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家庭智能化防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文 1、 引言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的日益提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也日漸提高，希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。家庭防火防盜問題就成為人們極為關(guān)心的問題。近年來，防火防盜報(bào)警裝置已成為銀行、商店、辦公室、居民區(qū)、賓館、庫房、住宅等場(chǎng)所普遍應(yīng)用的設(shè)備，為維護(hù)社會(huì)治安、保障國(guó)家財(cái)產(chǎn)和群眾的安全發(fā)揮了重要作用。但是由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的各種原因，目前防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)不盡合理的情況比較普遍，在信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理上面還存在一定問題，致使一些系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)或者漏報(bào)。報(bào)警系統(tǒng)不動(dòng)作、誤動(dòng)作率比較高。正是基于目前這種現(xiàn)狀，本文提出一種基于公用電話網(wǎng)，多傳感器綜合應(yīng)用的新型家庭防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想。該系統(tǒng)是以煙霧傳感器、溫度傳感器、遠(yuǎn)紅外線傳感器、微波傳感器和CO傳感器為檢測(cè)元件，以89C51單片機(jī)為控制核心，組成的一種自動(dòng)防火防盜報(bào)警系統(tǒng)。它可以通過多種方式進(jìn)行報(bào)警和預(yù)警，并借助電話等現(xiàn)代化通訊手段進(jìn)行信息傳遞。系統(tǒng)有兩種報(bào)警類型，即火災(zāi)報(bào)警和非法侵入報(bào)警（盜情）。系統(tǒng)采用多傳感器電路檢測(cè)火災(zāi)的發(fā)生和人體侵入，一旦出現(xiàn)火災(zāi)或是出現(xiàn)非法侵入，傳感器檢測(cè)電路發(fā)出信號(hào)，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)電路，根據(jù)報(bào)警類型的不同撥打不同的電話號(hào)碼，發(fā)送不同的報(bào)警信息。比如，到發(fā)生非法侵入的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)撥打110，并在確認(rèn)對(duì)方已摘機(jī)的情況下，啟動(dòng)語音報(bào)電路，報(bào)出非法入侵現(xiàn)場(chǎng)位置等信息。同時(shí)，還可以撥打用戶事先預(yù)置的電話、手機(jī)等，直接向用戶報(bào)警。這些報(bào)警信息的內(nèi)容和電話號(hào)碼可以由用戶自己設(shè)置、存儲(chǔ)，還可以隨時(shí)修改。發(fā)生火災(zāi)的處理方式與此類同。本系統(tǒng)與電話機(jī)并聯(lián)，只在報(bào)警期間占用電話線路，報(bào)警結(jié)束后與電話線路脫離，不影響電話的正常使用。 2、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)硬件主要由七大部分組成：傳感器檢測(cè)電路部分，主控單元單片機(jī)，DTMF撥號(hào)電路，語音報(bào)警電路，鍵盤接口電路及顯示電路，忙音、回鈴音檢測(cè)電路以及區(qū)域控制中心的計(jì)算機(jī)接口電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示[1]。圖1 報(bào)警系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of alarm system該智能報(bào)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：防火、防盜報(bào)警；89C51單片機(jī)對(duì)雙音多頻（DTMF）編、譯碼器的控制，使住宅通過電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與相關(guān)部門之間的數(shù)據(jù)交換；實(shí)現(xiàn)對(duì)各種傳感器的信號(hào)檢測(cè)和控制。DTMF撥號(hào)電路與89C51單片機(jī)通過電話網(wǎng)絡(luò)完成住宅與外部的聯(lián)絡(luò)。當(dāng)探測(cè)器檢測(cè)到意外情況后就發(fā)出報(bào)警電平信號(hào)到主機(jī)控制部分89C51單片機(jī)處，單片機(jī)通過接口電路對(duì)讀取的電平進(jìn)行處理，然后控制雙音多頻撥號(hào)芯片向電話線路撥出電話號(hào)碼，與此同時(shí)控制語音芯片撥出事先錄制好的語音信號(hào)到電話線路，實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警，撥號(hào)完成后接聽回鈴聲后，模擬掛機(jī)。從而完成向區(qū)域控制中心的單位保衛(wèi)科、110/119報(bào)警臺(tái)單位電話機(jī)或用戶發(fā)出呼叫信號(hào)，告知對(duì)方住宅被盜或有火災(zāi)發(fā)生。2．1 傳感器檢測(cè)電路本電路負(fù)責(zé)各種異常信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，同時(shí)向主控部分發(fā)送信息。它主要由五種傳感器組成。（1）光電感煙探測(cè)器整個(gè)電路主要分為紅外脈沖發(fā)射部分和接收部分，一旦發(fā)生火災(zāi)，煙霧中的細(xì)微顆粒將對(duì)紅外脈沖發(fā)生漫反射，并變換成相應(yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)由運(yùn)放交流放大后經(jīng)比較器送單片機(jī)處理并報(bào)警。電路原理圖如圖2所示。圖2 光電感煙探測(cè)器原理圖Fig 2 Principle of photoelectric smoke sensing（2）溫度探測(cè)器溫度探測(cè)器使用數(shù)字溫度傳感器DS1820，它有三個(gè)引腳，是將溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路集成在一塊芯片中，節(jié)省了外圍硬件，使用非常方便。在本系統(tǒng)中，溫度傳感器和煙霧傳感器一起實(shí)現(xiàn)火災(zāi)檢測(cè)。如果溫度和煙霧同時(shí)超標(biāo)，表示發(fā)生火災(zāi)報(bào)警；如只是一項(xiàng)超標(biāo)，表示參數(shù)異常，只是預(yù)警。預(yù)警與報(bào)警的區(qū)別主要在于發(fā)送的語音信箱不同，預(yù)警時(shí)通知用戶溫度（或煙霧）偏高，以提醒用戶注意，而報(bào)警則是通知119或用戶現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)。溫度和煙霧信號(hào)合成的火災(zāi)信號(hào)，與鍵盤中斷信號(hào)共用89C51的INT0外部中輸入端，如圖3所示[2]。圖3 中斷信號(hào)連接示意圖Fig.3 The diagram of interrupt signal當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)溫度或煙霧出現(xiàn)超過設(shè)定值，或是有鍵盤操作時(shí)，觸發(fā)INT0中斷，協(xié)調(diào)執(zhí)行火災(zāi)及鍵盤中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中查詢P2.0和P2.1，若P2.0=0，P2.1=0，說明發(fā)生火災(zāi)，則轉(zhuǎn)入火災(zāi)處理程序，進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警；若P2.0=0，P2.1=1，表示溫度異常，則轉(zhuǎn)入溫度處理程序，進(jìn)行高溫預(yù)警；若；P2.0=1，P2.1=0，表示煙霧異常，則轉(zhuǎn)入煙霧處理程序，進(jìn)行煙霧預(yù)警；若P2.0=1，P2.1=1，表示有鍵盤操作，則轉(zhuǎn)入鍵盤處理程序，對(duì)用戶輸入的報(bào)警號(hào)碼等數(shù)字信息進(jìn)行顯示何存儲(chǔ)。（3）CO氣體探測(cè)器 CO氣體探測(cè)器是采用MGS1100一氧化碳傳感器作為CO敏感元件，對(duì)CO響應(yīng)的選擇性好，具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。在信號(hào)采集的同時(shí)加于溫度補(bǔ)償。該傳感器主要作為火災(zāi)輔助檢測(cè)，和上述的光電感煙探測(cè)器和溫度探測(cè)器結(jié)合使用。（4）遠(yuǎn)紅外線防盜探測(cè)器采用遠(yuǎn)紅外線傳感器作為防盜信號(hào)檢測(cè)手段，具有價(jià)格便宜、抗干擾性能好、工作范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。該電路所產(chǎn)生的盜情信號(hào)接到89C51的INT1外部中斷輸入端。當(dāng)檢測(cè)范圍內(nèi)有人體活動(dòng)時(shí)，檢測(cè)電路輸出一系列脈沖信號(hào)，引起INT1中斷，系統(tǒng)執(zhí)行盜情中斷服務(wù)程序。在實(shí)際應(yīng)用過程中，該傳感器可安裝于需要監(jiān)控的任何地方，并可通過開關(guān)設(shè)定為監(jiān)控和監(jiān)控解除兩種工作狀態(tài)。（5）微波防盜探測(cè)器微波防盜探測(cè)器是由MOS場(chǎng)效應(yīng)管C3355、電阻和電容組成的高頻振蕩電路，電路產(chǎn)生微波信號(hào)后經(jīng)過人或物體反射和原信號(hào)產(chǎn)生頻移，微小的頻移信號(hào)經(jīng)過放大處理后輸出報(bào)警信號(hào)。報(bào)警范圍實(shí)測(cè)約為7~8m,可有效地進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)。微波防盜探測(cè)器原理圖如圖4所示[1]。圖4 微波防盜探測(cè)器原理圖Fig.4 Principle of microwave sensor防盜探測(cè)器電路是由以上兩種類型探測(cè)器組成，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，將探測(cè)到的紅外和微波兩種信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算，只有同時(shí)檢測(cè)到兩個(gè)傳感器端口信號(hào)時(shí)，主機(jī)才會(huì)發(fā)出盜情報(bào)警信號(hào)，否則不予報(bào)警。2.2 DTMF撥號(hào)電路系統(tǒng)使用MK8870型DTMF撥號(hào)專用芯片，該芯片原本是行列式按鍵輸入芯片，即4條行線及4條列線組成16個(gè)按鍵，實(shí)踐證明，該芯片不但具有行列式鍵盤輸入，而且與51系列單片機(jī)具有良好的接口性能。如圖5所示，系統(tǒng)利用89C51完成對(duì)撥號(hào)芯片的控制，其中R8、C5為復(fù)位元件，完成上電復(fù)位，JT1使用6MHz晶體。這里用P1口的8根線完成對(duì)撥號(hào)芯片的控制。圖5 DTMF撥號(hào)電路Fig.5 DTMF dialing circuit電路中電話號(hào)碼的撥出方式采用雙音多頻撥號(hào)方式。電話號(hào)碼的撥出，是利用控制MK8870型DTMF撥號(hào)專用芯片的鍵盤行列輸入端R1~R4和C1~C4來實(shí)現(xiàn)的，首先要使相應(yīng)的行線和列線接通一段時(shí)間，然后再斷開一段時(shí)間，這樣芯片便將雙音多頻信號(hào)送到電話交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電話撥號(hào)。2.3 語音報(bào)警電路系統(tǒng)采用了語音芯片APR9600構(gòu)成語音電路，該部分電路如圖6所示，主要由語音電路，譯碼器和電子開關(guān)組成[2]。圖6 語音報(bào)警電路框圖Fig.6 The diagram of voice alarming circuit語音電路APR9600采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)，噪音低，不怕斷電，可以反復(fù)錄放。語音信息可以分八段存放，分別用八個(gè)按鍵控制。按下哪個(gè)鍵就可以錄、放哪一段而不影響其它段。本系統(tǒng)中的語音信息分為兩大類，預(yù)警信息和報(bào)警信息。其中預(yù)警又分為溫度偏高預(yù)警和煙霧過大預(yù)警，報(bào)警分為火警和盜警。使用時(shí)，用戶可以通過簡(jiǎn)單地按鍵操作，隨時(shí)錄制和播放任意一段。當(dāng)出現(xiàn)預(yù)警或報(bào)警時(shí)，單片機(jī)通過P2.2~P2.4控制電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)按鍵操作，啟動(dòng)相應(yīng)的錄音段，放出相應(yīng)的語音預(yù)、報(bào)警信息，并且可以根據(jù)需要循環(huán)播放，播放次數(shù)由用戶自行設(shè)置。除以上電路外，系統(tǒng)還對(duì)忙音、回鈴聲檢測(cè)電路和鍵盤接口電路和顯示電路進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)。忙音、回鈴聲檢測(cè)電路主要是為了實(shí)現(xiàn)可靠報(bào)警而設(shè)計(jì)的。在電話號(hào)碼撥出后，必須判斷對(duì)方是否摘機(jī)，只有在 確認(rèn)對(duì)方已經(jīng)摘機(jī)的情況下，才能發(fā)語音信息。系統(tǒng)采用忙音和回鈴聲的檢測(cè)來判斷對(duì)方是否摘機(jī)。鍵盤接口電路和顯示電路由4×4鍵盤、液晶顯示器及控制電路組成。主要用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的顯示、修改和存儲(chǔ)。 3、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要完成初始化、警情信號(hào)檢測(cè)（火警/盜情）、電話信號(hào)語音檢測(cè)（忙音/回鈴聲/接通）、系統(tǒng)設(shè)置、模擬摘機(jī)、DTMF信號(hào)收發(fā)等工作。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖7所示。 4、 結(jié)束語 本文所述的家用智能化防火防盜報(bào)警系統(tǒng)為家庭安防提供了一條可行途徑。該系統(tǒng)利用多傳感器檢測(cè)，通過公用電話網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外求助，具有智能化、自動(dòng)化特點(diǎn)。系統(tǒng)具有較為廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于日趨提高的安防要求，在系統(tǒng)今后的進(jìn)一步改進(jìn)中，可通過在探測(cè)器上加微處理器的方法，進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)，系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)等特點(diǎn)，使系統(tǒng)更為可靠，更為實(shí)用[3]。圖7 主程序流程圖Fig.7 Flow diagram of main process 參考文獻(xiàn) 1．王芳，馬幼軍等．智能化住宅防盜防火報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，傳感器技術(shù)．2002（21）：p25-27； 2．張金泉．一種新型民用防火防盜報(bào)警器的研制，燕山大學(xué)學(xué)報(bào)．2000(24)：p71-73；3．劉虎、章惠．基于電話網(wǎng)絡(luò)的辦公樓防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，微型電腦應(yīng)用，電聲技術(shù)2004（2）：p33-36； 4．呂俊芳．傳感器接口與檢測(cè)儀表電路[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994．178-193；5．王芳，林蔚等．住宅防盜防火智能電話報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)[J]．2004：p121-123；

回答者：fengdongx2016-05-27 00:00