安防報警系統的設計與分析

金 熠，肖藝鋒，宋宗峰，劉素梅

(廣州工商學院，廣東 佛山 528000)

0 引言

在智能化系統中，與居民日常生活安全問題最息息相關的就是安防報警系統，它是以保障生命財產安全為目的建立起來的系統。本文所設計的安防報警系統集紅外傳感器信號監測、傳輸、處理為一體，運用時下新興技術，可以用來解決家庭防盜安全問題，增加了住戶的安全感，從而提高生活質量。此系統具有很大的市場潛力和應用價值，在未來的發展中具有很好的發展前景。

1 國內外發展現狀

從全球安防行業的市場結構看，其主要分為實體安防和信息技術安防兩個板塊。家用安防系統的發展，大致經歷了從復雜得多線型安防系統、采用微處理器控制的總線型安防系統到使用先進計算機控制技術的智能型安防系統，系統的靈敏性和可靠性都在逐步提高，適用的環境也越來越多。

20世紀50—70年代，國外一些較發達的國家研制出了相關的ADEMCO、VICON等視頻圖像技術，隨著計算機數字技術、生物識別技術以及互聯網的快速發展，安防報警系統得到快速發展，如用于家居方面的歐洲占主導地位的樓宇自動化和家庭自動化標準、國際通用的智能家居電力載波協議X-10等，西門子公司推出了Guarto Easy新型安全防范系統，將聲光、防火防盜等多種技術融合[1]。

智能安防報警系統在國內的發展開始于20世紀90年代，根據最新智研咨詢發布的《2020—2026年中國智能安防行業發展動態分析及未來發展前景報告》數據顯示[2]：在國家政策的大力支持下，全民安防理念已經基本形成，民眾對安防的意識有所提高，隨著5G超高速、低延遲等優勢以及物聯網、大數據、云計算等新技術、國內芯片技術的成熟，智能安防監控設備的成本逐年下降，智能安防民用市場成為未來商家爭奪方向。

2 系統設計

本文設計的安防報警系統利用AT89C51單片機，采用HR-SR501人體感應模塊和ZigBee技術。當有人闖入時，單片機接收到來自人體感應模塊的高電平脈沖,將這些數據傳送到CC2530模塊，CC2530模塊利用ZigBee無線通信完成發送給用戶手機信息，同時激發聲光報警電路。本設計一般設置在窗邊、門邊等可限制人員流動的地方。

系統由AT89C51單片機、CC2530、HR-SR501傳感模塊、聲光報警模塊及其他軟件系統組成，以下為系統結構圖和主要電路圖(見圖1—2)。

圖1 系統結構圖

圖2 主要電路圖

2.1 系統相關硬件分析

2.1.1 人體感應模塊

相比其他感應模塊，選用HC-SR501人體感應模塊，其可調節的靈敏度可以避免靈敏度過高或過低對系統造成干擾，該模塊采用全自動感應，當有人進入感應范圍時輸出高電平，人離開感應范圍時則自動延時關閉高電平，輸出低電平。模塊內選用熱釋電紅外傳感器，其LHI778熱釋紅外探頭利用溫度變化的特征來探測紅外線的輻射，采用雙靈敏元互補的方法抑制溫度變化產生的干擾，具有高靈敏度和優越的信噪比，抗干擾能力強，對7～20 μm波長范圍的紅外線比較靈敏。人的體溫一般為37℃，此時輻射最多的紅外線波長為10 μm。LHI778熱釋紅外傳感器內部含兩個反極性串聯的探測元件，并在探測元件前設有一個菲涅爾透鏡，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，再與放大電路配合將信號放大70 db以上，轉換成電壓信號輸出。人一旦侵入探測范圍內(即避障區外)，熱輻射能量發生改變，隨之信號發生強弱變化，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經信號放大處理后而發生報警。

2.1.2 CC2530微控制器

CC2530微控制器是比較常用的Zigbee芯片，內含有Zigbee模塊，Zigbee技術是一種新型的短距離無線通信技術[3]，具有自組網、低成本、低功耗、低延時等特點。擁有良好的射頻收發性能，具有更強的抗干擾性。

2.1.3 聲光報警部分

采用555定時器聲光報警電路，其電路含兩個定時器，可實現異步工作，在電路激發后指示燈閃爍，同時蜂鳴器發出間隙的鳴叫。

2.2 軟件實現相關程序分析

按上述工作原理和相關硬件分析，本文所設計的安防報警系統的主程序工作流程圖如圖3所示。

程序實現的功能是當有人員闖入或越過到達檢測范圍時，LHI778熱釋紅外探頭即可感知到人體溫度，單片機監測到傳感器傳送來的脈沖信號，經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路，警報可通過手動停止的方法停止，程序可循環工作，等待下次信號來時報警系統持續工作。

圖3 主程序工作流程圖

3 結語

本文設計的安防報警系統可作為智能陪護系統的補充，實現了對人群的保護，提高了使用者的安全感，能在發生盜竊等意外情況下及時通知用戶，從而把損失降到最低。但由于該系統選用HR-SR501人體感應模塊，其模塊采用雙元探頭，當人從正面或在垂直面移動使，雙元檢測不到紅外光譜變化，感應會不靈敏，因此安裝感應器時要與人活動多的地方平行，同時應盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的棱鏡，以免干擾信號產生誤動作。

系統選用的被動式熱釋電紅外探頭本身不發射任何類型的輻射，器件功率很小，運用在居家環境中可減少對使用者的輻射影響。之后可將系統結合ZigBee協議來發送用于紅外安全檢測數據的系統方案，將獲取的數據發送至客戶端，例如APP、WEB、小程序，抑或是可以通過網絡協議，騰訊物聯等云進行軟件上的處理。