樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)_畢業(yè)論文.doc

學號：XXXXXXXXXX 畢業(yè)論文樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的設計The Design of Intelligent Building Anti-theft Alarm Control System學院 計算機與電子信息學院 專業(yè) 自動化 班級 自動化09-1 學生 XXX 指導教師（職稱） XXX ( 講師 ) 完成時間 2013 年 3 月 25 日至 2013 年 6 月 13 日廣東石油化工學院本科畢業(yè)設計誠信承諾保證書本人XXX承諾：樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計的內容真實、可靠，是本人在XXX指導教師的指導下，獨立進行研究所完成。畢業(yè)設計中引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔全部責任。 學生簽名： 年 月 日廣東石油化工 學 院 畢 業(yè) 設 計 任 務 書院（系）： 計算機與電子信息學院 專業(yè) 自動化 班 級： 自動化09-1班 學生： XXX 學號： 09034080142 一、畢業(yè)論文課題 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的設計 二、畢業(yè)論文工作自 2013 年 3 月 25 日起至 2013 年 6 月 13 日止三、畢業(yè)論文進行地點 廣東石油化工學院 四、畢業(yè)論文的內容要求本課題是進行紅外線防盜報警器系統(tǒng)的設計。通過課題可使學生將所學理論知識進一步系統(tǒng)化，具備熟練查找本專業(yè)各種專業(yè)資料和手冊的技能，為學生畢業(yè)后工作打下良好基礎。 本設計的主要內容有： 完成開題報告，對設計方案進行論證，安排設計進程； 1、利用紅外線發(fā)射器和接受傳感器設計出一個室內防盜報警器裝置，分析其工作原理，繪制電路原理圖； 2、能夠熟練應用Keil uVision3編譯和Protues仿真軟件； 3、完成電路參數(shù)的計算及主要元件的選擇； 4、 完成軟硬件的設計，進行仿真調試； 5、 撰寫設計說明書一份，報告要規(guī)范、內容正確、條理分明、語言流暢、結構嚴謹。 教研室負責人 指導教師 接受設計論文任務開始執(zhí)行日期 年 月 日學生簽名 摘 要樓宇安全防范技術涉及到社會的方方面面，是保護國家和人民利益與安全的重要手段，隨著我國經濟水平的整體提高，我國的建設水平也逐步得到改善。本文主要完成了樓宇智能化中的防盜報警控制系統(tǒng)的硬件模塊和軟件部分的設計。論文分為硬件設計與軟件設計兩部分，首先主要研究了防盜報警系統(tǒng)的功能需求與性能需求；隨后，設計了系統(tǒng)的總體結構與邏輯結構，系統(tǒng)的性能設計，分析了系統(tǒng)的主要程序操作流程及功能模塊設計，詳細地設計了系統(tǒng)的電源控制功能、防盜傳感器數(shù)據(jù)采集電路、RS232串口模塊電路、GSM模塊TC35I電路進行分析與設計，并完成了各個軟件子模塊的設計；最后，設計了防盜的流程與實現(xiàn)。本系統(tǒng)采用單片機的高級語言C語言進行設計，并給出了相關流程圖，為了便于擴展和更改，軟件的設計采用模塊化結構，使程序設計的邏輯關系更加簡潔明了，經測試能實現(xiàn)基本的報警功能。關鍵詞 智能化 防盜系統(tǒng) 報警系統(tǒng) 單片機 傳感器AbstractResidential security technology, related to all aspects of society, is the means of protecting national interests and security and the people. With the overall improvement of economic level, Chinas construction level has also gradually improved. In this essay, it completed the design of hardware security modules of building intellectual techniques fire alarm system and the design of software components.The thesis is divided into two parts of hardware and software. First of all, it discusses the study of functional requirements and the performance requirements of security alarm system; Subsequently, it designs the overall structure of the system and logic structures. The performance of the system design analyses the main operating processes and the function module design. And designs the power control system, security sensor data acquisition circuit, and RS232 serial port module circuit in details .Moreover, it analyses and design The GSM module TC35I circuit, and, finishes the design of sub modules. Finally, the thesis designs the processes and the realization of anti-theft.The system uses high level language - C language of a single chip to design, and the related flow chart is given. To facilitate the expansion and change, the design of the software is modular in structure, so that the logic of programming is more concise. Through test, the system can achieve the basic alarm function.Keywords: Intelligent Burglar fire Alarm system Microcomputer Sensor目錄摘 要IAbstractII目錄III第一章 緒論11.1 課題研究背景11.2 課題研究現(xiàn)狀11.3 課題研究意義2本章小結2第二章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)關鍵技術32.1 如何改善防盜報警系統(tǒng)的誤報和漏報32.1.1 誤報的定義32.1.2 誤報引起的原因32.1.3 如何降低誤報率、漏報率32.2 安全防范系統(tǒng)42.3 信息網絡系統(tǒng)5本章小結6第三章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)需求分析73.1 系統(tǒng)功能概述73.2 系統(tǒng)需求分析83.3 性能需求分析8本章小結9第四章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)總體設計104.1 系統(tǒng)總體結構設計104.2系統(tǒng)硬件模塊設計104.2.1 防盜傳感器選型104.2.2 單片機選型134.2.3 電源模塊設計144.2.4 防盜數(shù)據(jù)采集電路154.2.5 RS232串口模塊164.2.6 GSM模塊TC35I184.3 系統(tǒng)軟件模塊設計204.3.1 系統(tǒng)主要流程的實現(xiàn)204.3.2 系統(tǒng)主要程序的實現(xiàn)214.3.3 系統(tǒng)Proteus仿真22本章小結23總結24致謝25參考文獻26附錄一 主程序及中斷服務程序清單27附錄二 串口通信測試程序清單31IV第一章 緒論第一章 緒論1.1 課題研究背景隨著城市化進程的加快，城市的安全隱患也日益增多，相對應的，城市安全防范工作的開展難度也日益增大?，F(xiàn)今國內商家、廠家更多的側重于倉庫、市場、高級寫字樓、酒店等公共場所的樓宇智能防盜控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，這就決定著它們所涉及的系統(tǒng)復雜、成本也相對較高。另一方面，大多數(shù)系統(tǒng)以樓宇為單位或者小區(qū)為單位都是以人工電話報警的方式來監(jiān)察、發(fā)現(xiàn)、制止盜竊的發(fā)生。智能小區(qū)是在智能化樓宇的基礎上衍生出來的，是一個可以為小區(qū)提供高效率、全天候的安全記住環(huán)境的智能化實現(xiàn)方式。當出現(xiàn)盜警時，傳統(tǒng)方式都是保安室值班人員或樓主撥打110報警電話，甚至在更多的情況下無人發(fā)現(xiàn)盜賊的犯罪事實。所以，能發(fā)及時發(fā)現(xiàn)盜情，對居住安全工作起著至關重要的作用，不及時的報警往往會給人民生命財產安全帶來不可估量的損失。因此在居民住宅、辦公室等單個的小型居住單位安裝廉價使用的智能防盜報警系統(tǒng)成為了一種趨勢。智能化小區(qū)的發(fā)展，結合了國內外先進的電子控制產品設備，迎合我國的住宅建設信息化的發(fā)展趨勢，從而促進小區(qū)住宅信息化建設的科技水平，本文即在此背景下進行設計與實現(xiàn)樓宇智能防盜控制系統(tǒng)的設計。1.2 課題研究現(xiàn)狀進入21世紀以來，智能建筑的優(yōu)越性得到了業(yè)主與用戶多方的青睞，并迅速成為國際開發(fā)熱點。繼美國之后，智能建筑在日本、英國、香港等地蓬勃發(fā)展，我國的智能化建筑起步較晚，90年代開始起步，但隨著經濟的飛速發(fā)展其迅猛的發(fā)展勢頭令世人矚目。有專家學者語言今后的五年，將有20%-30%的樓宇小區(qū)可以稱為智能樓宇小區(qū)；十年后住宅建設將無一例外的是智能住宅。智能樓宇和智能小區(qū)建設的三項重要內容是：網絡建設、安防系統(tǒng)和計算機物業(yè)服務。智能化樓宇小區(qū)是住在建筑與科技發(fā)展的結晶，它集現(xiàn)代建筑技術、現(xiàn)代電腦技術、現(xiàn)代通信技術及智能控制技術為一體，是住宅建設繼小康型住宅之后發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)行的智能小區(qū)中的報警系統(tǒng)知識單純的防盜或防火系統(tǒng)，而且報警器前段探測器采用有線探測器，采用電話線路上傳警情信息。傳統(tǒng)的這種報警系統(tǒng)已經不能滿足人們對家庭安全意識日益增長的需求。如今的樓宇防盜報警系統(tǒng)應具有性能穩(wěn)定、能全天候工作、耗電省、安裝使用方便等特點。防盜系統(tǒng)檢測模塊前端探測器有被動紅外熱釋電探測器、無線門窗磁探測器、幕簾式被動紅外探測器等。采用熱釋電技術的紅外探頭，具有超低誤報率、防電磁干擾、自動溫度補償、功耗小等特點，應用較廣；無線門窗磁探頭具有體積小，無須外部接線，安裝方便，可放置在任何地方或者固定在墻上；幕簾紅外探測器安裝在臥室的窗戶上，有小偷從窗戶入侵時，探頭會立刻感應報警，而主人的正?；顒邮且驗槟缓熓郊t外的上下角度小所以不會誤報。本文就是在傳統(tǒng)的樓宇防盜報警器的基層上，采用上面的方案，設計的針對小型智能樓宇的控制系統(tǒng)和針對大、中型智能建筑的控制系統(tǒng)。1.3 課題研究意義智能樓宇是現(xiàn)代樓宇建筑與計算機、通信、網絡、控制等技術有機結合的產物。它采用智能管理和智能控制的方法，將居室內各種安全設備、信息與通信設備、家用電器等，通過家庭總線系統(tǒng)連接起來，構成完整的家庭智能系統(tǒng)，并以信息網絡為紐帶與小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)互聯(lián)，形成開放式的小區(qū)管理體系。盡管智能住宅技術在我國剛剛起步，但卻有著十分廣闊的發(fā)展前景。目前，國外己經開始將網絡技術用于樓宇智能化系統(tǒng)，并顯示出廣闊的發(fā)展前景，成為新的樓宇智能化技術研究熱點。因此，我國對基于網絡技術的樓宇智能化技術研究己經受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。研究適合我國國情的基于網絡技術的樓宇智能化技術與產品，己經成為住宅建設中迫切需要解決的關鍵性技術問題?，F(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，使得計算機、通信、網絡三者不斷滲透會聚；半導體技術的發(fā)展特別是CPU處理速度的提升以及存儲能力的加強，使信息的收集、處理變得越來越快；電腦電視和信息家電的誕生使得一種適合多媒體業(yè)務的家用交互式用戶終端成為可能。此外，現(xiàn)場總線技術在家庭網絡中的應用給住宅智能化帶來了全新的解決方案，監(jiān)控技術的發(fā)展也推進了家庭智能化的進程。人類己經進入二十一世紀，智能住宅己開始引起人們的關注。作為智能住宅的一個組成部分，安全防范系統(tǒng)也必將向多功能、全方位、綜合性、智能化方向發(fā)展。本章小結本章主要介紹了樓宇智能化的現(xiàn)狀和發(fā)展狀況，同時說明了樓宇智能防盜控制系統(tǒng)的研究背景、研究現(xiàn)狀和研究意義。33第二章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)關鍵技術第二章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)關鍵技術2.1 如何改善防盜報警系統(tǒng)的誤報和漏報2.1.1 誤報的定義關于誤報警目前還沒有一個權威的定義，在我國一般都認為：“沒有出現(xiàn)危險情況報警系統(tǒng)發(fā)出報警信號即為誤報?！卑凑者@個定義，報警系統(tǒng)的誤報率(在一定時間內，系統(tǒng)誤報警次數(shù)與報警總數(shù)的比值)一般都在95以上。在西方一些國家關于誤報警的定義是：“誤報警是指實際情況不需要警察而使警察出動的報警信號，其中不包括那些因惡劣自然氣候和其他無法由報警企業(yè)以及用戶操縱的特殊環(huán)境引起的報警信號?！卑凑者@個定義，美國UL標準規(guī)定：“每一報警系統(tǒng)每年最多只能有四次誤報警?！?.1.2 誤報引起的原因防盜系統(tǒng)引起誤報的原因主要有：報警設備故障引起的誤報；報警系統(tǒng)設計、施工不當引起的誤報；環(huán)境噪音干擾引起的誤報；用戶使用不當引起的誤報2.1.3 如何降低誤報率、漏報率誤報警常常給安全負責人和用戶帶來不必要的麻煩，影響到他們正常的工作與生活。尤其是對警察/保安人員，警報器一響，一般就要調動大量警力出擊，造成大量時間和人力、物力資源的浪費。更大的代價是，久而久之，誤報使他們喪失了對危險的緊迫感，最后釀成大禍。漏報的后果更是不堪設想的。所謂養(yǎng)兵千日，用在一朝，如果在真正出現(xiàn)入侵時，報警器卻失靈。不僅造成人身傷害或財產損失，用戶對系統(tǒng)的信心也會大打折扣。降低防盜系統(tǒng)誤報、漏報率，需要從以下方面入手：1從人防方面著手是不可少的其中建立報警信息確認機制可減少出警的次數(shù)。報警中心收到報警信息后，應先對報警主機下發(fā)確認信號，表示中心已接收，而報警主機在沒有收到確認信號時，應重發(fā)。在技術方面，目前可運用多種手段對報警信號進行確認，如安裝多個探測器（普遍使用的是雙紅外+紅外加微波），當多個探頭同時探測到入侵信號時才向主機發(fā)送報警信號，從而降低誤報率。 另外，國家也可制定一些有關誤報警的法規(guī)，像國外一些地方政府機構，對報警用戶或安防公司采取檢查、罰款、懲罰等措施，如在一定時期內報警次數(shù)超過規(guī)定的數(shù)量將進行罰款。這對人為誤報可起到一定的制約作用。2從多方面提高紅外探測器的性能降低防盜報警系統(tǒng)誤/漏報率，最重要的是從多方面提高紅外探測器的性能，包括探測頭的選擇、菲涅爾透鏡的設計、微處理器程序、多鑒技術等，這些綜合因素決定了探測器的性能，否則易產生短板效應。針對抗干擾能力，可讓主機對控制器發(fā)來的信號有優(yōu)先排隊處理的過程。因為每個探測器不可能同時間發(fā)射，主機對探測器發(fā)送從始發(fā)時間先后識別為兩個不同的信號，并對其信號按優(yōu)先排隊暫時儲存處理。這樣可以大大地降低同頻干擾，降低其漏報率。 對于紅外探測器對入侵行為判斷能力差造成誤報以及易受溫度、光線等環(huán)境因素影響的問題，可采取：a、二次延時判斷確認，即當探測器探測到入侵信號時，先對其行為作初次判定而不立即向主機發(fā)送信號。二次確認入侵行為存在便向主機發(fā)送報警信號，若二次確認入侵行為不存在則取消初次判定結果，回到探測狀態(tài)，從而降低誤報率。b、多探測頭復合探測技術。裝備多個探測頭（雙紅外或紅外加微波），當多個探頭同時探測到入侵信號時才向主機發(fā)送報警信號，從而降低誤報率。c、微處理器程序判斷。通過程序對探測頭收集到的信號進行分析，以進一步確認是否有人入侵。d、在紅外探測頭上增加濾光鏡，過濾掉大部分非人體發(fā)出的紅外波長的光譜，特別是可見光。電源的問題，可讓無線探測器增加欠壓報告功能，以提醒用戶及時更換電池；運用探測器巡檢技術，要求探測器每幾個小時向主機發(fā)送一次工作狀態(tài)報告信號，以讓主機知曉探測器能否正常工作，若在一段時間內主機未收到巡檢信號，則表示該探測器不能正常工作，此時主機可以通過某種方式提醒用戶及時維修。 除了以上幾點外，用戶在選購報警系統(tǒng)產品時，應選用正規(guī)廠商生產的產品，并詳細了解其具體功能、性能指標及售后服務內容。安裝時要請專業(yè)的人士安裝，如廠商的工程人員或有專業(yè)工作經驗的人士，以免安裝不當造成誤/漏報。安裝探測器應避開當風、當雨和電磁干擾大及高溫的地方，并選擇適當?shù)奶綔y角度，遇到問題及時向廠商反映。 當然，在解決好產品自身的技術問題之外，用戶選購時還應考慮售后服務及技術支持等因素，同時還應注意安裝環(huán)境以及施工人員的技術水平。 只有選擇品質良好的產品、提供良好的應用環(huán)境、配合良好的施工技術才能真正有效的降低整個防盜報警系統(tǒng)的誤、漏報率。2.2 安全防范系統(tǒng)樓宇安全防系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)，以及燃氣泄漏報警、感煙報警、緊急求救等系統(tǒng)的綜合應用。小區(qū)的保安中心則負責集中監(jiān)視管理安防各子系統(tǒng)。下面我們重點介紹其中的五個系統(tǒng)：(1)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的作用非常之大，它可以輔助保安系統(tǒng)對于小區(qū)內外的環(huán)境，及小區(qū)重要區(qū)域做現(xiàn)場實時監(jiān)視。當保安系統(tǒng)發(fā)生報警時，它會聯(lián)動開啟攝像機并將該報警點所監(jiān)視區(qū)域的畫面切換到主監(jiān)視器上，同時啟動錄像機記錄現(xiàn)場實況。此系統(tǒng)也是智能小區(qū)的必配系統(tǒng)之一。(2)門禁識別系統(tǒng)在小區(qū)的每一個出入口處，以及每一棟樓的入口，均安裝有智能門禁系統(tǒng)，甚至在車輛出入口處，還需要安裝能夠識別車輛出入用的管理系統(tǒng)。門禁識別系統(tǒng)就是對于小區(qū)的進出口進行檢測的系統(tǒng)，如果發(fā)現(xiàn)有非持有小區(qū)卡的人進入小區(qū)，系統(tǒng)將會自動發(fā)出報警。(3)可視對講系統(tǒng)該系統(tǒng)不僅是小區(qū)必備的配置，而且是應用較為廣泛的系統(tǒng)。當業(yè)主有客人來訪時，只需按下相對應的房號，業(yè)主即可通過家中的可視對講終端看到來訪者的樣貌，并給客人打開樓下門禁。(4)家庭內綜合安防系統(tǒng)窗磁、門磁開關，燃氣泄漏報警，感煙報警，緊急按鈕等安防系統(tǒng)均應用于家庭內部，在每戶業(yè)主的家中裝設紅外線探頭、窗磁門磁開關、感煙探頭、緊急報警按鈕等，每個單元入口設置一臺門口主機，在保安中心設置一套管理主機。2.3 信息網絡系統(tǒng)網絡系統(tǒng)涉及的內容較多也具有很大的靈活性。事實上小區(qū)信息中心可以租用專線，自身成為一個ISP服務站，小區(qū)對外成為一個Internet網站，可發(fā)布小區(qū)的概況、物業(yè)管理公司、小區(qū)地形、樓盤情況等相關信息。對內部它可以為小區(qū)提供Internet能為人們提供的任何服務。作為一個主要面向住宅小區(qū)業(yè)主的網站，它可以做出自己的特點，提供有針對性的服務，以下幾項內容是切實可行的：小區(qū)聊天室、BBS，為小區(qū)住戶提供一個相互交流的場所；郵件服務：小區(qū)留言板，提供一個讓住戶對物業(yè)管理、小區(qū)建設等方面發(fā)表建議的地方；小區(qū)電子商務，這項內容涉及到很多內容因為服務對象的確定性比較容易處理支付和配送的問題，可以和小區(qū)內各消費點聯(lián)系，建立有小區(qū)特色的電子商務。信息網絡系統(tǒng)主要包括了，計算機網絡系統(tǒng)、衛(wèi)星接入和有線電視系統(tǒng)及VOD視頻點播系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的共同特點就是：流媒體信息的網絡傳播，流媒體是指運用可變帶寬技術，在數(shù)據(jù)網絡上按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音/視頻數(shù)據(jù)的一種格式。8例如，流媒體在播放前只將部分內容緩存，并不下載整個文件，在數(shù)據(jù)流傳送的同時，用戶可在計算機上利用相應的播放器或其它的硬件、軟件對壓縮的動畫、視音頻等流式多媒體文件解壓后進行播放，這樣就節(jié)省了下載等待時間和存儲空間，使時延大大減少，而多媒體文件的剩余部分將在后臺的服務器內繼續(xù)下載。例如，有線電視起源于共用天線電視系統(tǒng)MATV(Master Antenna Television)。共用天線系統(tǒng)是多個用戶共用一組優(yōu)質天線，以有線方式將電視信號分送到各個用戶的電視系統(tǒng)，隨著我國國民經濟和科學技術的迅速發(fā)展，人們對文化、教育和信息等多方面的需求有了大幅度的提高和增加。曾起過重要作用的共用天線系統(tǒng)己不能適應新的形勢，人們不再滿足于當?shù)仉娨暸_開路播放的電視節(jié)目，而是期望實現(xiàn)高質量、多頻道、多功能的電視傳播，有線電視系統(tǒng)完全能夠滿足這些要求。有線電視系統(tǒng)不僅能高質量地轉播當?shù)氐拈_路電視節(jié)目，還可以自辦節(jié)目或轉發(fā)衛(wèi)星電視節(jié)目，并能雙向傳輸和交換信息。本章小結本章通過介紹安全防范系統(tǒng)和信息網絡系統(tǒng)的具體內容，反應出了樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的關鍵技術所在。介紹了監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)等系統(tǒng)，對系統(tǒng)組成及功能有了初步了解。第三章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)需求分析第三章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)需求分析課題研究的系統(tǒng)是智能化的樓宇防盜報警系統(tǒng)，是通過紅外信號采集進行功能實現(xiàn)的，下面將對樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的功能進行概述，并對整個控制系統(tǒng)進行需求分析。3.1 系統(tǒng)功能概述該智能報警器專門為樓宇居住用戶開發(fā)研究的，該報警器配用相應的標準保安探頭，可以實現(xiàn)防開啟、防接近、防玻璃破碎等全面的保安，由于該報警系統(tǒng)中應用單片機技術和現(xiàn)代化電子技術，保安功能全部可由用戶設置與修改。用戶可根據(jù)各自特定的保安要求，通過小鍵盤設置組成各種高質量的專用保安系統(tǒng)。其主要功能結構如圖3-1所示：復位電路單片機傳感器1信號處理電路GSM模塊用戶終端傳感器2傳感器3時鐘電路圖3-1 防盜報警系統(tǒng)結構圖從圖中可以看出系統(tǒng)的主要執(zhí)行功能如下：（1）系統(tǒng)的控制面板上電源開關POWER按鍵，可以開閉系統(tǒng)；（2）防盜系統(tǒng)：若有非法入室盜竊者，立刻現(xiàn)場警笛報警，并向外發(fā)出報警信號；3.2 系統(tǒng)需求分析根據(jù)系統(tǒng)項目實際的開發(fā)需求，樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)可實現(xiàn)自動檢測與自動報警。采用紅外探測與微波探測器構成的雙鑒探測器實現(xiàn)盜情檢測。主機與各種傳感器無線布控，安裝簡便，不需施工布線。微電腦自動撥號報警，可遠程報警，向主人的手機，110及小區(qū)管理處等地報警，停電時仍能正常工作，并且警號響度不受影響。警笛鳴響時間的選擇，該項功能可以設定在警笛為啟動模式時撥打電話報警時現(xiàn)場警笛鳴響時間的長短。設計控制系統(tǒng)的需求模塊如下圖3-2所示：樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)其他輔助電路模塊自動報警模塊視頻監(jiān)控模塊紅外傳感器模塊電源電路模塊圖3-2 防盜報警系統(tǒng)功能需求模塊圖3.3 性能需求分析為了使設計出的防盜報警控制系統(tǒng)具有一定的生命力，從以下幾方面進行了考慮：（1） 穩(wěn)定性由于防盜報警系統(tǒng)具有連續(xù)、實時的特性，要求系統(tǒng)具有較高的整體性能，各模塊之間應具有連續(xù)穩(wěn)定性12。因此要求設計的網絡系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。（2） 開放性本系統(tǒng)是防盜報警系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)資源應與其它系統(tǒng)實現(xiàn)共享或具有較好的邏輯接口，因此要求該防火防盜報警系統(tǒng)具有良好的開放性能。（3） 可擴展性隨著社會的不斷發(fā)展，新形勢下的新問題會不斷出現(xiàn)，本防盜報警系統(tǒng)所具有的功能也將隨之擴展。因此在設計時應充分考慮到各種可能的發(fā)展趨向，使設計的系統(tǒng)具有良好的擴展性，適應一段時間內發(fā)展的需要。本章小結本章是樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)研究的需求分析部分，主要研究了防火報警系統(tǒng)的功能需求與性能需求，為后面關于系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)奠定基礎。第四章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)總體設計第四章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)總體設計4.1 系統(tǒng)總體結構設計由上文樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)的需求分析可知，其控制系統(tǒng)的硬件模塊主要是對其硬件功能電路進行設計的，主要的電路包括系統(tǒng)的電源控制電路、紅外傳感器模塊、蜂鳴器報警模塊、RS232模塊、GSM模塊等，硬件模塊總體結果如圖4-1所示。電源控制時鐘電路蜂鳴報警MCUAT89C52紅外傳感液晶顯示復位電路GSMRS232圖4-1 系統(tǒng)硬件模塊總體結構圖4.2系統(tǒng)硬件模塊設計4.2.1 防盜傳感器選型對于防盜傳感器，本系統(tǒng)采用主動式紅外對射傳感器，它相對于傳統(tǒng)的被動式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)點：(1)主動式對射紅外傳感器安裝于門窗及一切需要設防的位置，采用多光束綜合判斷，當有一定體積的障礙物遮擋時，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報。(2)由于其安裝在門窗等位置，使夜間主人的正?；顒硬皇芟拗?，這給用戶提供了極大的夜間布防的可能。本系統(tǒng)采用的是AIR30主動式紅外傳感器。主動式紅外傳感器(亦稱：紅外光柵)，由投光器和受光器組成。投光器引出的兩根線為電源線，工作電壓為DC12V，即紅色引出線為“+”極，黑色引出線為“-”極；受光器則有四根引出線，其中兩根為電源線，工作電壓為DC12V；紅色引出線為“+”極，黑色引出線為“-”極，另外兩根為信號線。4.2.1.1 主動式紅外探測器中紅外接收器的工作原理主動紅外探測器能主動發(fā)射紅外光，即當被探測目標侵入所防范的警戒線時就會遮擋掉紅外發(fā)射機與接收機之間的紅外光束，我們把這種能響應被遮擋紅外光束，并進入報警狀態(tài)的電子裝置稱為主動紅外探測器。由于同質半導體硅不同的摻雜形成的PN結、不同質的半導體組成的異質結，或金屬與半導體接觸形成的肖特基勢壘都存在內建電場。當光照這種半導體時，半導體對光的吸收就產生了光生電子和空穴，它們在內建電場的作用下就會向相反的方向移動和積聚而產生電位差。這就相當于向PN結加上一個正電壓，就是光生電動勢。如果將這樣的PN結與外電路相連，就有電流流過外電路，從而在負載電阻上得到一個隨入射光變化的電壓信號。這就是不加電源，能將光信號轉變?yōu)殡娦盘柕墓怆姵氐墓ぷ髟怼?.2.1.2 主動式紅外探測器的工作原理主動紅外探測器的發(fā)射機發(fā)出一束經調制的紅外光束，被紅外接收機接收，從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當被探測目標侵入該警戒線時，紅外光束被部分或全部遮擋，此時接收機接收的信號就會發(fā)生變化，它經放大與信號處理后，即控制發(fā)出報警信號。主動紅外的發(fā)射光源，通常用紅外發(fā)光二極管，其特點是體積小、重量輕、壽命長、功耗小，交直流供電都能工作，晶體管、集成電路都能直接驅動。還有一些半導體激光器，如砷鎵鋁雙異質結半導體激光器等，也工作在紅外波段，因而也是一種主動紅外探測器。主動紅外探測器的光源通常采用脈沖調制的脈沖波形，其發(fā)射機采用自激多諧振蕩器作為調制電源，使它產生很高占空比的脈沖波形，去調制紅外二極管發(fā)光，以發(fā)射出紅外脈沖調制光譜。這樣，就降低了電源的功耗，提高了靈敏度，和系統(tǒng)抗雜散光的干擾能力。對光束遮擋型的探測器，要適當選取有效的報警最短遮光時間。因為遮光時間選得太短，會引起不必要的噪聲干擾，如小鳥飛過、小動物穿過都會引起報警；而遮光時間選得太長，又可能導致漏報。因此，通常以10m/s的速度通過鏡頭的遮光時間，來定最短遮光時間。如人的最小寬度為20cm，則最短遮斷時間為20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光時間大于20ms，系統(tǒng)報警；遮光時間小于20ms，則不報警。主動紅外探測器多采用雙光路，可提高其抗干擾、防誤報的能力。這種主動紅外探測器壽命長、價格低、易調整，因此被廣泛使用在電視監(jiān)控報警系統(tǒng)工程中。當主動紅外探測器用在室外自然環(huán)境時，比如無星光和月亮的夜晚，以及夏日中午陽光的背景輻射的強度比可超過100dB時，這就使接收機的光電傳感器工作環(huán)境相差太大。通常采用截止濾光片，濾去背景光中的極大部分能量（主要濾去可見光的能量），使接收機的光電傳感器在各種戶外光照條件下的使用條件基本相似。此外，大霧還會引起傳輸中紅外光的散射，縮短主動紅外探測器的有效探測距離，在安防工程中必須考慮。如實測某紅外探測器：在無霧時有效探測距離7km；淺霧時有效探測距離2.5km；輕霧時有效探測距離1km；中霧時有效探測距離0.6km；重霧時有效探測距離0.3km。4.2.1.3 被動式紅外探測器中熱釋電探測器的工作原理被動式紅外探測器中的核心器件熱釋電探測器是基于熱釋電效應的原理工作的，它是一種對波長無選擇性的將熱能轉換為電能的熱電探測器，并且是一種交流器件。因此，它對恒定不變的溫度無響應，只能探測響應有變化的溫度。一般，電介質的內部沒有載流子，所以沒有導電能力。但它也是由帶電的粒子電子、原子核等組成的。在外加電場的情況下(如加上電壓)，帶電的粒子也要受到電場力的作用，其正電荷總是趨向陰極，而負電荷趨向陽極，雖然其移動距離很小，但其結果使電介質的一個表面帶正電，相反的表面帶負電。通常我們稱這種現(xiàn)象為“電極化”。對大多數(shù)電介質來說，在電壓除去后，極化狀態(tài)隨即消失，帶電粒子的運動又回復到原來狀態(tài)。但是，有一類被稱為“鐵電體”的電介質，在外加電壓除去后仍保持著極化狀態(tài)。這就是所謂“自發(fā)極化”。一般鐵電體的極化強度Ps（單位面積上的電荷）與溫度有關，溫度升高，極化強度減低。升高到一定溫度，自發(fā)極化就突然消失，這個溫度稱為“居里溫度”或“居里點”。在居里點以下，極化強度Ps是溫度的函數(shù)，利用這一關系制造的熱電探測器，稱為熱釋電探測器。當紅外輻射照射到已經極化了的鐵電薄片上時，引起薄片的溫度升高。因而表面電荷減少，這就相當于“釋放”了一部分電荷。釋放的電荷可用放大器轉變成輸出電壓。如果紅外輻射繼續(xù)照射，使鐵電薄片的溫度升高到新的平衡值，表面電荷也就達到新的平衡濃度，不再釋放電荷，也就不再有輸出信號。熱釋電型探測器在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號下降到零，只有在薄片溫度的升降過程中才有輸出信號，因此在設計制造和應用熱釋電探測器時，都要設法使鐵電薄片具有最有利的溫度變化。由于熱釋電晶體具有自發(fā)極化Ps，晶體的表面應該出現(xiàn)面束縛電荷。在與極軸（即Ps方向）垂直的表面內，面束縛電荷密度等于Ps。但通常這些面束縛電荷被晶體內部的外來的自由電荷所中和，因此覺察不出來。晶體內部自由電荷起中和作用的平均時間為=/，其中為晶體的介電常數(shù)；為晶體的電導率。多數(shù)的熱釋電晶體的值在1s到1000s之間。熱釋電探測器用調制頻率為f的紅外輻射照射熱釋電晶體，就會使得晶體的溫度、晶體的自發(fā)極化以及由此而引起的面束縛電荷均隨頻率f發(fā)生變化。如果頻率較低，f5V時，類似于上面的分析情況，Data0ut2輸出為低電平信號；(2)當4V電壓U(Data0utl)加上4.5V5V時，比較器A3腳電壓高于A2腳電壓，A1輸出高電平電壓；B6腳電壓低于B5腳電壓，B7輸出高電平信號，由于電路是線與的結構，故Data0ut2輸出為高電平信號；(3)當電壓U(Data0utl)加上4.5V4V時，比較器U2 A部分A3腳電壓低于A2腳電壓，A1輸出低電平電壓；U2 B部分B6腳電壓低于B5腳電壓，B7輸出高電平信號，由于電路是線與的結構，故Data0ut2輸出為低電平信號；圖4-5 防盜數(shù)據(jù)采集信號整形電路4.2.5 RS232串口模塊通信就是不同的系統(tǒng)經由線路相互交換數(shù)據(jù)。通信的主要目的是將數(shù)據(jù)從一端傳送到另一端，達到數(shù)據(jù)交換的目的。例如，從人與人之間的對話、計算機與設備之間的數(shù)據(jù)交換到計算機與計算機間的數(shù)據(jù)傳送，乃至于廣播或衛(wèi)星都是通信的一種，一個完整的通信系統(tǒng)包括發(fā)送端、接收端、轉換數(shù)據(jù)的接口及傳送數(shù)據(jù)的實際信道。按照通信的形式可以分為兩種，其中一種為并行傳輸?shù)耐ㄐ牛床⑿型ㄐ牛≒arallelCommunication），另一種則為串行通信（SerislCommunication）。這兩種通信方式的區(qū)別是，并行通信一次的傳輸數(shù)據(jù)量為8位（1個字節(jié)）；而串行通信則一次只能傳輸1位，傳輸1字節(jié)數(shù)據(jù)（8位）數(shù)據(jù)就需要8次才能傳出去，因此，它們兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸速度就相差8倍。并行通信雖然可以在一次的數(shù)據(jù)傳輸中傳送8位，但是數(shù)據(jù)電壓在傳送的過程中，容易因為線路及干擾因素使得電壓準電位發(fā)生變化（主要為電壓衰減和信號間相互干擾問題），因而使得傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤，通信距離越長，問題越明顯，因此并行通信主要用于傳輸距離較短的場合，如電腦主板的并口LPT1，主要和并行打印機通信。串行通信一次只傳輸1位，相對來說，要處理的數(shù)據(jù)電壓只有一個，因此比較不容易漏失數(shù)據(jù)，通信時候再加上一些校驗防范措施后，串行通信的出錯就更不容易了，串行通信端口（SerislCommunicationPort）在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極其重要的角色，不僅沒有因為時代的進步而被淘汰，反而是在規(guī)格上愈來愈向其極限挑戰(zhàn)。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應用最廣泛的標準總線。RS-232C標準（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，其中RS是RecommendedStandard的縮寫，代表推薦標準，232是標識符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在這之前，有過RS-232A、RS-232B標準，它規(guī)定連接電纜和機械、電氣特性、信號功能及傳送過程?，F(xiàn)在，計算機上的串行通信端口（RS-232）是標準配置端口，已經得到廣泛應用，計算機上一般都有12個標準RS-232C串口，即通道COM1和COM2。EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了明確規(guī)定。在TXD和RXD引腳上電平定義：邏輯1(MARK)=-3V-15V邏輯0(SPACE)315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上電平定義：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）+3V+15V信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負電壓)=-3V-15V以上規(guī)定說明了RS-232C標準對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”的傳輸?shù)碾娖綖?3V-15V，邏輯“0”傳輸?shù)碾娖綖?3V+15V；對于控制信號；接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平為+3V+15V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平為-3V-15V，也就是當傳輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來；而介于-3+3V之間的電壓即處于模糊區(qū)電位，此部分電壓將使得計算機無法準確判斷傳輸信號的意義，可能會得到0，也可能會得到1，如此得到的結果是不可信的，在通信時候體現(xiàn)的是會出現(xiàn)大量誤碼，造成通信失敗。因此，實際工作時，應保證傳輸?shù)碾娖皆?315)V之間。目前，大部分計算機的RS-232C通信接口都使用了DB9連接器，如上面圖中所示，主板的接口連接器有9根針輸出（RS-232公頭），也有些比較舊的計算機使用DB25連接器輸出，下面我們來介紹DB9和DB25輸出接口的引腳定義。RS-232C串口引腳定義表：9針RS-232串口（DB9）引腳簡寫功能說明1CD載波偵測(Carrier Detect)2RXD接收數(shù)據(jù)(Receive)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmit)4DTR數(shù)據(jù)終端準備(Data Terminal Ready)5GND地線(Ground)6DSR數(shù)據(jù)準備好(Data Set Ready)7RTS請求發(fā)送(Request To Send)8CTS清除發(fā)送(Clear To Send)9RI振鈴提示(Ring Indicator)RS232連接電路如圖4-6所示圖4-6 RS-232連接電路圖4.2.6 GSM模塊TC35ITC35I新版西門子工業(yè)GSM模塊是一個中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，如圖4-7所示，工作在EGSM900和GSM1800雙頻道，電源范圍為直流3.3-4.8V，電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA（平均），2.5A峰值；可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，工號在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2W和1W，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/1.8V，TC35I的數(shù)據(jù)接口（CMOS電平）通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s-115b/s，自動波特率為1.2kb/s-115kb/s。它支持text和pdu格式的SMS（Short Message Service，短信息），可通過AT命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復。TC35I由供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等6部分組成。作為TC35I的核心系帶處理器GSM終端內的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(shù)字功能。TC35I模塊有40個引腳，通過一個ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）連接器引出。這40個引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35I的第1-5引腳是正電源輸入腳，通常推薦值4.2V，第6-10引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對外輸出電壓（共外電路使用），14為ACCU-TEMP接負溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。15接是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35I進入工作狀態(tài)，必須給IGT加一個大于100ms的低脈沖，電平下降持續(xù)時間不超過1ms。16-23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-TRS232接口標準。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps-115kbps之間可選，默認9600。硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標準的AI命令集。其中18腳RXD、19腳TXD為TTL的串口通訊腳，需要和單片機或者PC通訊。TC35I使用外接式SIM卡，24-29為SIM卡引腳，SIM卡同TC35I是這樣連接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35I的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，則CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平。TC35I的第32腳SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是指示TC35I的工作狀態(tài)，可用AT命令AT+SYNC進行切換，本模塊使用的最后一種。當LED熄滅時，表面TC35I處于關閉或睡眠狀態(tài)，當LED為600ms亮/600ms熄時，表明SIM卡沒有插入或TC35I正在進行網絡登錄；當LED為75ms亮/3s熄時，表明TC35I已登錄進網絡，處于待機狀態(tài)。圖4-7 GSM模塊 TC35I30、31、32腳為控制腳，其中30為RTC backup，31為Power down，32為SYNC。35-38為語音接口，35、36接揚聲器放音。37、38可以直接借駐極體話筒來采集聲音（37是話筒正端，39是話筒負端）。模塊的供電電壓如果低于3.3V會自動關機。同時模塊在發(fā)射時，電流峰值可高達2A。同時在此電流峰值時，電源電壓（送入模塊的電壓）下降值不能超過0.4V。所以該模塊對電源的要求較高，電源的內阻+FFC聯(lián)接線的電阻必需小于200m。64.3 系統(tǒng)軟件模塊設計4.3.1 系統(tǒng)主要流程的實現(xiàn)系統(tǒng)軟件體系結構包括后臺程序、數(shù)據(jù)庫、控制中心、規(guī)則中心和用戶交互界面等部分。后臺程序定時執(zhí)行，向數(shù)據(jù)庫導入中心數(shù)據(jù)庫和采集的相關信息；控制中心是一系列對數(shù)據(jù)庫進行操作的程序，讀取數(shù)據(jù)庫中規(guī)則信息和文檔信息進行處理，并與用戶進行交流。系統(tǒng)軟件體系結構如圖4-8所示:初始化電源檢測設置定時中斷調用指令子程序電話中斷請求？檢測定時子程序啟動延時檢測到微波傳感信號檢測紅外傳感信號等待輸入密碼調自動撥號子程序密碼正確？對方摘機時間到？調語音報警子程序盜情報警110結束圖4-8 系統(tǒng)軟件體系結構流程圖4.3.2 系統(tǒng)主要程序的實現(xiàn)防盜數(shù)據(jù)采集信號經過電路的放大與處理后，輸入到單片機端口的是一個脈沖信號，該脈沖信號隨著檢測的移動紅外線而變化，當單片機PD2端口檢測到脈沖信號的時候，考慮到設計的便利與節(jié)約性，在程序的處理中，不再對信號進行采樣，而是直接采用單片機的查詢進行處理，通過查詢程序，直接調用出系統(tǒng)的防盜狀態(tài)。程序設計的流程如圖4-9所示：進入判斷脈沖產生異常執(zhí)行