两款家庭智能防盗报警系统的设计

智能防盗报警系统设计方案(一)

本文阐述了区域家庭智能防盗报警系统的设计。智能防盗报警系统主要由4部分组成：无线防盗报警探头、家庭主 机、小区主机、地区主机。接下来一一了解：

一、无线防盗报警探头设计方案

无线防盗报警探头安装于居室的各个窗户上，体积小巧，功耗低，可直接贴在窗户上，当发现盗贼入侵时可以独立声光报警，并发送无线报警信号到家庭主机。硬件结构如图1所示。

 

 

1、低功耗设计

无线防盜报警探头采用纽扣电池供电，需要低功耗的处理器。本方案选用Atreel公司的ATTIny44处理器。ATTIny 是Atmel公司的低功耗系列产品，ATTIny44具有3种可单独选择的低功耗休眠模式，使ATTIny44在电池供电设备。上有良好的表现。应用软件可在需要时调整系统时钟频率以达到最佳功耗性能，例如在系统闲置时调慢微处理器部分模块的时钟频率。利用AVR Power Stop System，用户停止使用微处理器时可以关闭定时器、ADC等能耗模块，ATtiny44 在掉电(PowerDown)模式下耗电量还不到100 nA。要求无线传感器的体积尽可能小，以便安装，ATti-ny44 小巧的封装也使得整个无线传感器体积大为缩小。ATtiny44平时工作在掉电状态下，为功耗最小模式。当有报警信号时处理器从中断中唤醒，判断是否为盗贼入侵，如果不是则重新回到掉电模式，如果是盗贼入侵则启动无线发射模块发射无线报警信息。

2、红外热释电传感器

在自然界，任何高于绝对温度(-273 K)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外波长是不一样的，红外波长与温度相关，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。人体都有恒定的体温，一般在37C左右，会发出10 mm左右特定波长的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。被动红外探头的传感器包含2个串联的热释电元件，2个电极化方向正好相反，环境背景辐射对2个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，此时探测器无信号输出。红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经检测处理后就能产生报警信号。

3、无线发射模块

无线传感器的无线发射模块选用的是Chipcon公司的CCII50单发芯片。ClI50具有丰富的频率资源，需要极少的外部元件。CCII50具有休眠状态，在没有报警信息的时候，可以将其设置为休眠状态，减少电池的电量消耗。当有报警信息时，无线发射模块被唤醒，发射报警信号完成后无线发射模块关闭。

二、家庭主机设计方案

家庭主机是整个家庭智能防盗报警系统的核心，其自身既可以在收到报警信号后独立报警，驱走盗贼，还能发送报警短信到小区主机和地区主机，通知安防人员尽快到来。家庭主机硬件结构如图2所示。

 

 

1、无线收发模块

家庭主机采用Chipcon公司的CCIIOO无线收发芯片，该芯片可与CCII50单发芯片匹配使用，具有丰富的频率资源，接收灵敏度高，完全可以满足室内无线传感器信号的接收任务。当接收到无线报警信号后，CCII0O将接收到的数据传输给单片机，单片机对数据进行分析，然后发出声光报警和短信报警信息。

2、无线传感器网络

无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现指定范围内的目标检测与跟踪，具有展开快速、抗毁性强等特点。区域家庭智能防盗报警系统利用了无线传感器网络原理布设了无线智能防盗报警网络，其中无线防盗报警探头为簇内节点，家庭主机为簇头节点，小区主机为网关节点。无线防盗报警探头的报警信息可以及时汇聚到小区主机，小区主机及时反映，使安防人员能够快速响应。无线传感器网络结构如图3所示。

 

 

3、微处理器

家庭主机对微处理器的要求稍高，微处理器同时连接无线收发模块和GSM模块，并有上位机通信接口。本方案选用ATmegal28微处理器，ATmegal28有2个串口，还有SPI接口，可以满足上述功能要求。另外，还具有丰富的1/0口资源，可以用来驱动声光报警和继电器的动作。ATmegal28内置4 KB的EEPROM，可擦写100000次。 因为家庭主机需要管理无线防盗报警探头的位置信息及ID，存储报警用户的报警电话、报警短信内容、报警次数等，所以4KB的EEPROM可以很好地解决这个问题。当微处理器从无线收发模块接收到报警信息后，需要对数据进行分析，查找已激活的无线传感器列表，找到与ID号相对应的传感器，读出其具*置信息，将位置信息插入到已预置的报警短信后，按照报警用户列表依次通过GSM模块发送给报警用户。

4、GSM模块

GSM网络通信质量高，保密性好，网络容量大，抗干扰能力强，可实现全球自动漫游，并为用户提供了语音、数据、短信息等多种业务，是目前我国最成熟、最完善、覆盖面最广、应用最广泛的移动通信系统。GSM网络的短消息是通过信令信道传输信息，为GSM通信网所特有。它不用拨号建立连接，可直接把要发的信息加上信宿先发送到短消息服务中心SMSC， 再由SMSC在适当的时刻转发给最终的信宿。短消息业务与话音传输及传真一样，同为GSM数字蜂窝移动通信网络提供的主要电信业务。它通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能，每条短消息可以发送70个汉字，可以包含报警用户名称、报警地点的具体地址和无线防盗报警探头的安放位置，清晰地描述出事发现场位置，保证安保人员能够在第一时间到达事发现场。

5、键盘及显示

键盘可以用来设置家庭报警器的各种功能，通过显示可以看到家庭报警主机的各个状态。基本的配置操作可以通过键盘来设置，一些高级的设置需要通过安装在电脑。上的配置软件进行设置。基本配置可以使报警系统正常工作，一些不方便使用电脑的用户也能轻松使用此报警系统。基本的配置操作包括家庭防盗报警器的开关，报警用户的设置、启用激活和分组管理，无线防盗报警探头的注册和启用激活，简单报警日志的管理。

6、配置软件

家庭主机配有配置软件，安装于家用电脑中。配置软件的主要作用有：

①报警用户设置。可以设置报警用户的姓名、手机号和启用状态，可以进行分组管理，区分不同报警用户的优先级。

②无线防盗报警探头设置。可以设置无线报警的ID号码、无线防盗报警探头放置的窗户位置和启用状态。

③报警短信设置。设置报警短信的预置内容，当有无线防盗报警探头发送报警信息时，只需要将户主名称和无线防盗报警探头的位置信息插入预置的报警短信，就可以直接交由GSM模块发送出去。

④报警日志管理。可以查看最近的报警信息详情，管理报警记录信息。

三、小区主机设计方案

小区主机主要是进行居民小区内的用户管理，安防范围覆盖整个小区，适合于小区保安部门安装，对整个小区进行安全防护监管，小区主机硬件结构如图4所示。

 

 

1、GSM模块

同家庭报警主机一样，小区主机配备了一样的GSM通信模块，当GSM模块收到报警信号后，立即将报警信息传送给微处理器，微处理器将短信信息通过串口传递给_上位机软件。

2、报警功能

软件的主要功能是收到微处理器传送的报警信息后，及时显示出来，同时发出声光报警，提醒值班人员快速做出反应，尽快到达事发现场。

3、数据管理

小区主机的用户比较多，需要使用数据库进行管理。上位机使用sQL server进行用户数据管理。上位机软件进行小区内的用户管理，小区的用户首次使用报警系统时，需要用户通过向小区主机发送注册短信，或者到小区主机以人工输入的方式登记注册个人信息，建立小区报警用户的数据库。。上位机软件管理报警日志，对每次的报警都详细记录，方便事后查找。

四、地区主机设计方案

地区主机的管理范围涉及整个地区，可能包含地区内的若干个小区，用户更加庞大，适合于地区的公安部门]安装，可以有效协助管理地区治安。地区主机的硬件结构与小区主机的硬件结构相同，但上位机软件功能更加强大，拥有更强的数据库管理功能和地图定位系统。由于地区主机管理范围的逐渐扩大，报警方式有可能并行发生，所以最直观的呈现方式就是当有报警发生时能够在地图中直接显示其确切位置。所以地区主机具有良好的地图数据信息，可根据报警信息的地址内容，查询地理信息数据，将与报警信息对应的地理位置直接显示在地图上。如果能配合警力GPS定位系统，可使警方更快到达事发现场，将用户损失降到最低。

智能安防报警系统设计方案汇总(二)

一、智能报警系统的总体构成

智能住宅防盗防火智能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，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。

本防盗防火报警

系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个防盗、防火报警系统。系统总体构成包括防盗防火探测器、用户端自动报警器与通讯线路三个模块，系统组成框图如图2.1 所示。

 

 

用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系。系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。

系统的基本工作过程：

用户端的防范现场，一旦有人入侵、或发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器(各种防火、防盗及手动报警按钮等)则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认(多次巡检中断信号)，若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)、光(LED )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，进行语音报警2。在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯(LED)，三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火防盗报警、 正常工作及系统出现故障的状态， 即报警灯(红)、工作灯(绿)和故障灯(黄)。正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时的时间。用户端报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯;如果判断探头掉线(被剪断)，则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间(505定时器)去解除， 另外用户端自动报警器还具备状态信息(如有无交流电、备用电池电量是否不足等)。上报的功能， 可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。

二、硬件系统设计

自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主控模块、摘挂机模块、拨号模块、语音模块、显示模块及读写数据模块。应用汇编语言编程，在KeiluVISion2环境里，使用Top 2000-B型编程器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用MCS-51汇编语言编写自动报警器中相关程序(如拨号、语音、读写X25045等)。

1、防盗探测器电路设计

微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强， 无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另-种频率反射，这样发射频率和反射频率有-一个频率差异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。

实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。

 

 

环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图3.1所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大”。放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。

微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接+6V电源。其电路图如图3.2。当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级放大，10 pF电容与7.5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的基准电压，同时实现延时功能， 即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时，C9015 导通，最后信号经U2、U3构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号[2。实验过程中报警范围实测约为7-8米，探测到有效信号时，有20秒的报警信号输出， LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。该电路可以工作在较宽的电压范围内(标准电压是32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内)，当检测到异常信号时为搞电平。

2、防火探测器电路设计

温度探测器使用数字温度传感器DS18B20， 5V直流电压供电。DS18BZ0的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B20时钟周期内能提供足够的电流，图3.3中采用一个MOSFET管和MCU的I/0口来完成对DS18B20的总线上拉，然后通过另一I/0对DS18B20 进行控制并取得温度值。

 

 

3、用户端自动报警器总体设计

用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图3.4所示，主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘/密码显示模块以及电源模块”。报警器功能已在1.2节具体描写过，这里不再详述，本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。

 

 

系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL 8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。

AT89C51内部具有4K字节的Flash (闪速)存储器，可反复擦写， 在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。

1)自动报警器电路设计

自动报警器电路见图3.5。时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。单片机的INTO 、INTl 分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。为防止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次(如5次)巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。

 

 

系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL 8051 系列单片机完全兼容的8位微控制器。AT89C51内部具有4K字节的Flash (闪速)存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。

2)自动报警器电路设计

自动报警器电路见图3.5。时钟电路由两个30P 的电容和12MHz 的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。单片机的INTO、INT1分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。为防止环境干扰信号对触发中断的影响， 当响应中断后，对中断信号多次(如5次)巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。

 

 

P2.1与语音电路相连， 实现语音的回放控制。P2.2接通讯接口转换芯片的数据发送、接收片选端/RE (DE)。P2.3与电话接口电路相连，实现模拟摘挂机的控制。P2.4接探头掉线检测端，单片机对该口定时查询，正常时为高电平，当检测到低电平即发出掉线警报0。P2.5接交流电源掉电报警信号(交流断电后由直流电源继续供电，直流

电源放电低于预警值后向自动报警器发直流断电预警信号。P1.0、P1.1、 P1.2为接键盘电路的三根I/0口线，P1.3接紧急呼救按键。P1.5接液晶显示器的串行时钟输入端，P1.6接液晶显示器的数据输入端。P1.7接多路开关CD4051的片选端INH， PI.4P2.6分别接多路开关的输入端A、B。多路开关输出分别接报警LED、蜂鸣器，有警报发生时开关的输出I/0口给出高电平信号。PO.0、P0.1、P0.2和PO.3分别与MT8888的DO、D1、D2和D3相连，用作数据总线。P2.0与MT8888的RSO相连，控制MT8888内部寄存器的选择。P2.7与MT8888的cS相连，控制MT8888的选通。

P3.6、P3.7分别与MT8888的WR和RD相连，控制MT8888的读写。P0.4、P0.5接EPROM的串行输入和串行输出端，P0.6、P0.7 分别接EPROM的串行时钟输入和片选输入端。

4、自动拨号及语音报警电路设计

1) 拨号电路

本系统设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼，对所指定的机构或人员发出求救信号，简述事故性质及地点，使救援人员采取相应措施来制止事故，系统主要功能如下：

1. 报警优先功能：主机与用户电话

机共用一条电话线，非报警时，不影响电话的正常使用， 电话机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时，优先拨打报警电话。

2. 自动拨号功能：可设定1-6组电话或手机号码，每组不超过15位数。

3. 用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码。

4. 可自行录制语音：语音播送， 由使用者自行录制，存录“状况”(如有人闯入，失火，等)，使用者的姓名，地址，电话等。自动探测通话状态：报警时自动探测对方电话机的使用状态，若对方为占线或响铃后无人接，则保留跳过， 等下一轮续拨叫。

5. 记忆储存功能：本系统采用X25045为记忆元件，电话号码，报警信息存录等所有输入都不会因为电源失去而变动。

5、键盘与密码显示电路设计

键盘与密码显示电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括：密码输入、修改密码输入、电话号码设置、紧急呼叫、录音、放音等功能。

6、系统电源的设计

1)主电源

本系统主电源采用直流电源5V和6V供电，原理图如图3.13所示。电源部分电路为典型的7805 / 7806应用电路，具有两路电源输出。该电路具有短路保护功能，变压器输出7V交流电， 经桥路整流，电容滤被，送入7805 / 7806输入端，最后输出sV /6V直流电。电阻与红色LED构成电源工作指示电路，绿色LED和蜂鸣器用于短路报警指示。

 

 

2)备用电源

火灾探测器应实现24小时不间断监控，不允许出现停电故障，这就需要使用备用电源。用备用电源作为主电源对单片机系统供电的补充，可以使单片机系统在工作期间，不致因电网突然断电，导致计算机系统RAM中的数据丢失而中断工作，更主要的是它可以避免因电源中断造成整个计算机系统的瘫痪问。备用电源的主要作用是在输入回路断电时，将电池的电能供给负载，当电源恢复正常后，输入叵路既负责向负载提供电源还要负责向电池充电。图3.14为在线式备用电源工作原理图，是可以实现及时、正确、可靠地产生交/直流掉电预警信号的直流在线式备用电源。

ICL8212是一种高性能可编程的电压检测器，它能在供电电压低(1.8V)、宽范围( 1.8-30v)条件下正常工作，其性能受环境温度的影响极小，在整个供电电压范围内也不受供电电压变化的影响。当输入到3脚THRE (预置门限输入)端的被检测电压高于1.15V时，ICL8212 为一饱和晶体管输出，即3脚OUT端输出低电平;而当3脚低于1.15V 时，4脚输出高电平，而且这一高电平直到供电电源降到0V时仍有效，2脚HYST端为磁滞电压设置端，磁滞电压的设置可防止THRE 端的被检测电压在1.15V附近时，使OUT输出端处于不稳定态。

 

 

IC1、IC2两片ICL8212构成窗口电压检测器，正常工作时，即交流电压在正常的工作范围时，合理设置上、下两个检测闽值，由IC1、 IC2构成的窗口电压检测器IC2的4端输出高电平，三极管Q1导通，K1继电器吸合，稳压电源正常工作，未经稳压的直流一路经D3 ：、R9给可充电电池浮充电，另一路经稳压后给系统提供稳定的直流电压。一旦交流掉电，窗口电压检测器的输出IC2的4端输出为低电平，它一路将掉电信息存储在自动报警器EEPROM 中，另一路控制三极管Ql，经继电器Kl使交流回路与稳压器断开，改由可充电电池继续维持向系统供电一定时间(时间的长短由选择的可充电电池的容量定)，实现了直流在线式不间断供电网。此后，当可充电电池供电到一定时间，电压降到一定值(不得放电至很低)时，由IC3构成的直流欠压/掉电检测器，通过三极管Q2、继电器K2使可充电电池停止向系统供电。S1为手动开关，自动报警器运行时关上， 平时处于打开状态。