家庭智能防盗放火报警系统的设计.docx

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家庭智能防盗放火报警系统的设计

毕业设计（论文）中文摘要

题目家庭智能防盗防火报警系统的设计

摘要：

随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高,在全国建成了许许多多的现代化住宅小区，由于煤气和大量家用电器设备使用中的不安全因素等,对小区居民的生命和财产造成了很大威胁，给居民生命和财产带来最大的威胁包括有两大方面,一方面是由人引起的破坏如盗窃、抢劫,另一方面是自然灾害引起的破坏如火灾、煤气泄漏。

因此,人们越来越迫切要求采用有效的措施,以满足日益增长的安全防范要求。

目前,所采用的防盗门和在窗户上加装防盗网等安全防范措施,难以满足现在人们防止外来威胁的要求，为了更有效保证居民的生命和财产的安全,必须在住宅和住宅小区内引入了智能化的手段进行安全防范管理。

目前,我国正在蓬勃发展的智能住宅的安全防范系统用以满足人们安全防范的要求。

智能住宅的安全防范系统是由安全对讲系统、防盗报警系统、防火火灾报警系统和防煤气泄漏系统等组成,安全防范系统是家庭、住宅小区防范外来侵害和自然灾害的一种最重要的、最有效的手段,它大大提高了居民自身的安全感,己成为社会治安的一个重要组成部分,其中智能防盗、防火报警系统又是当前智能报警领域的技术热点，国家建设部规定,目前智能住宅应实现六项智能化要求,其中包括实行安全防范系统自动化监控管理住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器。

基于此项规定,住宅防盗防火系统实现智能化势在必行｡

关键词：

智能报警系统、无线智能传感器、单片机控制、DTMF拨号、语音报警

毕业设计（论文）外文摘要

TitleFamilyIntelligentTheft-proofAndFireproofAlarmSystemDesign

Abstract:

Withthenationaleconomyandthepeople'slivingstandardscontinuedtoincrease.Inthecountryhasalargemodernizedhousingdistrict.Becauseofcoalgasandalargenumberofhomeelectricequipmentsafetyfactor,etc.ofuse,havecausedandthreatenedresidents'lifeandpropertyofthedistrictgreatly.Bringthegreatestthreattoresident'slifeandpropertyandincludetwomajorrespects,ononehandifcausedbypersondestructionsteal,rob,destructionthatnaturalcalamitycauseiffire,coalgasleakontheotherhand.So,peopledemandtoadopttheeffectivemeasuremoreandmoreurgently,inordertomeetthesafeprecautionrequirementforincreasingdaybyday.

Atpresent,theburglary-resistingdoorsadoptedandinstallingsafeprecautionmeasuressuchasthetheft-proofnetwork,etc.additionalonthewindow,difficulttorespondtotherequestthatpeoplepreventedthreateningoutsidelynow,inordertoguaranteeresidents'lifeandsecurityofpropertymoreeffectively,mustintroducetheintelligentmeansandmanagesafeprecautioninthehouseandhousingdistrict.Atpresent,thesafeprecautioninthevigorousintellectualhouseofourcountryissystematicinordertomeettherequirementforpeople'ssafeprecaution.Intellectualsafeprecautionofhousesystemtotalkbacksystem,burglaralarmingsystem,firepreventionfirewarningsystemandpreventcoalgasfromleaksystem,etc.makeupsafely,Safeprecautionsystemwhetherfamily,housingdistricttakeprecautionsagainstoutsideencroachonandonemostimportant,effectivemeansmostofnaturalcalamity,ithasimprovedresident'sownsenseofsafetiesgreatly,becomesanimportantcomponentofsocialsecurityownly,thewarningsystemisthetechnologicalfocusofthewarningfieldofthepresentintelligencethatamongthemguardagainsttheft,firepreventioninintelligence,NationalMinistryofconstructionstipulatedthat,atpresenttheintelligenthousingshouldrealizesixintellectualizedrequests,includingimplementsthesafetyandprotectionsystemautomationmonitoringtomanagethehousingthefire,noxiousgasdivulgingpracticestheauto-alarmfirealarmsystemtobesupposedtobetakethesmoke,detectorsandsoonwarmandflammablegasshouldinstallinfraredorthemicrowaveasthemainbodysecurityalarmsystemandsooneachkindoftypereportstothepolicethedetector.Becauseofthisregulation,thetheft-prooffirepreventionsystemofthehouserealizesintellectualityimperatively

Keywords：

Intellectualwarningsystem,wirelessintelligencesensor,MCUcontrolling，DTMFdail-up,phoneticalarm

目次

1引言

随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高,在全国建成了许许多多的现代化住宅小区。

由于煤气和大量家用电器设备使用中的不安全因素等,对小区居民的生命和财产造成了很大威胁。

给居民生命和财产带来最大的威胁包括有两大方面,一方面是由人引起的破坏如盗窃、抢劫,另一方面是自然灾害引起的破坏（如火灾、煤气泄漏）因此,人们越来越迫切要求采用有效的措施,以满足日益增长的安全防范要求。

目前,所采用的防盗门和在窗户上加装防盗网等安全防范措施,难以满足现在人们防止外来威胁的要求。

为了更有效保证居民的生命和财产的安全,必须在住宅和住宅小区内引入了智能化的手段进行安全防范管理。

目前,我国正在蓬勃发展的智能住宅的安全防范系统用以满足人们安全防范的要求。

智能住宅的安全防范系统是由安全对讲系统、防盗报警系统、防火火灾报警系统和防煤气泄漏系统等组成,安全防范系统是家庭、住宅小区防范外来侵害和自然灾害的一种最重要的、最有效的手段,它大大提高了居民自身的安全感,己成为社会治安的一个重要组成部分,其中智能防盗!

防火报警系统又是当前智能报警领域的技术热点"国家建设部规定,目前智能住宅应实现六项智能化要求,其中包括实行安全防范系统自动化监控管理住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。

基于此项规定,住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。

1.1智能防盗防火报警系统的发展现状

在社会信息化进程日益发展的今天,信息技术应用己渗透到人类生存、活动的各个领域,在建筑领域,人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利,同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求，但是经济的发展也带来了相当大的负面影响,城乡收入差距、区域收入差距进一步拉大,以及流动人口的迅速增加,社会保障制度的不健全,盗窃、抢劫等刑事案件也呈现出了增加趋势,人们越来越渴望有一个安全生活的空间"犯罪分子的作案手段越来越高明,甚至采用一些高科技的作案手段,使得以往那种以人防为主的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。

因此,人们的日常安防工作中,引入了很多高科技手段,称之为技术防范。

因为技术防范能够及时发现各种案情,并为案件的破获提供有力的证据,所以,越来越受到人们的重视。

与此同时,随着生活水平的提高,液化石油气、管道煤气进入了更多人的住宅里,各种家用电器也得到了广泛的使用,但是,人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候,却也增加了火灾隐患。

如果一个小区实现了智能化管理,管理人员就可以快速有效地完成对小区的智能管理,诸如各种盗情、火灾等报警数据的采集,管理中心对各种警情的及时处理等。

智能化住宅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,通信自动化,保健自动化和管理自动化,因此也称为4A系统。

所谓智能化住宅,即是通过一个高度集成的通信和计算机网络,把住宅安全防范系统、物业管理系统、公共服务系统、信息系统连接起来,建立集成平台与信息处理控制中心,各个系统独立运行又共享网络硬软件资源,实施智能化与最优化,为住户营造一个安全、自由、舒适的现代居家生活环境。

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。

现代安防监控系统己经有了新的概念,通常称为安全自动化,并与防火自动化系统队共同构成智能建筑系统最底层的系统。

目前国外发达国家己经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。

安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即年一年,首先在美国、英国等国家形成,像ADEMCO（安定宝）；VICON（维康）；CHUBO（集宝）；AMERICADYNAMIC（A.D）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应用,使安防行业得到快速发展。

西门子楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况,充分结合社区住户本身,最新推出了GuartoEasy新型安全防范系统。

西门子楼宇科技公司的最新产品GuartoEasy将视频监控、音频对讲监听、防盗报警（有线或无线连接方式）、火灾探测、危险气体探测等多种警告方式（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。

GuartoEasy采用总线式结构,符合安防系统的暴露线路最短的原则。

通过适配器可以接入各种信号（电压、触点等）,可以连接防盗探测器、震动探测器、气体探测器、火灾探测器、紧急按钮、门禁触点等各种探测器,能够适应各种情况。

在线路上,可以接入中继器实现探测线路的延长,从而更好的适应环境。

就智能住宅中的火灾报警而言,目前出现的大型组合火灾报警系统或智能火灾报警系统,一般是根据灾前检知的光、热、烟、气、味等个别异常或是否达到某种阂值来做出判断的多阂值系统,多传感元件火灾探测器是智能型的装置,使用三种不同类型传感元件的探测器记录模拟量的火灾参数,并将这些模拟量转换成数字信号,然后,探测器利用数值算法判定是否存在火灾危险。

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川,提高火灾探测系统的检出率,增进系统的可靠性。

在我国,家庭安全防范报警系统己成为智能住宅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。

这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。

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,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"系统中还配备了的充电电池,以保证在断电或电源被破坏时系统正常工作。

2系统总体方案设计

2．1智能报警系统总体方案设计

家庭智能防盗防火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,根据我国智能化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。

本课题从智能报警系统的简单、可靠、低成本等方面进行研究和设计。

这里涉及到智能报警系统的功能、可靠性以及在使用过程中是否简单方便、便于编程等一系列的问题。

经过长期调查研究,从技术上认真分析,认为需满足下列技术要求,方能实现功能完善、操作方便、经济可靠这些主要目标：

（1）能够实现无线报警信号的发射与接收

（2）控制器能够通过探测器检测警情,而且灵敏度要高,误报率要低

（3）控制器可以实现自动模拟摘挂机功能

（4）通过自动拨号,语音报警

（5）能够进行设置密码校验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

（6）能够预存用户报警电话号码等关键数据,并可以修改

（7）断电保护。

断电后,由备用电池给系统供电,保证系统能够正常工作

为此采用以下技术措施,实现上述目标

（1）各种警情信号在室内,通过无线的方式和报警主机之间进行数据传输

（2）采用公用电话线作为信息传输媒体,充分利用电话线路的优势,成本大大降低,同时简化了设计,提高了可靠性

（3）传送报警信息用语音方式"语音简短明确,可在电话机上收听,使用方便

（4）使用看门狗电路,死机后能自动恢复正常运行

（5）采用电话断线检测电路,在电话线被破坏后现场警报

（6）加后备电源

根据上述智能报警系统的具体设计要求,设计该系统组成框图如图2-1所示。

单元模块的功能如下：

各前端探测器传感器完成对家庭住宅里不同探测区域内的各种灾情发生前的各种参数（如人体热释电红外信号、火灾烟雾浓度）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AT89S51单片机。

输入输出设备包括键盘、显示、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,只有通过密码验证后才能来控制系统的运行和停止。

图2-1系统结构框图

E2PROM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片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系统的基本工作原理

报警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。

在通常情况下,监控器是处于休眠状态,当用户要出门,家中没人时,用户可以通过键盘启动监控器,监控器接到用户命令后,等待一个时间（如3分钟）,让用户启动监控器后有足够的时间离开住宅,该时间过后,监控器会启动探头,此时监控器处于真正的布防状态,只要有人在探头检测范围内经过,而他又不能在规定的时间内输入正确的密码进行撤防,报警探测器立即向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,从E2PROM中读出相应的报警电话号码,通过双音多频拨号芯片自动拨打用户预先设置好的报警电话号码（如手机号码,办公室号码）进行远程拨号报警,待对方摘机后,启动语音电路,将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方,通知对方发生警情,如果对方没有摘机,就连续拨打三次,并进行现场警铃报警。

2.3报警器主程序流程图

图2-2报警器主程序流程图

3用户端探测器的设计

探测器电路设计是本课题电路设计的重点之一,探测器电路部分包括防盗探测器电路与防火探测器电路两大部分,其中详细设计了无线热释电红外传感器、微波探测器及光电感烟探测电路。

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盗情与火情的实时监测任务,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

防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的微波或红外单信号探测器,其误报率明显下降,原理示意图如图3-1所示。

图3-1双鉴探测器原理示意图

双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机,即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时,自动报警器才会响应盗情报警信号,否则不报警。

实验发现,在红外探测器中,通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报,从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点,但红外探测器对环境温度的变化比较敏感,而微波探测器所检测的只是活动的目标,所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。

通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰,降低了报警信号误报的发生率,下面详细分析本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程。

3.1.1被动式热释电红外传感器电路的设计

（1）热释电效应

热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化检测信号,其探测率、响应速度都不如光子型传感器。

但由于热释电型传感器可在室温下使用,灵敏度与波长无关,所以应用领域广"通用性好的热型传感器有热电堆、热敏电阻、高莱管等。

其中,利用铁电体热释电效应的热释电型红外传感器灵敏度高,可以广泛地用于民用领域。

在热释电红外探测器中有两个关键性的元件,一个是热释电红外传感器（PTR）,PTR能将红外信号变化转变为电信号,并能对自然界中的白光信号具有抑制作用另一个是菲涅尔透镜,菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜,它用来配合热释电红外线传感器,以提高接收灵敏度。

用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大一,就可以检测一处人的活动。

在自然界,任何高于绝对温度（-2730）的物体都将产生红外光谱,不同温度的物体,其释放的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。

热释电效应是指如果使某些强电介质材料（如钦酸钡、钦醋酸（PZT）铅等）的

表面温度发生变化,则随着温度的上升或下降,材料表面发生极化,即表面上就会产生电荷的变化,从而使物质表面电荷失去平衡,最终电荷变化将以电压或电流形式输出。

（2）热释电传感器的结构

热释电红外传感器通常包括热释电晶体、电极、氧化膜、衬底、FET和负载电阻几个组成部分,热释电晶体一般是或其他材料,在晶体上下表面分别设置电极,在上表面再加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。

如图3-2和图3-3分别为热释电红外线传感器RE200B的结构图及其等效电路图。

图3-2热释电红外线传感器结构图图3-3等效电路图及外形图

热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器,其输出阻抗很高,一般为10K-47K,而且输出电压信号又极其微弱,故在管内附有FET放大器及厚膜电阻,以达到阻抗变换的目的。

在管壳顶端装有滤光镜片及窗口,用以选择接收不同的波长。

在窗口上装滤光镜的目的是使不需要的红外线不能进入传感器,一般热释电红外传感器在光谱范围内的灵敏度是相当平坦的（并且不受可见光的影响）。

一般常用硅质聚乙烯材料的滤光镜,它能以非接触形式检测出物体放射出来的红外线能量变化,并将其转换成电信号输出。

传感器探头前部装有菲涅尔透镜,由于人的活动频率范围在0.1-10hz,因此需要对人体活动频率加以增频,而菲涅尔透镜是一种多面反（折）射镜,比较理想。

当人体进入菲涅尔透镜的一个视场时,在热释电传感器上产生一个交变红外辐射信号,就会使传感器电路产生一个微弱的电压信号,树脂封装的菲涅耳透镜则设在侧面。

菲涅耳透镜根据菲涅耳原