智能化住宅小区安全服务系统.docx

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智能化住宅小区安全服务系统

第1章绪论……………………………………………………………………

1.1安全报警系统产生的背景………………………………………………

1.2课题开发的目的…………………………………………………………

1.3安全报警系统综述………………………………………………………

1.4文章内容安排……………………………………………………………

第2章安全报警技术开发综述………………………………………………

2.1传感器与检测技术………………………………………………………

2.2双音多频远程数据传输技术DTMF……………………………………

2.3分层次互连拓扑结构……………………………………………………

第3章系统硬件设计…………………………………………………………

第4章系统软件设计…………………………………………………………

第5章结论……………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………

1.1谢辞………………………………………………………………………………………

随着人们生活水平的不断提高，家庭安全服务正在逐渐引起人们的重视。

随着城乡居民生活水平的提高和住房条件的改善,人们对住宅安全防范设施的需求也变得越来越迫切。

一个完善的智能化社区，除了要具备便捷、安全、舒适、高档的生活环境之外，而且还要确保每一个住户的生命财产的安全。

另外，在目前安全防范入侵报警系统的应用中，各种各样的建筑不同，安全防范的要求也不同，因此每一个安全防范入侵报警系统的构成也都不同，从一个报警探测器和一台报警系统控制主机，到几百个以至上千个报警探测器和报警系统控制主机构成的系统都有应用。

有些大型报警系统控制器主机功能也相当丰富，除了安全防范报警以外，还可以作为自动化控制系统和门禁系统使用。

有的报警系统包括的无线系统、时间表控制系统、继电器控制系统可以方便地构成家居及办公自动化系统。

总之防盗报警系统在向多功能、大容量、智能化发展，越来越成为一套完整的集安全防范、自动化控制等为一体的综合管理系统体系。

纵观当前形势，防盗报警器取代防盗网已是大势所趋，可以预计防盗报警产品即将走入千家万户的生活。

目前防盗报警产品在我国的普及率只有20%，与欧美等发达国家高达70%的普及率相比，我国防盗报警产品市场的发展才刚刚起步，潜在需求更是难于估计。

随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，社会人口的流动性大大增加，社会结构和社会治安都日趋复杂，入室抢窃、偷盗等诸多社会问题的频繁发生，使人们对家庭生命财产的安全越来越重视。

因此作为社会的基本单元——家庭的防范问题就显得尤为重要。

传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些隐患，正如国务院下达的《关于住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出，防盗网带来的问题：

⑴影响楼房美观，市容整洁；⑵影响火灾救援通道；⑶给犯罪分子提供便利的翻越条件；⑷时间久了会有高空坠物的危险；⑸压抑人性自由。

所以家庭安防必须有新的系统、新的方法能够提供相应的解决方法，作为高科技的家居安全防盗报警系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。

另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。

因此小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中了。

系统使用闪速存储器保存报警信息，以便日后查询。

若出现犯罪活动，警方可通过智能小区安全服务系统存储的报警信息调查取证，以便立案侦察。

也可通过系统存储的信息分辨险情类别，如煤气泄漏或者火情产生的烟雾。

从而改变小区安全防卫系统和居民的防范意识，改善煤气线路和消防安全防范。

由于在本报警系统的研制过程中充分利用了廉价单片机的软硬件资源,在满足实时性的前提下最大限度地用软件来实现传统的硬件电路功能，大大减少了电子元器件的使用数量，从而使得整个硬件电路显得十分简洁紧凑。

这样不但提高了整个硬件电路的可靠性，也有效地降低了硬件成本。

另外在系统结构的设计上，由于采用分层次互连拓扑结构及系统运行过程中的定时自检与互检的控制方式，十分有利于整个系统的维护和管理，确保系统的安全可靠运行；而且由于前端控制器结构简单、造价低，中央控制器的费用又由多个用户共同分摊，因此也大大降低了每个用户实际所需支付的费用。

既提高了小区的安全服务体系，又降低了用户交纳的物管费用。

让居民真正生活在人性化管理的社区中。

该系统目前准备投放到成都市三环路以外各普通社区，由于地处三环外，这些社区需要的安保和报警设施更加重要。

由于成都市取缔了小区住户窗台外的防护栏等设施，智能化住宅小区安全服务系统可以更加自然地被居民接受。

这些社区已经普遍公用电话网，不用另出资金布设安全报警线路。

普通社区居民收入不高，使用该系统可以节约物管人力资源从而减少物管费用，让普通社区的居民更易接受。

节省的资金可以用于小区绿化和社区活动，使居民的居住环境和文化生活更加丰富精彩。

当今世界科学技术飞速发展，报警系统已从当初的简报单化、局部化向网络化、集成化、智能化的方面发展。

   智能化住宅小区联网报警系统的基本思想就是变以往的防盗门窗式的被动防范为主动防范，单门独户的个体防范为总体网络防范，建立一个立体化、多层次、全方位、科学的24小时安全防范及服务网络系统，将物防、技防、人防有机结合，为人们提供安全、舒适、便捷的工作、生活环境。

智能联网报警系统是利用手动紧急按钮或全自动防盗电子设备，在无人值守的地方，可通过电子红外探测技术及各类磁控开关判断非法入侵行为或各种燃气泄露，通过控制箱喇叭或警灯现场报警，同时将警情通过共用电话网传输到报警中心。

同时，在有人值守时发生紧急情况，也可通过各种有线、无线紧急按钮或键盘向联网报警中心发送紧急求救信息。

当报警中心接收到警情以后，显示器能自动显示报警方位、地址、联系人、联系电话等详细资料，并能显示出电子地图。

报警资料自动保存到中心电脑中。

信息传输方式：

家居安全报警系统一般按系统信息传输方式分成两种类型：

 1、有线网络传输

 　通过铺设专用线路网络来构成报警信息的传输，其优点是系统专用化，信息传输不受外界因素的干扰，做到专线专用。

缺点是铺设线路工程量大，前期投资高，扩容困难，不适用单家独户使用，必须由社区或公安部门的接警中心来控制，传输线路易遭破坏。

所以此种系统只适合工程安装，不适用终端时常推广。

 2、无线公用网络传输

 　用电波发射的办法来传输信息，具有较强的抗破坏性，传输速度快的优点，且不影响住户原有的装饰美观。

特别是利用公共网络（如电话网）进行信息传输有其十分优越的条件：

⑴借助电信网络可实现零投入；⑵可联网也可单独使用，这是有线网络传输无法比拟的。

公共电话网（PSTN）是指基于电路域的公众交换网.分组交换网是基于包交换的，是一种存储转发的交换方式，它将用户的报文划分成一定长度的分组，以分组为存储转发，因此，它比电路交换的利用率高。

在住宅小区中设置联网报警系统，使小区管理中心能对住户的警情进行及时处理，正是人们所期盼的。

电话设备的大规模普及，使得利用公用电话网实现小区自动报警联勤系统成为可能。

由于它的可存储性，又可将报警信息存储，方便事后取证，警方勘察。

前端控制器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型传感器（如红外、有害气体及震动等）进行监测与控制。

并对从各个传感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与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中。

前端控制器还能接收并执行通过电话线路传来的各种带密码标志的控制命令。

安全报警系统具有以下特点：

◆可靠性高：

系统具有长期稳定运行能力，杜绝漏报现象，误报率较底。

◆使用简单：

系统操作使用简单，符合中国人生活习惯，对使用者水平要求不高。

◆系统使用闪速存储器保存报警信息，以便日后查询

◆防断电性能：

当停电或电路遭破坏时，后备电源可支持系

统继续工作（不少于72小时）；

◆抗干扰：

系统通过了公安部各项指标：

雷击、电磁辐射等试验。

◆防误报：

系统前端探测器由双鉴红外探测器组成，能完全杜绝误报产生；  

◆准确性高：

前端报警后可远程进行监听，准确判断警情；

◆抗破坏：

电话线剪断提供4种电话断线提示方式；

◆既可现场报警，也可以联网报警，或与公安局110联网；

◆从报警探测器触发到报警中心电脑收到警讯全过程不超过5秒钟；

◆报警全过程通过计算机控制，不需人工操作，有效避免了疏忽大意和误操作；

◆远程监听报警现场背景声音；

◆遥控布/ 撤防、远程布/撤防，远程布/撤防权限可设定留守设防功能，可对部分指定的防区设防；

随着人们生活水平的不断提高，家庭安全服务正在逐渐引起人们的重视。

在住宅小区中设置联网报警系统，使小区管理中心能对住户的警情进行及时处理，正是人们所期盼的。

电话设备的大规模普及，使得利用公用电话网实现小区自动报警联勤系统成为可能。

本文讲述了基于小区住宅智能化的以公共电话网络传输媒介的《智能化住宅小区安全服务系统》的设计与实现。

首先,在绪论中介绍了此系统的开发背景、目的。

此后，本文在第二章论述了安全报警系统的技术综述，在此系统中运用到的多项传感器技术，数据传输技术DTMF和整个网络的拓扑结构。

第三章介绍了系统硬件设计过程，确定了机型及器件的选择，论述了系统硬件电路设计、硬件设计结构框图并对所使用各种芯片的功能与特性进行了详细介绍。

在第四章中重点剖析了软件设计开发的过程，尤其是主程序、采集和显示子程序和报警子程序的工作流程。

最后在第五章中总结了整个系统的可行性，优缺点。

传感器部分包括煤气泄漏检测模块、门磁开关模块、红外人体移动探测模块、温度/烟雾传感模块以及玻璃破碎振动模块等。

1．煤气泄漏传感器：

煤气中毒所造成的主要成分是一氧化碳（CO），其吸收进入血液通过肺部，并在血液中血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，使人体因缺乏的氧气供应严重伤害，尤其是最严重的脑损伤。

煤气泄漏传感器俗称“电子鼻”。

这是一个独特的阻力，当闻到天然气，该传感器的抗气体浓度的变化，气体达到一定浓度的阻力达到一定水平，传感器可发出声光报警，与传输设备连接，把信号发送至接受设备。

在此推荐一种世界公认的费加罗报传感器，由于一个独特的制造技术，连续使用10年以上，功能仍然没有改变。

其他厂商的传感器，这是难以保证的。

2．门磁开关传感器：

门磁开关主要由开关和磁铁两部分组成,开关部分由磁簧开关经引线连接，定型封装而成；磁铁部分由对应的磁场强度的磁铁封装于塑胶或合金壳体内.当两者分开或接近至一定距离后,引起开关的开断从而感应物体位置的变化。

传感器产生报警信号，通过公用电话网以DTMF方式发送报警信息。

3．红外人体移动探测传感器：

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

人体发射的10微米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热释电元件，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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

红外人体探测传感器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10微米左右的红外辐射必须非常敏感。

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控制作用。

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。

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。

人一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

4．温度和烟雾传感器：

不同材料的导体或半导体存在温差时，两者间便产生电动势，在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。

温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。

烟雾传感器红外线发射接收互为垂直放置,机壳结构保证发光不被收到。

当空气中有烟雾时，光照到烟雾上就会发生散射，从而被接收到，就可报警了。

5．玻璃破碎震动传感器：

玻璃破碎传感器按照工作原理的不同大致分为两大类：

一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。

另一类是双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。

声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。

2.2双音多频远程数据传输技术DTMF

本系统利用方便可靠的电话线路进行通信，由一个中央控制器控制管理多个前端控制器,是一种采用分层次分布式互连拓朴结构的居民住宅安全综合报警系统。

采用双音多频远程数据传输技术（DTMF）传送报警数据。

DTMF即双音多频远程数据传输技术，逐渐在全世界范围内使用在按键式电话机上，因其提供更高的拨号速率，迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。

由于DTMF在传统通信领域中的广泛使用，所以在VOIP中，DTMF仍是发挥着重要的作用。

 一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。

这两个音频信号的频率来自两组预分配的频率组：

行频组或列频组。

每一对这样的音频信号唯一表示一个数字或符号。

产生DTMF信号，就是利用两个不同频率的正弦波叠加以后形成的波形，解码时则采用改进的Goertzel算法，从频域搜索两个正弦波的存在。

本系统前端控制器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型传感器（如红外、有害气体及震动等）进行监测与控制。

并对从各个传感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与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中。

前端控制器还能接收并执行通过电话线路传来的各种带密码标志的控制命令。

工作时，单片机定期循环检测各个传感器，对于每一个传感器，在单片机的内存中均设有一个与之对应的状态位，当检测到某一传感器有报警输出时，对应的状态位被置‘1’。

根据每一循环的检测结果，单片机均作一综合的分析与判断，一旦确信有险情发生，单片机即根据事先存储的电话号码，通过DTMF收发芯片MT8888经电话接口拨通中央控制器，将报警信息（险情发生地、险情类型）以DTMF方式传给中央控制器。

随后开启麦克风将现场声响经电话接口传至中央控制器端，供值班人员监听。

监视系统的主要功能是在声光报警的同时将收到的报警信息进行显示和存储，存储内容可通过RS232接口读到计算机中以便查询，以及利用计算机校正系统的时钟。

2.3分层次互连拓扑结构

拓扑（Topology）是将各种物体的位置表示成抽象位置。

在网络中，拓扑形象地描述了网络的安排和配置，包括各种结点和结点的相互关系。

拓扑不关心事物的细节也不在乎什么相互的比例关系，只将讨论范围内的事物之间的相互关系表示出来，将这些事物之间的关系通过图表示出来。

网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做"拓扑结构"，通俗地讲这些网络设备如何连接在一起的。

由于本报警系统采用分层次互连拓朴结构，极大地增强了系统的可靠性与可扩展性，多个中央控制器之间可以十分方便地实现互联互通，组成更大规模的安全报警网络。

由于在本报警系统的研制过程中充分利用了廉价单片机的软硬件资源,在满足实时性的前提下最大限度地用软件来实现传统的硬件电路功能，大大减少了电子元器件的使用数量，从而使得整个硬件电路显得十分简洁紧凑。

这样不但提高了整个硬件电路的可靠性，也有效地降低了硬件成本。

另外在系统结构的设计上，由于采用分层次互连拓扑结构及系统运行过程中的定时自检与互检的控制方式，十分有利于整个系统的维护和管理，确保系统的安全可靠运行；而且由于前端控制器结构简单、造价低，中央控制器的费用又由多个用户共同分摊，因此也大大降低了每个用户实际所需支付的费用。

第3章

系统以微控制器AT89C52为核心，由两部分组成：

一部分是设置在居民住宅中的报警前端，前端控制器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型传感器（如红外、有害气体及震动等）进行监测与控制。

并对从各个传感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与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中，前端控制器还能接收并执行通过电话线路传来的各种带密码标志的控制命令；另一部分是设置在物业管理中心的监视终端。

前者，由安放在住宅中的各种传感器收集相应的模拟量信号，当信号达到报警门限的时候，启动报警装置，将报警信息通过电话线路传到住宅小区的物业管理中心（或相应的安全服务部门）。

后者，将收到的报警信息进行存储和显示，同时以声、光的形式通知管理人员采取相应措施对警情予以处理。

同时这些报警信息也被存储在闪速存储器中，方便日后警方的调查取证工作和事故排查工作。

传感器部分包括煤气泄漏检测模块、门磁开关模块、红外人体移动探测模块、温度/烟雾传感模块以及玻璃破碎振动模块等。

传感器阵列的模块化设计使用户能模拟需要增减功能，增强了系统的适应性。

考虑到家用报警系统通讯的数据量不大，可采用双音多频远程数据传输技术（DTMF）传送报警数据。

由传感器阵列或手工输入方式收集的报警信息，通过公用网远程连接物业管理中心的监视终端，当前端系统确认需要报警和帮助时，自动拨通监控终端。

接通以后以DTMF方式发送报警信息（包括本机号码和警种等）。

监视终端收到振铃信号后，控制DTMF发送、接收芯片模拟摘机动作，接收警情信息，启动声光报警，根据其中的本机号码信息得到报警地点，将当前时间以及报警地点和警种等信息存入Flash存储器中以备日后查询，同时将这些信息在液晶显示器上显示出来。

管理人员按下清除键清除声光报警，并根据情况采取对策，决定上门排查或者报警。

处理时间也被同时记录在系统的存储器中。

整个系统的工作流程和监控终端的原理框图如图分别如图1、图2所示。

图1　报警系统整体示意

系统使用闪速存储器保存报警信息，以便日后查询。

另外，小区住户的电话号码和住户地址对应表也存在其中，用于将收到的报警信息中的电话号码信息转换为住户地址信息，方便安保人员及警察上门处理。

系统选用28SF040型4MBSuperFlashEEPROM。

该存储器通过优化接口特性使得其读写速度非常快、功耗很低。

此外，该芯片还采用了硬件和软件保护的方法对片内存储的数据进行有效的保护。

在硬件方面，将引脚OE拉低或将引脚CE或WE置高以及当电源电压降到2.5V以下时，都会禁止往片内写入数据，在该器件上电时会自动处于软件保护状态。

在处于软件写保护状态时，须要对7个特定的地址单元进行读操作才能解保护。

同样，对另外7个特定地址单元进行读操作后使器件处于写保护状态，这种设计保证了存储数据的可靠性。

图2　报警系统整体监控终端工作原理图

时钟芯片提供时间信息。

在此推荐美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。

它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时。

该芯片以SPI总线方式与CPU进行接口，有闰年自动判断和电压检测功能，得到准确的时间和日历，内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。

信息只须读取几个寄存器，简化了电路设计，提高了设计的可靠性。

但由于AT89C52没有SPI接口，故在编程时要用软件来模拟SPI接口时序。

时间是报警信息中不可或缺的组成部分。

本系统采用RICOH公司的RS5C348。

图3　SED1353与CPU的接口简图

收到报警信息后须要提示时间、地点、警钟等信息，以便管理人员及时作出反应和处理紧急事件。

系统采用的是EPSON公司的图形点阵式液晶显示驱动器SED1353来驱动SHARP和320×240点阵LM32019T型LCD。

该驱动器可与Intel的51系列或Motorola的68系列MCU直接接口，支持1024×1024点阵LCD，具有分屏显示功能，可将2个完全不同的点阵图形显示在上下2个半屏上。

为优化显示速度和性能设置了SRAM接口作为显示缓存，缓存容量可达128KB。

SED1353与89C52的接口示意如图3所示，其中MEMCS，MEMR和MEMW是针对显示缓存SRAM的片选、读和写的信号接口。

本报警系统采用分层次互连拓朴结构，极大地增强了系统的可靠性与可扩展性，多个中央控制器之间可以十分方便地实现互联互通，组成更大规模的安全报警网络。

由于在本报警系统的研制过程中充分利用了廉价单片机的软硬件资源,在满足实时性的前提下最大限度地用软件来实现传统的硬件电路功能，大大减少了电子元器件的使用数量，从而使得整个硬件电路显得十分简洁紧凑。

这样不但提高了整个硬件电路的可靠性，也有效地降低了硬件成本。

另外在系统结构的设计上，由于采用分层次互连拓扑结构及系统运行过程中的定时自检与互检的控制方式，十分有利于整个系统的维护和管理，确保系统的安全可靠运行；而且由于前端控制器结构简单、造价低，中央控制器的费用又由多个用户共同分摊，因此也大大降低了每个用户实际所需支付的费用，使得整个系统连接更加紧密，对突发情况可以更加从容地面对。

为了避免发生报警前对电话设备和线中的破坏，系统采用联勤方式，报警信息可通过其他住户的电话线向监控终端发送信息。

排除了因单一住户电话线路不通无法实现报警的情况。

通过整个硬件系统可以实现以下功能：

1）防盗：

若有非法入室盗窃者，立刻现场报警，同时向外发送报警信号

2）防窃：

若遭遇坏人入室抢劫，可即时发送报警信号

3）求助：

可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救报警

4）防火：

通过烟感探测器及时探测室内烟雾，发出失火警报

5）防可燃气体中毒：

能够探测到煤气、液化石油气、天然气等气体的泄露，及时报警

6）全自动报警：

一旦发生警情，主机自动循环拨打设置电话，如联网向报警中心报警，或者发出语音报警信号

第四章

系统软件设计

监视系统的主要功能是在声光报警的同时将收到的报警信息进行显示和存储，存储内容可通过RS232接口读到计算机中以便查询，以及利用计算机校正系统的时钟。

主程序完成的功能为MCU的各个相关SFR的初始化、用户定义的存储单元的初始化，以及各主要外围器件（如时钟芯片、电话芯片、LCD驱动芯片）和闪速存储器等的初始化。

电话接口电路的振铃信号接到单片机的外中断口线上，中断服务子程序的功能是接收报警信息并予以存储和显示，主要软件流程如图4所示。

系统设置的2个按键分别对应清除声光报警（亦即管理人员对报警作出响应）及申请和上位微机进行通信（包括将存储器内容读到微机中，利用微机校正系统的时钟芯片的时间设置和将保存在微机中的地址电话对应表写入闪速存储器中）的功能，主要软件流程如图5所示。

图4　外中断０服务子程序

图5　外中断１服务子程序流程

在闪速存储器28SF040中存放的是收到的报警信息和预先定入的地址电话对应表。

报警信息包括报警时间（年、月、日、时、分、秒）、报警地点（栋、单元、楼层、房间）、警种和管理人员的处理时间（时、分、秒）。

按BCD码存放，每1项点1个字节（其中“年”取后2位数字），合起来作为逻辑上的1个目录，共点14个字节，考虑到编程方便，以每16个字节为1个记录。

另外，地址电话对应表设为每8个字节为1个记录，每个记录中电话号码和地址均以BCD码存放，各占4个字节。

如有16KB存放地址电话对应表，共可记录2048个住户的地址电话信息和31743个警讯记录，其中存储的第