓtｅmａｐｐlyinfｒａredｄetecｔion ｃomponｅｎttocａｔchｉnvasiｖe signal。
Whenａｓignalbrｅaks,thｅrelａtｉvｅ sigｎal sｅntｂyＳCM（AT89Ｓ51）willcoｎtｒｏlthephonecｉrｃle，anddial the pｈoneautomatiｃallytｏalａｒm.Ｔhe ｒeｃorded circle caｎrｅcordfor12secondsanddescｒｉbetｈeａlａrmiｎg siｔuａｔion．Ａtthesaｍe ｔimｅ, ｉt caｎalaｒmｂｙloudｓｐｅakeｒ systｅm，whichcaｎfeａr the ｉｎtruder.
Keｙ Ｗoｒds:
invasｉｖedeteｃtion;alarminｇ ｓyｓtem;auｔoｍaticdｉａlinｇ;AT89Ｓ５1;
正文
一．引言
中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势,需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系.如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的情况下,建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统,是当前急需解决的课题.作为一个可行的住宅小区联网报警系统，必须满足集中监控，系统容量大,防范功能齐全，性能价格比高等要求。
防盗报警系统防患于未然，用来实现较周密的外围全方位管理及建筑物内重要的管辖区，防盗报警系统分工作区安防状态的监视、结合内部对讲系统,遥相呼应，可减少管理人员的工作强度，提高管理质量及管理效益。
防盗报警系统作为现代化管理有力的辅助手段,它将现场内各现场的视频图像或是险情信号传送至主控制中心及分控室,值班管理人员在不亲临现场的情况下可客观地对各监察地区进行集中监视，发现情况统一调动，节省大量巡逻人员,还可避免许多人为因素,并结合现在的高科技图像处理手段，还可为以后可能发生的事件提供强有力的证据，有了良好的环境，全方位的安全保障，才能创造良好的社会效益和经济效益。
二．系统构成及原理
防盗报警系统分别由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分构成。
其原理如以下系统图：
1．探测器
1）门磁开关:
是探测器最基本、最简单有效的装置，常用的有微动开关、磁簧开关等，一般装在门窗上.开关可分为常开和常闭两种。
常开式常处于开路,当有情况时（如门、窗被推开），开关就闭合，使电路导通启动警报,这种方式优点是平时开关不耗电，缺点是如果电线被剪断或接触不良将使其失效.常闭式则相反,平常开关为闭合，异常时打开，使电路断路而报警.该方法优点是,在线路被剪断或线路有故障时会启动报警，但当罪犯在断开回路之前选用导线将其短路，就会使其失效。
一般在门磁探测器中，大多数采用磁簧开关。
２）光束遮断式探测器（又称为主动红外探器）：
能够探测光束是否被遮断的探测器,目前用得最多的是红外线对射式.由一个红外线发射器和一个接收器，以相对方式布置组成，当非法入侵者横跨门窗或其他防护区域时,挡住了不可见的红外光束，从而引发报警。
为防止非法入侵者可能利另一个红外光束来瞒过探测器，所以探测器的红外线必须先调制到指定的频率再发送出去,而接收器也必须配有频率与相位鉴别电路来判别光束的真伪或防止日光等光源的干扰。
一般较多被用于周界防护探测器。
3）被动式红外探测器（又称热感式红外探测器）:
不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是探测器直接探测来自移动目标的红外辐射,因此才有被动式之称.任何物体，包括生物和矿物体，因表面温度不同都会发出强弱不同的红外线,各种不同物体辐射的红外线波长也不同,人体辐射的红外线波长是在1０／um左右，而被动式红外探测器件的探测波范围在8～14/um，因此能较好地探测到活动的人体跨入禁区段,从而发出报警信号。
被动式红外探测器按结构、警戒范围及探测距离的不同可分为单波束型和多波束型两种。
单波束型采用反射聚焦式光学系统，其警戒视角较窄一般小于5０o，但作用距离较远（可达百米）。
多波束型采用透镜聚集式光学系统，用于大视角警戒,可达９0o,作用距离一般只有几米到十几米。
一般用于对重要出入口入侵警戒及区域防护.
4）玻璃破碎探测器：
通常利用压电式拾音器，装在面对玻璃的位置。
它只对高频的玻璃破碎声音进行有效的检测，不会受到玻璃本身震动的影响.目前普遍应于玻璃门、窗的防护。
5）振动探测器:
用于铁门、窗户等通道和防止重要物品被人移动的场合，以机械惯性式和压电效应式两种为主.机械惯性式是利用软簧片终端的重锤受到振动产生惯性摆动,振幅足够大时,碰到旁边的另一金属片而引起报警；压电效应式是利用压电材料振动导致机械变形而产生电气特性变化的特性,检测电路根据其特性的变化来判断振动大小并报警。
由于机械式容易锈蚀，且体积较大，已逐渐由压电式替代。
6）视频探测器（又称为景像探测器）：
多采用电荷耦合器件ＣCD作为遥测传感器,通过检测被检测区域的图像变化来报警的一种装置。
由于是通过检测因移动目标闯入摄像机的监视视野而引起电视图像的变化，所以又称为视频运动探测器或动目标探测报警器.视频报警器利用模拟数字转换器,把图像的像素转换成数字信号存在存储器中,然后与以后每一幅图像相比较，如果有很大的差异，说明有物体的移动
2。
报警控制中心
能立即通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点,使于迅速采取应急措施。
智能建筑的防盗报警系统负责对建筑内外各个点、线、面和区域实行巡查报警任务，它一般由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分组成,最底层是探测器和执行设备，负责探测非法入侵人员，有异常情况时发出声光报警，同时向区域控制器发送信息。
区域控制器负责对下层探测设备的管理，同时向控制中心传送区域报警情况.通常一个区域控制器、探测器加上声光报警设备就可以构成一个简单的报警系统，但对于智能建筑来说,必须设置安保控制中心,能起到对整个防盗报警系统的管理和安防系统集成管理的作用。
1）对设防区域的非法入侵进行实时、可靠和正确无误的报警和复核。
误报警应降低到可以接受的极低限度。
漏报警是绝对不允许的，
2）为预防抢劫或人员受到威胁,系统应设置紧急报警装置和留有与1１0公安报警中心联网的接口。
３）系统应能按时间、按部位、区域任意编程、设防或撤防。
3。
报警信号传输
报警信号常用编码控制,编码控制是将全部控制命令数字化（调制）后再传输，到控制设备后再解调,还原成直接控制量，可节约线缆.这种方式传输距离长,目前工程中采用较多。
采用了较为可靠又廉价的线缆，即用非屏蔽护套软信号电缆传输。
4。
管槽敷设
为防止电磁干扰和外电源及变频电梯等干扰，电缆应敷设在接地良好的金属管或金属桥架,以及PVＣ线管敷设,同时保护线缆.
5．设备清单
1报警系统主机ＶISＴA-120台1
２一防区扩展器４293ＳＮ台1０2
３操作键盘6148ＣＨ个1
4红外探测器20０ABT－200个27
5红外探测器1０0ABT-100个４８
6红外探测器60ABT－60个5
７红外探测器3０ABT-３0个１5
8红外探测器20ＡBT—20个7
9紧急按钮ＰB-2个１3
1２警卫中心软件GCW２000-1．51套1
１4蓄电池ＢT127个51
1５电脑串行接口4100SＭ个1
20主控电脑Ｐ4/512Ｍ/80GＢ/1７'’套1
２1电缆RVV2x0．5米
22电缆RＶV6x0．5米
23电缆RVVP2ｘ1米
24电源电缆RＶV３x１。
０米
25镀锌线管DＮ20根
6．设计流程
三。
单片机电路设计
1.电路图
2．电路介绍
本系统电路设计主要有三部分组成：
红外探测电路、微波探测电路、单片机控制电路。
我们重点介绍单片机电路.我们所采用的ＡT８９C２051单片机是一款兼容标准MCS一51指令的功能强大的单片机，虽然它只有２０个引脚，但它包含甚至超出了标准40脚封装单片机的所有功能.
单片机控制电路有红外、微波两个报警触发信号输入（图3中INT0、ＩNT1），三种工作状态:
单路触发报警状态、双路触发报警状态和睡眠状态，分别由三个LEＤ灯指示（图3中Ｒ1５、Ｒ20、Ｒ21）,通过设计面板上的按钮（图3中Ｓ2、s３）和单片机控制电路可以在三种检测状态之间进行切换。
系统工作于单路触发报警状态时，红外、微波探测电路中只要由一路触发报警，单片机就做出报警的响应（驱动音频电路模仿发出报警声）;系统工作于双路触发报警状态和睡眠状态时，必须两路同时发出触发信号,或在一定的延时时间内相继触发,单片机才做出报警的响应；系统工作于睡眠状态时，对任何触发信号不做出响应.当然,这种切换模式还可以根据用户自己的需求进行相应的改良工作，比如可以做到不进行现场报警，但将触发的报警信号通过内网或传输线传输至电脑,以达到现场监控的目的（睡眠状态）。
单片机程序设计流程如图2所示,可采用C语言进行编写，电路设计如图3所示.
四．红外防盗报警系统组成及工作原理概述
本系统共分成四大块:
热释红外感应模块、主动式红外发射接收块、声光报警和串口通信块.系统以微处理器进行智能控制,随时检查是否有红外物体在所属区域活动，一但发现,立即进行声光报警，并将这一结果通知主监控系统,同时我们的红外感模块还能判别白天或黑夜进行工作。
本系统框图如图1。
图1系统组成图
1．微处理器及其任务
该系统我们选MS－51系列单机，AＴ89Ｃ2０51作为主CＰU进行
各项工作的处理。
AＴ８9Ｃ２051有2Ｋ ＦLASH;128字节RAＭ；1５条I/O引线；２个１6位定时器/计数器；一个５向量2级中断结构；一个全双工串行口；一个精密模拟比较器以及片内震荡器和时钟电路.此外，AT8９Ｃ2051是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节能工作方式.空闲方式停止CＰＵ工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。
掉点方式保持RＡM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。
主要性能
●和MＣS—５1产品兼容。
●2ＫB可重编程Flasｈ存储器。
●耐久性：
1０00次写/擦除。
●2。
7~6V的操作范围。
●全静态操作：
０Ｈｚ～２4ＭＨz。
●2极加密程序存储器。
●12８×8位内部RAM.
●1５条可编程Ｉ／Ｏ引线。
●2个1６位定时器/计数器。
●６个中断源。
●可编程串行UＡRT通道。
●直接LＥD驱动输出。
●片内模拟比较器。
●低功耗空载和掉电方式。
本设计红外的检测，ＣPU采用中断的方式进工作.当检测到所属区域发生变化时，中断口有信号变化,从面达到监测目的。
用单片机的P３．２、P3.3两个端口。
声光报警用P１.０口.串口通信用P3.0、Ｐ3．1和总控系统通信。
系统硬件如图2.
图2微处理器硬件图
2．被动式热释电红外电路的设计
此电路由热释电传感器（带菲涅尔透镜），带通放大器，比
较电路，光控电路和输出电路组成，组成框图如图3。
图3被动式电路框图
菲涅尔透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦、集中，以提高探测灵敏度。
热释电传感器的功能是将人体辐射出为的特定波长的红外线检测到，并产生微的电信号.如果没有透镜，探测距离只有1~３米，使用菲涅尔透镜后一般能达到10米以上,因此菲涅尔透镜的作用相当重要.
带通放大器，由于热释电传感器输出的电脉冲信号幅度很小，其频率约在0.3～10Hｚ左右，是属于超低频信号,因而，需要高增益低噪声、低频带通放大,进行高增益放大处理，才能送到下一级电路。
放大增益约为70~75ｄB。
比较器,为了有效抑制噪声干扰，是提高模块的工作可靠性，降低误动作的概率，感应模块内设置了电压比较器。
电压比较器一般采用双限窗口比较器，它有一个门限电,此值越大，抗干扰能力强，但灵敏度降度随之下降，此值小，易受干扰而产生误动作.当放大器的输出信号到比较器,其幅值达到比较器的门限值时,比较器输出脉冲信号。
光控电路，该电路主要是利用光敏电阻对光敏感的特性,对输入到比较器的信号进控制，可灵活的让其工作在白天或者晚上，这样就很好的起到了光控的目的。
输出电路，经过上述电路的处理后，在输了端就会满足，当有红外生物经过所属区域时,输出端就是表现为高电平;反之，就输出低电平,利用这一点，就可以很好的和微处理器接口。
下图４为本设计的电路图：
图4热释电感应原理图
如图所示，左端D为热释电红外传感器，３脚为电源连接端，2脚为接地端，1脚为输出端。
经1脚输出后，首先需要一匹配电阻,约为４7KΩ.再通过C１47UF的电容耦合到放大器Ｕ1反相输入端，U1、U2组成带通滤波器和增益放大器,带通滤波器的下限截止频率由R4、C1决定，上限截止频率由R3、C５决定，放大的U１的增益由R5，R4决定（Ｒ5/R4）,U2的增益由Ｒ9、R８决定（R9/R8）,放大器的电压增益可以用放大倍数取对数得到（２0LgAv），两级放大电路的总增益为70dB。
电阻R3、R４、Ｒ6、R7组成偏置电路，将两能运放偏置电压设在1/２VCC上。
R１０、R11、R１2、Ｒ13、W、Ｄ1、Ｄ２、U3、U4组成双限比较电路,比较的基准电压由R1０、Ｒ1１、R12、R13决定。
Ｕ3的反相输入端设置为大于1/2VCC，耍U4的同相输入端设置小于1／2VCＣ，U2静态时输出为1/２ＶCC。
此时，当红外传感器没有感到红外线时,放大器U2输出为1/2VCC，可推断,U3同相端小于反相端,输出低电平，同理可得U4输出也为低电平；当有红外线时,U2将会输出一个相对于1／２VＣC的脉冲信号。
当U2为正脉冲时,可分析,U3将会输出高电平,Ｕ４将会输出低电平;当U2输出为负脉冲时，U3将会输出低电平,而U4将会输出高电平,也就是说只有感应到红外线输出端都会有正脉冲输出，图中，D1、D2主要起隔立作用，防止当一个出现高电平时，被另一个短路掉。
图C7、C8为电源退耦电容.电阻R2３为光敏电阻，阻值是随着光的增强而减小的，此电路中，当晚上光线比较暗,阻值较大，U３、U4的门限值较高，检测到的红外线不容易得到输出,白天,光线较强，门限值减小，按正常设定报警，进而达到光控的目的。
最后输出和单片机相接,实现智能控制。
a）主动式红外电路的设计
主动式红外电路包含两个部分：
一部分为红外发射电路;另一部分为红外接收电路。
电路由红外发射部发出一束红外光,由红外接收电路检测出发出的红外光，正常情况对发对收不会发出报警，当有移动物体遮挡住红外光线时,接收电路不能接收到红外光，电路发出声光报警。
从而达到防盗目的。
发射电路，我们采用采普通红外发射管，试应用场合的不同，还可以采用大功率的红外发射管，以提高检测距离，由单片机２051来进行编码，硬件电路如图5。
图中由Ｐ１．0口输出外电路接一三极管配合红外发射管,进行红外线的发射。
同时发射电
图5主动式红外发射电路
红外发射也采用编码方式发射，以脉宽调制的串码作为红外信号传输。
通常以脉宽为0。
565ｍｓ、间隔0。
56ms,周期为1.125ms的组合表示二进“０”;以脉宽为0.５６5ms、间隔1.６85ms，周期为2.2５ms的组合表示二进制“1”,其“0”、“１"的波形图如图6。
我们发射不
图6红外编码格式
就这样发单独发射，采用调制的方式.将上图的编码格式调制在高频载波上面，这样不仅仅节省频带资源，同时利于远距离传送，提高抗干扰能力。
我们的接收采用HS0038,它要求我们把发射码调制在３8KＨz的载波上面发射，所以我们在软件编程时要作一个3８KHｚ的方波信号，同时要设计0.565ｍs、０。
5６ms、1.68ms的时间控制电路.
接收电路用HS0038作接收。
因为此电路内部已集成了滤波、AＧC、解调电路，其输出就能判别逻辑“0” 、 “1”。
内部结构图如图７.1脚为信号输出端，2脚为接地端，3脚为电源连接端.
图7HS0０3８内部结构图
在本设计中,硬件采用图8所示:
图8红外接收部分硬件图
如图所示，红外接收头,接收到红外光,然后在内部滤波解调还原出编码信号，在本设计中,我们要求发射电路始终发射一逻辑“1”,那么经解调后，在１脚输出端输出脉宽为“1”的信号，一旦当检测不到“1"，说明电路中可能有物体或者其它什么挡住了，我们发射的红外光，此时，立即通知主CPU要求发出报警信号，并通过串口向总控系统发出报警信号。
b）报警电路的设计
当红外探测设备检测到有异常情况发生时,立即发出一段报警信息能单片机Ｐ１．0输出,让扬声器发出报警声，同时发光管发光，如图9所示：
图9报警电路
如图所示，单片机的P1.0口输出后加到三极管Q２的基极,Ｑ2集电极接一继电器,发射极接地。
当基极为高电平时，经倒相后集电极输出为低电平，继电器K线圈中有电流流过产生磁场，使开关K吸合,电源一方面通过Ｒ20加到蜂鸣器或扬声器相端，使之发声;另一方面通过R22加到发光二极管两端，使之发光。
当单片机端口输出高电平时，三极管Ｑ２截止，集电极输出高电平,继电器不被吸合,因此，蜂鸣器,发光管自然也不会发声，发光。
电路中，二极管D２主要起一个隔立作用，使电流不要倒流。
在程序中，我们只要让P1。
０口输出不同频率的信号，在蜂鸣器中就会发不同的声音,发光管也不停的闪烁，进而达到声光报警的目的。
c）数据通信的设计
数据通信主要是利用单片机已有的串口进行，本设计中主要是向主监控传信号，如果要在被监控场所形成一小型局域网,那么可以采用ＲS－232转RS－485这样既简单,又经济的网络,达到整个系统智能化.
我们用2051单片机内部提的串行通信模块进行数据传输.该串口可以工作于同步和异步通信方式,当工作于异步时，它具有全双工的操作功能，也就是说,它可以同时进行数据的发送与接收，串行口内的接收器采用的是双缓冲结构，能够在接收到的第一个字节从接收寄存读走之前就开始接收第二个字节,串口的发送和接收操作都是通过特殊功能寄存器中的数据缓冲寄存器SBUＦ进行的，但在SBUＦ的内部，接收寄存器和发送寄存器在物理结构上是完全独立的。
如果将数据写入SＢUＦ，数据会被送入发送寄存器准备发送。
如果执行SＢUF指令，测读出的数据一定来自接收缓冲器，因此,CPU对SＢＵF的读写,实际上是分别访问２个不同是寄存器。
它有四种不同的工作方式，我们在应用时,针对不同的需求，选择不同的方式.
RＳ—232原是基于公用电话网的一种串行通信标准,推的最大电缆长度为１5米，即传输距离一般不超过15M，也就是上面我们提到的ＲS-485这个概念，比如说，我们要在一个小区内建立多个防盗监控设备,要求各个端口都要入网,那么我们就不用简单的用RS—3２３这个标准了，因为距离太近了,用RＳ-485则可解决。
它的逻辑电平以公地为对称，其逻辑“0"电平规定在+3～+25V之间,逻辑“1”电平则在—3～－25V之间，因而它不仅要使用下负极性的双电源，而且传统的TＴL等数字电路的逻辑电平不兼容,两者之间必须使用电平转换。
这个电平转换可采用MＡXIＭ公司的Maｘ２32、Max220、Max２32A等芯片来完成，它的结构如图10所示。
图10Max232结构图
本设计的串行通信硬件电路如图11
图11串行通信硬件电路
如图所示，单片机的串口Ｐ3。
0、P3。
1分别为RXD、TXD，串行数据接收端，串行数据发送端。
这两个端口不能直接和其它微处接口，必需通过中间的电平变换电路才行，也就是上述所示的Max２３作为接口芯片,再通过9针的连接口传输，达到双向通信的目的。
3．部分程序代码
整个系统的程序也分成四个部分，被动式红外感应电路的识别
程序、红外编码程序、红接收程序、报警程序、串行通信程序等几个部分，如下为程序框图1２和程序代码。
图12 a主程序框图
b热释电红外报警程序框图
C红外光发码程序
d红外线解码程序框图
如下为解码程序：
说明：
如下为红外线解码程序,解码主要是判断“0”“1”，我们在发码电路中，让其始终发“1",这样在解码电路采用中断方式，用ＩＮT１下降沿中断,只要发生了中断，说明0.56ｍs的低电平已来到，
我们在调１ｍｓ的延时,再检测是否为高电平，如果是说明已收到对方发射的红外光,如果不是,说明没收到红外光,可能发生险情,立即作出相应的处理（在程序处里时，我们连续检测三次，以确宝可靠性）.
ＩN1EQUＰ3．１
TMＰEQU30H
COUNTEＱＵ３1Ｈ
ＦLAGEQU３2Ｈ
IN：
CLR ＥA
PUSHACC
LCALL DEL ／／调1ms的延时
ＭOV A，P３
MOVR
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