智能住宅安全防范系統的設計與實現

宋玲

摘要：當前，隨著經濟的發展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財產安全越來越重視，并采取了許多措施保護家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網，但也存在有礙美觀、不符合防火要求、不能有效防止壞人的入侵等缺點。

關鍵詞：報警系統；智能住宅；緊急呼叫

目前，市場上存在著各種各樣的家居安防、防火防盜報警系統，系統誤報率較高、可靠性比較差。

鑒于此，本課題旨在設計出一種低誤報率、可靠性高的智能住宅安全防范系統。它集防火防盜功能于一體，可實現自動檢測與自動電話撥號報警。此次設計以MCS-51系列單片機AT89S51為核心，結合外圍無線編碼接收電路、數字語音錄放電路、通話電路，以及其它的一些外圍輔助電路，構成了一款高性能的智能無線安防報警器。其中，紅外探測器及微波探測器實現盜情報警；以溫度探測器和光電感煙探測器集為一體構成的復合式火災探測器可完成火災報警。而且本系統分別從硬件和軟件兩方面進行了抗干擾設計，提高了系統的抗干擾能力。該系統實現了低誤報率，增強了系統的可靠性。

一、系統需求分析

在由市房產信息中心人員的配合下，項目組經過為期3個月的考察后總結出下面章節描述的智能住宅安防系統建設的現狀?？傮w來講，目前隨著經濟的發展，人們對家庭生命財產安全越來越重視，并采取了許多措施來保護家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網，但也存在有礙美觀的問題，且不符合防火要求，不能有效地防止壞人的入侵。現在市場上存在著各種各樣的家居安防、防火防盜報警系統，但它們大都是由傳統的感應器和程控裝置等部件構成。就其中的火災報警而言，目前出現的大型組合火災報警系統，一般是根據災前檢知的光、熱、煙、氣、味等個別異?；蚴欠襁_到某種額定值來做出判斷的，存在誤報及可靠性有待增進的問題。

二、智能住宅安防系統功能

針對現狀，在開發智能住宅安全防范系統的過程中，研發組確定了本智能住宅安全防范系統的功能：

能同時對所防范的區域進行火情、盜情檢測，確認后及時傳送信號給CPU。流程圖如圖1所示。

報警器能自動撥號并通過語音電路進行遠程報警。流程圖如圖2所示。

其中防盜系統遠程報警結束后，安裝在室內的聲光報警系統會啟動，對盜竊分子起一個震懾作用。流程圖如圖3所示。

住宅內設置緊急呼叫系統，可使家中行動不便的老人方便使用四鍵遙控報警求助。

三、系統設計

（一）系統總體設計方案

智能住宅安全防范系統的總體設計方案是從我國住宅的實際情況出發，根據各相關方面的協調發展情況，為滿足新時期居民的居住需求，以實現智能化報警來確定的。

本課題從實際出發，設計一種家庭用、與電話線連接、操作簡單、工作穩定可靠的遠程智能防火防盜報警裝置。本系統可同時監視多個重要點（如門、窗等），發現火情、盜情并通過電話網絡及時自動撥號語音報警以及室內威懾報警和老人使用方便的四鍵遙控報警求助。系統總體構成框圖如圖5所示。

本系統的探測器安裝于居民住宅內，由不同類型的探測器同時對住宅進行監測，并把探測到的數據傳送給CPU，而CPU則對從各個探測器采集來的數據進行處理；當出現異情時，通過家中的電話線自動撥號遠程報警，同時LED就地報警。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。

（二）智能住宅安防系統的基本工作過程

在智能住宅安防系統的防范報警現場，一旦有人入侵、發生火災或有人求救等緊急情況發生時，與之相應的探測器則會立即向CPU發出警情信號；接到警情信號后，CPU立即進行確認（多次巡檢探測信號），若50s后無人解除警情，同時警情確認無誤后，則通過電話網撥打預先設置好的報警電話號碼進行語音報警；另外，當語音報警結束后，系統進行現場聲（蜂鳴器）、光（LED）報警，對盜匪起一個震懾作用；行動不便或突發疾病的老人使用方便四鍵遙控報警求助。

（三）防火、防盜探測器設計

1、防盜探測器

本課題設計的防盜探測器是由紅外探測器與微波探測器組成的雙鑒探測器。較之以往的紅外或微波單信號探測器，其誤報率明顯下降。

2、防火探測器

防火探測器將對被保護區域進行不間斷的監視和探測，把火災初期階段能引起火災的參數盡早、及時、準確地檢測出來通報單片機，并由CPU確認后進行報警。

（四）智能報警控制器設計

1、智能報警控制器總體設計

智能報警控制器是本次設計的重點，報警器組成框圖如圖8所示，主要包括撥號電路、語音電路和電話接口電路。

2、智能報警控制器硬件設計

A.AT89S51單片機

AT89S51單片機是ATMEL公司推出的一款在系統可編程ISP 單片機，是一種帶4K字節閃爍可編程、可擦除、只讀存儲器的低壓電壓、高性能CMOS 8位微處理器。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

B.自動撥號及語音報警電路

本次設計的自動撥號電路可通過電話網絡實現自動呼叫，對所提供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。

3、智能報警控制器軟件設計

本系統使用模塊化的程序設計思想，主程序通過調用子程序以實現各部分功能。在程序的設計過程中，我們將先進行軟件的總體設計，將軟件分為多個功能模塊，然后進行各功能模塊設計；各功能模塊都調試通過后，再將它們根據總體設計的主流程組合起來成為最終的應用軟件。根據流程要求、總體設計方案的要求和硬件電路的功能，我們將軟件設計分為鍵盤掃描模塊、自動撥號模塊、DTMF收發模塊和語音模塊等。

4、系統硬件抗干擾設計

用戶端自動報警器以及中央控制器要在住宅中完成多種探測器的數據交換，易受到各種干擾的侵犯。各種干擾根據其來源的不同，主要有空間干擾（通過電磁輻射進入）、過程通道干擾（通過與自動報警器及中央控制器相連的前向和后向通道進入）、供電系統干擾等。這些不良因素將對系統產生不良影響和損害。

5、系統軟件抗干擾設計

在單片機應用系統中，由于程序及一些重要參數都存儲在ROM中，這就為軟件的抗干擾創造了良好的前提條件。控制系統受干擾后反應在單片機上，就是所謂的“沖程序”，即程序指針亂跳，出現程序跑飛和非法死循環，導致程序失控。因此，需對單片機系統采取一些有效措施。

四、系統的實現

（一）智能報警系統主流程

當接收到熱釋電傳感器等發來的無線報警信號后，CPU立即發出報警信號，通過電話線傳到遠程用戶。報警方式如下：用戶通過輸入設備儲存6個報警電話，將它們存入X25045存儲器中；當接到報警信號后，從第一個電話開始撥號，一直撥到第6個，來回撥3遍；如果任意一個電話回送了“#”鍵確認后，即意味著報警信號已收到，則不再繼續撥號。每個號碼需撥號時間100ms，號碼之間留500ms的間隔。我們規定號碼長度最多不超過15位。

自動撥號子程序：該子程序的功能為進行自動撥號。在有警情時，它將從單片機中讀取錄入的電話號碼寫入MT8888并發送該號碼。

（二）軟件代碼實現

（三）聯機調試

聯機調試，就是借助開發工具對所設計應用系統的硬件進行檢查，排除設計和焊接裝配的故障。確認應用系統的硬件沒有問題后，可將軟件裝入進行綜合調試階段。該階段主要任務是排除軟件錯誤，也解決硬件遺留下的問題。將軟件和硬件一起反復調試，并盡可能地模擬現場條件，包括人為地制造一些干擾等，考察聯機運行情況，直至所有功能均能實現且達到設計技術指標為止。

聯機調試時，將應用系統中的單片機芯片拔掉，插上開發工具即仿真器的仿真頭，所謂“仿真頭”實際上是一個40引腳的插頭，它是仿真器的單片機芯片信號的延伸，即單片機與仿真器共用一塊單片機芯片，當在開發系統上聯機調試單片機應用系統時，就像使用應用系統中的真實的單片機一樣。借助于開發系統的調試功能可對其應用系統的硬件和軟件進行各種檢查和調試。

（四）脫機運行

聯機調試完成后，可將程序寫入EPROM或片內ROM中，脫機運行考核?？磻孟到y能否可靠、穩定地工作，這個過程一般沒有問題。若有問題則大多出在復位、晶體振蕩、“看門狗”電路或電源方面，可針對性地予以解決。然后可將系統樣機現場運行考核，進一步暴露問題。現場考機要考察樣機對現場環境的適應能力、抗干擾能力。對樣機還需進行較長時間的連續運行考機老化，以充分考察系統的穩定性和可靠性。經過現場較長時間的運行和全面嚴格的檢測、調試完善后，確認系統已穩定、可靠并已達到設計要求，可定型交付使用，正式投入運行或定型投入批量生產，最后整理資料，編寫技術說明書，進行產品鑒定或驗收。

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