智能住宅安全防范系统的设计与实现

宋玲

摘要：当前，随着经济的发展，人民的生活日益改善，人们对家庭生命财产安全越来越重视，并采取了许多措施保护家庭的安全。以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观、不符合防火要求、不能有效防止坏人的入侵等缺点。

关键词：报警系统；智能住宅；紧急呼叫

目前，市场上存在着各种各样的家居安防、防火防盗报警系统，系统误报率较高、可靠性比较差。

鉴于此，本课题旨在设计出一种低误报率、可靠性高的智能住宅安全防范系统。它集防火防盗功能于一体，可实现自动检测与自动电话拨号报警。此次设计以MCS-51系列单片机AT89S51为核心，结合外围无线编码接收电路、数字语音录放电路、通话电路，以及其它的一些外围辅助电路，构成了一款高性能的智能无线安防报警器。其中，红外探测器及微波探测器实现盗情报警；以温度探测器和光电感烟探测器集为一体构成的复合式火灾探测器可完成火灾报警。而且本系统分别从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计，提高了系统的抗干扰能力。该系统实现了低误报率，增强了系统的可靠性。

一、系统需求分析

在由市房产信息中心人员的配合下，项目组经过为期3个月的考察后总结出下面章节描述的智能住宅安防系统建设的现状。总体来讲，目前随着经济的发展，人们对家庭生命财产安全越来越重视，并采取了许多措施来保护家庭的安全。以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观的问题，且不符合防火要求，不能有效地防止坏人的入侵。现在市场上存在着各种各样的家居安防、防火防盗报警系统，但它们大都是由传统的感应器和程控装置等部件构成。就其中的火灾报警而言，目前出现的大型组合火灾报警系统，一般是根据灾前检知的光、热、烟、气、味等个别异常或是否达到某种额定值来做出判断的，存在误报及可靠性有待增进的问题。

二、智能住宅安防系统功能

针对现状，在开发智能住宅安全防范系统的过程中，研发组确定了本智能住宅安全防范系统的功能：

能同时对所防范的区域进行火情、盗情检测，确认后及时传送信号给CPU。流程图如图1所示。

报警器能自动拨号并通过语音电路进行远程报警。流程图如图2所示。

其中防盗系统远程报警结束后，安装在室内的声光报警系统会启动，对盗窃分子起一个震慑作用。流程图如图3所示。

住宅内设置紧急呼叫系统，可使家中行动不便的老人方便使用四键遥控报警求助。

三、系统设计

（一）系统总体设计方案

智能住宅安全防范系统的总体设计方案是从我国住宅的实际情况出发，根据各相关方面的协调发展情况，为满足新时期居民的居住需求，以实现智能化报警来确定的。

本课题从实际出发，设计一种家庭用、与电话线连接、操作简单、工作稳定可靠的远程智能防火防盗报警装置。本系统可同时监视多个重要点（如门、窗等），发现火情、盗情并通过电话网络及时自动拨号语音报警以及室内威慑报警和老人使用方便的四键遥控报警求助。系统总体构成框图如图5所示。

本系统的探测器安装于居民住宅内，由不同类型的探测器同时对住宅进行监测，并把探测到的数据传送给CPU，而CPU则对从各个探测器采集来的数据进行处理；当出现异情时，通过家中的电话线自动拨号远程报警，同时LED就地报警。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。

（二）智能住宅安防系统的基本工作过程

在智能住宅安防系统的防范报警现场，一旦有人入侵、发生火灾或有人求救等紧急情况发生时，与之相应的探测器则会立即向CPU发出警情信号；接到警情信号后，CPU立即进行确认（多次巡检探测信号），若50s后无人解除警情，同时警情确认无误后，则通过电话网拨打预先设置好的报警电话号码进行语音报警；另外，当语音报警结束后，系统进行现场声（蜂鸣器）、光（LED）报警，对盗匪起一个震慑作用；行动不便或突发疾病的老人使用方便四键遥控报警求助。

（三）防火、防盗探测器设计

1、防盗探测器

本课题设计的防盗探测器是由红外探测器与微波探测器组成的双鉴探测器。较之以往的红外或微波单信号探测器，其误报率明显下降。

2、防火探测器

防火探测器将对被保护区域进行不间断的监视和探测，把火灾初期阶段能引起火灾的参数尽早、及时、准确地检测出来通报单片机，并由CPU确认后进行报警。

（四）智能报警控制器设计

1、智能报警控制器总体设计

智能报警控制器是本次设计的重点，报警器组成框图如图8所示，主要包括拨号电路、语音电路和电话接口电路。

2、智能报警控制器硬件设计

A.AT89S51单片机

AT89S51单片机是ATMEL公司推出的一款在系统可编程ISP 单片机，是一种带4K字节闪烁可编程、可擦除、只读存储器的低压电压、高性能CMOS 8位微处理器。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

B.自动拨号及语音报警电路

本次设计的自动拨号电路可通过电话网络实现自动呼叫，对所提供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。

3、智能报警控制器软件设计

本系统使用模块化的程序设计思想，主程序通过调用子程序以实现各部分功能。在程序的设计过程中，我们将先进行软件的总体设计，将软件分为多个功能模块，然后进行各功能模块设计；各功能模块都调试通过后，再将它们根据总体设计的主流程组合起来成为最终的应用软件。根据流程要求、总体设计方案的要求和硬件电路的功能，我们将软件设计分为键盘扫描模块、自动拨号模块、DTMF收发模块和语音模块等。

4、系统硬件抗干扰设计

用户端自动报警器以及中央控制器要在住宅中完成多种探测器的数据交换，易受到各种干扰的侵犯。各种干扰根据其来源的不同，主要有空间干扰（通过电磁辐射进入）、过程通道干扰（通过与自动报警器及中央控制器相连的前向和后向通道进入）、供电系统干扰等。这些不良因素将对系统产生不良影响和损害。

5、系统软件抗干扰设计

在单片机应用系统中，由于程序及一些重要参数都存储在ROM中，这就为软件的抗干扰创造了良好的前提条件。控制系统受干扰后反应在单片机上，就是所谓的“冲程序”，即程序指针乱跳，出现程序跑飞和非法死循环，导致程序失控。因此，需对单片机系统采取一些有效措施。

四、系统的实现

（一）智能报警系统主流程

当接收到热释电传感器等发来的无线报警信号后，CPU立即发出报警信号，通过电话线传到远程用户。报警方式如下：用户通过输入设备储存6个报警电话，将它们存入X25045存储器中；当接到报警信号后，从第一个电话开始拨号，一直拨到第6个，来回拨3遍；如果任意一个电话回送了“#”键确认后，即意味着报警信号已收到，则不再继续拨号。每个号码需拨号时间100ms，号码之间留500ms的间隔。我们规定号码长度最多不超过15位。

自动拨号子程序：该子程序的功能为进行自动拨号。在有警情时，它将从单片机中读取录入的电话号码写入MT8888并发送该号码。

（二）软件代码实现

（三）联机调试

联机调试，就是借助开发工具对所设计应用系统的硬件进行检查，排除设计和焊接装配的故障。确认应用系统的硬件没有问题后，可将软件装入进行综合调试阶段。该阶段主要任务是排除软件错误，也解决硬件遗留下的问题。将软件和硬件一起反复调试，并尽可能地模拟现场条件，包括人为地制造一些干扰等，考察联机运行情况，直至所有功能均能实现且达到设计技术指标为止。

联机调试时，将应用系统中的单片机芯片拔掉，插上开发工具即仿真器的仿真头，所谓“仿真头”实际上是一个40引脚的插头，它是仿真器的单片机芯片信号的延伸，即单片机与仿真器共用一块单片机芯片，当在开发系统上联机调试单片机应用系统时，就像使用应用系统中的真实的单片机一样。借助于开发系统的调试功能可对其应用系统的硬件和软件进行各种检查和调试。

（四）脱机运行

联机调试完成后，可将程序写入EPROM或片内ROM中，脱机运行考核。看应用系统能否可靠、稳定地工作，这个过程一般没有问题。若有问题则大多出在复位、晶体振荡、“看门狗”电路或电源方面，可针对性地予以解决。然后可将系统样机现场运行考核，进一步暴露问题。现场考机要考察样机对现场环境的适应能力、抗干扰能力。对样机还需进行较长时间的连续运行考机老化，以充分考察系统的稳定性和可靠性。经过现场较长时间的运行和全面严格的检测、调试完善后，确认系统已稳定、可靠并已达到设计要求，可定型交付使用，正式投入运行或定型投入批量生产，最后整理资料，编写技术说明书，进行产品鉴定或验收。

参考文献：

[1] 杨紹胤.智能建筑实用技术.机械工业出版社，2002.3，8～9

[2] 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社，2004（7）

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[5] 李军.51系列单片机高级实例开发指南.北京航空航天大学出社，2004.6，4～15

[6] 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社，2003.7，8～9

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[8] 张树江，王成安.模拟电子技术.大连理工大学出版社.2005.7，191～208