智能防盜報警系統設計方案（一）

　　本文闡述了區域家庭智能防盜報警系統的設計。智能防盜報警系統主要由4部分組成：無線防盜報警探頭、家庭主 機、小區主機、地區主機。接下來一一了解：

　　一、無線防盜報警探頭設計方案

　　無線防盜報警探頭安裝于居室的各個窗戶上，體積小巧，功耗低，可直接貼在窗戶上，當發現盜賊入侵時可以獨立聲光報警，并發送無線報警信號到家庭主機。硬件結構如圖1所示。

　　1、低功耗設計

　　無線防盜報警探頭采用紐扣電池供電，需要低功耗的處理器。本方案選用Atreel公司的ATTIny44處理器。ATTIny 是Atmel公司的低功耗系列產品，ATTIny44具有3種可單獨選擇的低功耗休眠模式，使ATTIny44在電池供電設備。上有良好的表現。應用軟件可在需要時調整系統時鐘頻率以達到最佳功耗性能，例如在系統閑置時調慢微處理器部分模塊的時鐘頻率。利用AVR Power Stop System，用戶停止使用微處理器時可以關閉定時器、ADC等能耗模塊，ATtiny44 在掉電（PowerDown）模式下耗電量還不到100 nA。要求無線傳感器的體積盡可能小，以便安裝，ATti-ny44 小巧的封裝也使得整個無線傳感器體積大為縮小。ATtiny44平時工作在掉電狀態下，為功耗最小模式。當有報警信號時處理器從中斷中喚醒，判斷是否為盜賊入侵，如果不是則重新回到掉電模式，如果是盜賊入侵則啟動無線發射模塊發射無線報警信息。

　　2、紅外熱釋電傳感器

　　在自然界，任何高于絕對溫度（-273 K）的物體都將產生紅外光譜，不同溫度的物體釋放的紅外波長是不一樣的，紅外波長與溫度相關，而且輻射能量的大小與物體表面溫度有關。人體都有恒定的體溫，一般在37C左右，會發出10 mm左右特定波長的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的紅外線而進行工作的。被動紅外探頭的傳感器包含2個串聯的熱釋電元件，2個電極化方向正好相反，環境背景輻射對2個熱釋電元件幾乎具有相同的作用，使其產生釋電效應相互抵消，此時探測器無信號輸出。紅外線通過菲涅耳濾光片增強后聚集到熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經檢測處理后就能產生報警信號。

　　3、無線發射模塊

　　無線傳感器的無線發射模塊選用的是Chipcon公司的CCII50單發芯片。ClI50具有豐富的頻率資源，需要極少的外部元件。CCII50具有休眠狀態，在沒有報警信息的時候，可以將其設置為休眠狀態，減少電池的電量消耗。當有報警信息時，無線發射模塊被喚醒，發射報警信號完成后無線發射模塊關閉。

　　二、家庭主機設計方案

　　家庭主機是整個家庭智能防盜報警系統的核心，其自身既可以在收到報警信號后獨立報警，驅走盜賊，還能發送報警短信到小區主機和地區主機，通知安防人員盡快到來。家庭主機硬件結構如圖2所示。

　　1、無線收發模塊

　　家庭主機采用Chipcon公司的CCIIOO無線收發芯片，該芯片可與CCII50單發芯片匹配使用，具有豐富的頻率資源，接收靈敏度高，完全可以滿足室內無線傳感器信號的接收任務。當接收到無線報警信號后，CCII0O將接收到的數據傳輸給單片機，單片機對數據進行分析，然后發出聲光報警和短信報警信息。

　　2、無線傳感器網絡

　　無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種監測對象的信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現指定范圍內的目標檢測與跟蹤，具有展開快速、抗毀性強等特點。區域家庭智能防盜報警系統利用了無線傳感器網絡原理布設了無線智能防盜報警網絡，其中無線防盜報警探頭為簇內節點，家庭主機為簇頭節點，小區主機為網關節點。無線防盜報警探頭的報警信息可以及時匯聚到小區主機，小區主機及時反映，使安防人員能夠快速響應。無線傳感器網絡結構如圖3所示。

　　3、微處理器

　　家庭主機對微處理器的要求稍高，微處理器同時連接無線收發模塊和GSM模塊，并有上位機通信接口。本方案選用ATmegal28微處理器，ATmegal28有2個串口，還有SPI接口，可以滿足上述功能要求。另外，還具有豐富的1/0口資源，可以用來驅動聲光報警和繼電器的動作。ATmegal28內置4 KB的EEPROM，可擦寫100000次。 因為家庭主機需要管理無線防盜報警探頭的位置信息及ID，存儲報警用戶的報警電話、報警短信內容、報警次數等，所以4KB的EEPROM可以很好地解決這個問題。當微處理器從無線收發模塊接收到報警信息后，需要對數據進行分析，查找已激活的無線傳感器列表，找到與ID號相對應的傳感器，讀出其具*置信息，將位置信息插入到已預置的報警短信后，按照報警用戶列表依次通過GSM模塊發送給報警用戶。

　　4、GSM模塊

　　GSM網絡通信質量高，保密性好，網絡容量大，抗干擾能力強，可實現全球自動漫游，并為用戶提供了語音、數據、短信息等多種業務，是目前我國最成熟、最完善、覆蓋面最廣、應用最廣泛的移動通信系統。GSM網絡的短消息是通過信令信道傳輸信息，為GSM通信網所特有。它不用撥號建立連接，可直接把要發的信息加上信宿先發送到短消息服務中心SMSC， 再由SMSC在適當的時刻轉發給最終的信宿。短消息業務與話音傳輸及傳真一樣，同為GSM數字蜂窩移動通信網絡提供的主要電信業務。它通過無線控制信道進行傳輸，經短消息業務中心完成存儲和前轉功能，每條短消息可以發送70個漢字，可以包含報警用戶名稱、報警地點的具體地址和無線防盜報警探頭的安放位置，清晰地描述出事發現場位置，保證安保人員能夠在第一時間到達事發現場。

　　5、鍵盤及顯示

　　鍵盤可以用來設置家庭報警器的各種功能，通過顯示可以看到家庭報警主機的各個狀態。基本的配置操作可以通過鍵盤來設置，一些高級的設置需要通過安裝在電腦。上的配置軟件進行設置。基本配置可以使報警系統正常工作，一些不方便使用電腦的用戶也能輕松使用此報警系統。基本的配置操作包括家庭防盜報警器的開關，報警用戶的設置、啟用激活和分組管理，無線防盜報警探頭的注冊和啟用激活，簡單報警日志的管理。

　　6、配置軟件

　　家庭主機配有配置軟件，安裝于家用電腦中。配置軟件的主要作用有：

　　①報警用戶設置。可以設置報警用戶的姓名、手機號和啟用狀態，可以進行分組管理，區分不同報警用戶的優先級。

　　②無線防盜報警探頭設置。可以設置無線報警的ID號碼、無線防盜報警探頭放置的窗戶位置和啟用狀態。

　　③報警短信設置。設置報警短信的預置內容，當有無線防盜報警探頭發送報警信息時，只需要將戶主名稱和無線防盜報警探頭的位置信息插入預置的報警短信，就可以直接交由GSM模塊發送出去。

　　④報警日志管理。可以查看最近的報警信息詳情，管理報警記錄信息。

　　三、小區主機設計方案

　　小區主機主要是進行居民小區內的用戶管理，安防范圍覆蓋整個小區，適合于小區保安部門安裝，對整個小區進行安全防護監管，小區主機硬件結構如圖4所示。

　　1、GSM模塊

　　同家庭報警主機一樣，小區主機配備了一樣的GSM通信模塊，當GSM模塊收到報警信號后，立即將報警信息傳送給微處理器，微處理器將短信信息通過串口傳遞給_上位機軟件。

　　2、報警功能

　　軟件的主要功能是收到微處理器傳送的報警信息后，及時顯示出來，同時發出聲光報警，提醒值班人員快速做出反應，盡快到達事發現場。

　　3、數據管理

　　小區主機的用戶比較多，需要使用數據庫進行管理。上位機使用sQL server進行用戶數據管理。上位機軟件進行小區內的用戶管理，小區的用戶首次使用報警系統時，需要用戶通過向小區主機發送注冊短信，或者到小區主機以人工輸入的方式登記注冊個人信息，建立小區報警用戶的數據庫。。上位機軟件管理報警日志，對每次的報警都詳細記錄，方便事后查找。

　　四、地區主機設計方案

　　地區主機的管理范圍涉及整個地區，可能包含地區內的若干個小區，用戶更加龐大，適合于地區的公安部門］安裝，可以有效協助管理地區治安。地區主機的硬件結構與小區主機的硬件結構相同，但上位機軟件功能更加強大，擁有更強的數據庫管理功能和地圖定位系統。由于地區主機管理范圍的逐漸擴大，報警方式有可能并行發生，所以最直觀的呈現方式就是當有報警發生時能夠在地圖中直接顯示其確切位置。所以地區主機具有良好的地圖數據信息，可根據報警信息的地址內容，查詢地理信息數據，將與報警信息對應的地理位置直接顯示在地圖上。如果能配合警力GPS定位系統，可使警方更快到達事發現場，將用戶損失降到最低。

智能安防報警系統設計方案匯總（二）

　　一、智能報警系統的總體構成

　　智能住宅防盜防火智能報警系統開發設計方案是參照國內外相關技術的發展狀況，根據我國住宅建設的實際情況，以及各相關方面的協調發展狀況，為滿足新時期居民的居住要求，真正實現智能化報警的要求來確定的。

　　本防盜防火報警系統是一種新型的電子安全報警系統，該系統的設計是將電子探測、智能控制和電話通訊技術相結合，從而形成一個防盜、防火報警系統。系統總體構成包括防盜防火探測器、用戶端自動報警器與通訊線路三個模塊，系統組成框圖如圖2.1 所示。

　　用戶端自動報警器安裝于居民住宅，用于對居民住宅各個不同部位的不同類型探測器進行監測與控制，并對從各個探測器采集來的數據進行處理。當出現異常情況時，通過家中的電話線路自動撥號報警，并與中央控制器建立聯系。系統不需要另外占用電話線路，當有報警信號時，報警電話享有電話線路的優先權。

　　系統的基本工作過程：

　　用戶端的防范現場，一旦有人入侵、或發生火災等緊急情況時，與之相應的報警探測器（各種防火、防盜及手動報警按鈕等）則立即向用戶端自動報警器發出報警信號。接到警情事件后，自動報警器立即進行確認（多次巡檢中斷信號），若50s后無人解除警情同時警情確認無誤后，進行事件的現場聲（蜂鳴器）、光（LED ）報警，同時用戶端自動報警器自動向相關部門撥打預先設置好的報警電話號碼，進行語音報警2。在用戶端自動報警器的面板上設有LCD顯示器、鍵盤以及三色警燈（LED），三色警燈分別指示火災或紅外/微波雙鑒的防火防盜報警、 正常工作及系統出現故障的狀態， 即報警燈（紅）、工作燈（綠）和故障燈（黃）。正常時LCD顯示時間，事件發生時鎖定顯示當時的時間。用戶端報警器同時具有探頭故障報警功能，避免由于探頭掉電而漏報，出現故障時點亮故障燈;如果判斷探頭掉線（被剪斷），則聲光報警。如果出現誤觸發而報警時可以通過觸發延遲時間（505定時器）去解除， 另外用戶端自動報警器還具備狀態信息（如有無交流電、備用電池電量是否不足等）。上報的功能， 可以對預設的普通電話、手提電話實現報警。

　　二、硬件系統設計

　　自動報警器軟件部分采用模塊化設計，分為主控模塊、摘掛機模塊、撥號模塊、語音模塊、顯示模塊及讀寫數據模塊。應用匯編語言編程，在KeiluVISion2環境里，使用Top 2000-B型編程器將程序寫入單片機。編程語言的軟件設計采用MCS-51匯編語言編寫自動報警器中相關程序（如撥號、語音、讀寫X25045等）。

　　1、防盜探測器電路設計

　　微波探測器為空間探測器，用于探測在防范空間內的任何運動物體。微波探測器可靠性強， 無光亮和熱源的要求，探測環境要求低。在微波段，當以一種頻率發送時，在微波能量覆蓋的范圍內，如果有物體移動，將會以另-種頻率反射，這樣發射頻率和反射頻率有-一個頻率差異產生。這種頻率差異與很多因素有關，其中包括移動物體的速度，與探測器的徑向角度等。

　　實際電路中，是由振蕩器電路產生并發射近微波段電磁波形成微波場，天線把電信號轉換為相應的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達10m以上（如果想繼續增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過調整天線的大小和方向來完成）。當有人在場中運動時，反射回去的微波將發生頻率變化，從而使微波探測器輸出一個與人體運動速度有關的低頻電信號。根據該特性，也選擇微波探測器用于盜情的檢測。

　　環形天線和它周圍的電阻、電容和MOS場效應管組成了近微波段高頻自激振蕩電路（它的振蕩頻率在1GHz左右），微波探測器原理如圖3.1所示，當電路接通電源以后，振蕩產生的單頻、等幅信號通過外接天線發射到空間，產生一個立體空間微波防護區，天線既發射振蕩信號，也接收回波。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后產生微弱的頻移信號，該信號送放大器進行放大”。放大后的信號送窗口式鑒幅比較輸入端，經比較將一定強度的探測信號轉換為寬度不同的等幅脈沖輸出。

　　微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運算放大器KIA324P、環形天線、微波振蕩管C3355及一些外圍元器件，外接+6V電源。其電路圖如圖3.2。當有人在該微波防護區內移動時，振蕩頻率和幅度發生相應的變化。根據多普勒效應，該波動的頻率與物體運動的快慢有關，而幅度與距離有關。混頻后高頻信號因為過高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經U1作前級放大，10 pF電容與7.5K電阻構成充電電路，充電電壓作為第一級比較器U4的基準電壓，同時實現延時功能， 即只有前級放大電壓高于該參考電壓時，輸出才為高電平，此時，C9015 導通，最后信號經U2、U3構成的窗口比較器比較后輸出探測到的信號［2。實驗過程中報警范圍實測約為7-8米，探測到有效信號時，有20秒的報警信號輸出， LED發光做出預警指示，可有效的進行實時探測。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內（標準電壓是32V，但實際可以工作在很寬的電壓范圍內），當檢測到異常信號時為搞電平。

　　2、防火探測器電路設計

　　溫度探測器使用數字溫度傳感器DS18B20， 5V直流電壓供電。DS18BZ0的測溫原理是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關系，把溫度信號直接轉換為串行數字信號，通過內部計數器對受溫度影響的振蕩器周期的計數可實現溫度測量。探測器中DS18B20采用寄生電源供電方式，保證在有效的DS18B20時鐘周期內能提供足夠的電流，圖3.3中采用一個MOSFET管和MCU的I/0口來完成對DS18B20的總線上拉，然后通過另一I/0對DS18B20 進行控制并取得溫度值。

　　3、用戶端自動報警器總體設計

　　用戶端自動報警器是本課題的設計重點，自動報警器組成框圖如圖3.4所示，主要包括撥號模塊、語音模塊、電話接口模塊、鍵盤/密碼顯示模塊以及電源模塊”。報警器功能已在1.2節具體描寫過，這里不再詳述，本節著重介紹與自動撥號功能相關的硬件電路設計。

　　系統微處理器采用美國ATMEL公司生產的AT89C51單片機。AT89C51采用COMS工藝，是一種低功耗、高性能的，與INTEL 8051系列單片機完全兼容的8位微控制器。

　　AT89C51內部具有4K字節的Flash （閃速）存儲器，可反復擦寫， 在設計程序時可反復修改原程序、編譯、并燒寫到單片機，適合單片機最小系統的開發與研制。

　　1）自動報警器電路設計

　　自動報警器電路見圖3.5。時鐘電路由兩個30P的電容和12MHz的晶振構成。復位電路由電阻、電容、二極管和按鍵開關構成，具有上電復位和手動復位的功能。單片機的INTO 、INTl 分別與盜警、火警傳感器相連，實現各種警情的采集。為防止環境干擾信號對觸發中斷的影響，當響應中斷后，對中斷信號多次（如5次）巡檢，確認是中斷信號時，才去執行中斷處理子程序，否則認為是外界干擾信號不執行報警處理，有效降低誤報幾率。

　　系統微處理器采用美國ATMEL公司生產的AT89C51單片機。AT89C51采用COMS工藝，是一種低功耗、高性能的，與INTEL 8051 系列單片機完全兼容的8位微控制器。AT89C51內部具有4K字節的Flash （閃速）存儲器，可反復擦寫，在設計程序時可反復修改原程序、編譯、并燒寫到單片機，適合單片機最小系統的開發與研制。

　　2）自動報警器電路設計

　　自動報警器電路見圖3.5。時鐘電路由兩個30P 的電容和12MHz 的晶振構成。復位電路由電阻、電容、二極管和按鍵開關構成，具有上電復位和手動復位的功能。單片機的INTO、INT1分別與盜警、火警傳感器相連，實現各種警情的采集。為防止環境干擾信號對觸發中斷的影響， 當響應中斷后，對中斷信號多次（如5次）巡檢，確認是中斷信號時，才去執行中斷處理子程序，否則認為是外界干擾信號不執行報警處理，有效降低誤報幾率。

　　P2.1與語音電路相連， 實現語音的回放控制。P2.2接通訊接口轉換芯片的數據發送、接收片選端/RE （DE）。P2.3與電話接口電路相連，實現模擬摘掛機的控制。P2.4接探頭掉線檢測端，單片機對該口定時查詢，正常時為高電平，當檢測到低電平即發出掉線警報0。P2.5接交流電源掉電報警信號（交流斷電后由直流電源繼續供電，直流

　　電源放電低于預警值后向自動報警器發直流斷電預警信號。P1.0、P1.1、 P1.2為接鍵盤電路的三根I/0口線，P1.3接緊急呼救按鍵。P1.5接液晶顯示器的串行時鐘輸入端，P1.6接液晶顯示器的數據輸入端。P1.7接多路開關CD4051的片選端INH， PI.4P2.6分別接多路開關的輸入端A、B。多路開關輸出分別接報警LED、蜂鳴器，有警報發生時開關的輸出I/0口給出高電平信號。PO.0、P0.1、P0.2和PO.3分別與MT8888的DO、D1、D2和D3相連，用作數據總線。P2.0與MT8888的RSO相連，控制MT8888內部寄存器的選擇。P2.7與MT8888的cS相連，控制MT8888的選通。

　　P3.6、P3.7分別與MT8888的WR和RD相連，控制MT8888的讀寫。P0.4、P0.5接EPROM的串行輸入和串行輸出端，P0.6、P0.7 分別接EPROM的串行時鐘輸入和片選輸入端。

　　4、自動撥號及語音報警電路設計

　　1） 撥號電路

　　本系統設計的自動撥號電路可通過電話網絡實現自動尋呼，對所指定的機構或人員發出求救信號，簡述事故性質及地點，使救援人員采取相應措施來制止事故，系統主要功能如下：

　　1. 報警優先功能：主機與用戶電話機共用一條電話線，非報警時，不影響電話的正常使用， 電話機的正常使用不影響也不干擾主機報警。主機報警時，優先撥打報警電話。

　　2. 自動撥號功能：可設定1-6組電話或手機號碼，每組不超過15位數。

　　3. 用戶對自動撥號報警系統可自行設定和修改密碼。

　　4. 可自行錄制語音：語音播送， 由使用者自行錄制，存錄“狀況”（如有人闖入，失火，等），使用者的姓名，地址，電話等。自動探測通話狀態：報警時自動探測對方電話機的使用狀態，若對方為占線或響鈴后無人接，則保留跳過， 等下一輪續撥叫。

　　5. 記憶儲存功能：本系統采用X25045為記憶元件，電話號碼，報警信息存錄等所有輸入都不會因為電源失去而變動。

　　5、鍵盤與密碼顯示電路設計

　　鍵盤與密碼顯示電路負責系統與外界的聯系，數據或命令的顯示，包括：密碼輸入、修改密碼輸入、電話號碼設置、緊急呼叫、錄音、放音等功能。

　　6、系統電源的設計

　　1）主電源

　　本系統主電源采用直流電源5V和6V供電，原理圖如圖3.13所示。電源部分電路為典型的7805 / 7806應用電路，具有兩路電源輸出。該電路具有短路保護功能，變壓器輸出7V交流電， 經橋路整流，電容濾被，送入7805 / 7806輸入端，最后輸出sV /6V直流電。電阻與紅色LED構成電源工作指示電路，綠色LED和蜂鳴器用于短路報警指示。

　　2）備用電源

　　火災探測器應實現24小時不間斷監控，不允許出現停電故障，這就需要使用備用電源。用備用電源作為主電源對單片機系統供電的補充，可以使單片機系統在工作期間，不致因電網突然斷電，導致計算機系統RAM中的數據丟失而中斷工作，更主要的是它可以避免因電源中斷造成整個計算機系統的癱瘓問。備用電源的主要作用是在輸入回路斷電時，將電池的電能供給負載，當電源恢復正常后，輸入叵路既負責向負載提供電源還要負責向電池充電。圖3.14為在線式備用電源工作原理圖，是可以實現及時、正確、可靠地產生交/直流掉電預警信號的直流在線式備用電源。

　　ICL8212是一種高性能可編程的電壓檢測器，它能在供電電壓低（1.8V）、寬范圍（ 1.8-30v）條件下正常工作，其性能受環境溫度的影響極小，在整個供電電壓范圍內也不受供電電壓變化的影響。當輸入到3腳THRE （預置門限輸入）端的被檢測電壓高于1.15V時，ICL8212 為一飽和晶體管輸出，即3腳OUT端輸出低電平;而當3腳低于1.15V 時，4腳輸出高電平，而且這一高電平直到供電電源降到0V時仍有效，2腳HYST端為磁滯電壓設置端，磁滯電壓的設置可防止THRE 端的被檢測電壓在1.15V附近時，使OUT輸出端處于不穩定態。

　　IC1、IC2兩片ICL8212構成窗口電壓檢測器，正常工作時，即交流電壓在正常的工作范圍時，合理設置上、下兩個檢測閩值，由IC1、 IC2構成的窗口電壓檢測器IC2的4端輸出高電平，三極管Q1導通，K1繼電器吸合，穩壓電源正常工作，未經穩壓的直流一路經D3 ：、R9給可充電電池浮充電，另一路經穩壓后給系統提供穩定的直流電壓。一旦交流掉電，窗口電壓檢測器的輸出IC2的4端輸出為低電平，它一路將掉電信息存儲在自動報警器EEPROM 中，另一路控制三極管Ql，經繼電器Kl使交流回路與穩壓器斷開，改由可充電電池繼續維持向系統供電一定時間（時間的長短由選擇的可充電電池的容量定），實現了直流在線式不間斷供電網。此后，當可充電電池供電到一定時間，電壓降到一定值（不得放電至很低）時，由IC3構成的直流欠壓/掉電檢測器，通過三極管Q2、繼電器K2使可充電電池停止向系統供電。S1為手動開關，自動報警器運行時關上， 平時處于打開狀態。