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1、家用防盗防火拨号报警系统 【摘要】随着现代化建设的飞速发展以及人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望居室温馨、舒适，而且对其安全性、智能化方面也提出了更高的要求。另一方面，现代电子、通讯技术的飞速发展已经为智能化安全住宅的研究提供了强有力的技术支持。本文介绍了一种操作方便、运行可靠的家庭型智能报警系统。它集防盗贼入侵、防火灾等功能于一体，可实现自动检测和电话自动报警。自动检测是指由探测器或传感器实现对住宅的各种模拟信号(人体发出的红外信号、烟雾浓度等)进行自动监测,自动电话报警是指系统通过电话线路自动拨打户主或相关部门的电话，发出语音求救信号。智能探测器在监测到灾
2、情时只输出报警信号开关量，主机微处理器会自动控制电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情类别，自动拨打相关部门的电话号码如小区管理中心电话、用户手机等。系统从硬件和软件两方面进行了讨论。该系统成本低、实用、可靠、功能灵活多样。1.绪论1.1 序言随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子
3、的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求;与此同时，随着生活水平的提高，液化石油气、管道煤气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，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的危险。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防火防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统
4、的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的多功能智能型安全防范报警系统，对室内出现的各种紧急意外事件如入室盗窃、火灾等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。1.2 本课题的研究内容 本课题需要研究的内容主要有以下几个方面：（1）根据系统功能要求并且考虑
5、产品的性价比，进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。（2）系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、拨号报警电路的设计、电话接口电路的设计和传感器电路的设计。 下面分3章从系统涉及的相关技术、系统的硬件设计、系统的软件设计对本课题做详细的介绍。 2.系统相关技术理论2.1 系统的功能要求根据实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下（1） 可实现非法入侵报警（2） 可实现火灾报警（3） 采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作，并报警提醒用户（4） 根据不同的报警情况，系统
6、对预存的不同号码进行拨号报警2.2 总体的设计方案 智能住宅安防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。 图2-1 系统组成框图系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块:主副电源电路，热释电红外传感器模块、光电感烟传感器模块、电话接口电路、拨号电路和警铃电路等。2.3 系统的基本工作过程 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，当系统开机时，一旦有人入侵、或发生火灾时，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自
7、动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，发出报警信号。2.4 系统的相关技术2.4.1 单片机技术（1） 单片机的特点 所谓单片机就是一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下： 单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较
8、大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。 采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 系列齐全，功能扩展性强。单片机
9、具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。 单片机的功能是通用的。单片机虽然主要是作控制器用，但是功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在各个方面。(2)单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点 体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟
10、的 可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统得效率和可靠性大为提高2.4.2 传感器技术感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。 (1)人体热释电红外传感器 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。被动式热释电红外探头的工作原理：在自然界，任何高于绝对
11、温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其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。人体都有恒定的体温，一般在37,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动是式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。这种元件在接受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，最终电荷变化将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。抗干扰性能防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对
12、探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰:探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。正确的安装应满足下列条件a. 红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。b.红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。c.红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。d.红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。(2)光电感烟探测器 光电感烟探测器中的发光器件，目前多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采
13、用半导体硅光电管，受光器件的阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是OPTEK公司的OP231和OP801SL光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电电压为1.5V，接收管使用5V的直流电压供电。利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度与烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。对于由烟雾引起的光散射的测量，特别是对于近距离产生的光散射测量，因为烟雾的测量限于小的范围，对那些影响测量的干扰可以比较容易的消除，因此，利用光散射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。正常情况下，在发射与接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射管发出
14、的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。集烟盒内壁为黑色粗糙面，可将盒内的光反射减至最小。集烟盒外侧开有气、烟对流孔，烟雾进口处敷以不锈钢网，以防_LL杂物进入集烟盒造成误报。在火灾发生时，当有烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器输出报警信号电平。2.5 DTMF拨号原理 现在的电话机多数是双音频电话，本文中的拨号系统就是利用双音多频来进行拨号的。 双音多频(DTMF是指用两个特定的单音信号的组合来代表数字或功能。两个单音频的频率不同，
15、所代表的数字和功能也不同。双音多频拨号方式中有16个按键，对应有8种不同的单音信号，因其采用的频率有8种，所以称为多频，如表2-1所示。从中任意抽出2种进行组合，又称为8中取2的编码方法，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率: 679MHz, 770MHz, 852MHz, 941MHz，高频群也有4种频率:1209MHz, 1336MHz, 1477MHz,1633MHz。从高频群和低频群中任意各抽出一种频率进行组合，共有16种不同的组合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。用双音多频拨号方式传递音频信号，传播速度快，抗干扰能力强。 表2-1 DTMF拨号方式中16键组合表 3.报警系统的硬件设计31 电源电路设计 本系统电源电路原理图如图3-1所示，系统的主电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7806输入端，最后输出5V直流电。当电网发生停电故障，单片机的P0.2口检测到低电平，单片机做出停电报警处理。报警器应实现24小时不间断监控，不容许出现停电故障，这就需要使用备用电源。本系统的备用电源为5V的直流电源，当主电源供电正常的情况下，由于二极管D3的作用，备用
