【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間應(yīng)具有連續(xù)穩(wěn)定性[12]。因此要求設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)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(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，數(shù)據(jù)資源應(yīng)與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享或具有較好的邏輯接口，因此要求該防火防盜報(bào)警系統(tǒng)具有良好的開放性能。（3） 可擴(kuò)展性隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，新形勢(shì)下的新問題會(huì)不斷出現(xiàn)，本防盜報(bào)警系統(tǒng)所具有的功能也將隨之?dāng)U展。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到各種可能的發(fā)展趨向，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，適應(yīng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展的需要。本章小結(jié)本章是樓宇智能防盜報(bào)警控制系統(tǒng)研究的需求分析部分，主要研究了防火報(bào)警系統(tǒng)的功能需求與性能需求，為后面關(guān)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。第四章 樓宇智能防盜報(bào)警控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)第四章 樓宇智能防盜報(bào)警控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由上文樓宇智能防盜報(bào)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(duì)其硬件功能電路進(jìn)行設(shè)計(jì)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(bào)警模塊、RS232模塊、GSM模塊等，硬件模塊總體結(jié)果如圖41所示。電源控制時(shí)鐘電路蜂鳴報(bào)警MCUAT89C52紅外傳感液晶顯示復(fù)位電路GSMRS232圖41 系統(tǒng)硬件模塊總體結(jié)構(gòu)圖 防盜傳感器選型對(duì)于防盜傳感器，本系統(tǒng)采用主動(dòng)式紅外對(duì)射傳感器，它相對(duì)于傳統(tǒng)的被動(dòng)式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)主動(dòng)式對(duì)射紅外傳感器安裝于門窗及一切需要設(shè)防的位置，采用多光束綜合判斷，當(dāng)有一定體積的障礙物遮擋時(shí)，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報(bào)。(2)由于其安裝在門窗等位置，使夜間主人的正?；顒?dòng)不受限制，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(dòng)式紅外傳感器。主動(dòng)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(hào)線。 主動(dòng)式紅外探測(cè)器中紅外接收器的工作原理主動(dòng)紅外探測(cè)器能主動(dòng)發(fā)射紅外光，即當(dāng)被探測(cè)目標(biāo)侵入所防范的警戒線時(shí)就會(huì)遮擋掉紅外發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的紅外光束，我們把這種能響應(yīng)被遮擋紅外光束，并進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的電子裝置稱為主動(dòng)紅外探測(cè)器。由于同質(zhì)半導(dǎo)體硅不同的摻雜形成的PN結(jié)、不同質(zhì)的半導(dǎo)體組成的異質(zhì)結(jié)，或金屬與半導(dǎo)體接觸形成的肖特基勢(shì)壘都存在內(nèi)建電場(chǎng)。當(dāng)光照這種半導(dǎo)體時(shí)，半導(dǎo)體對(duì)光的吸收就產(chǎn)生了光生電子和空穴，它們?cè)趦?nèi)建電場(chǎng)的作用下就會(huì)向相反的方向移動(dòng)和積聚而產(chǎn)生電位差。這就相當(dāng)于向PN結(jié)加上一個(gè)正電壓，就是光生電動(dòng)勢(shì)。如果將這樣的PN結(jié)與外電路相連，就有電流流過外電路，從而在負(fù)載電阻上得到一個(gè)隨入射光變化的電壓信號(hào)。這就是不加電源，能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電池的工作原理。 主動(dòng)式紅外探測(cè)器的工作原理主動(dòng)紅外探測(cè)器的發(fā)射機(jī)發(fā)出一束經(jīng)調(diào)制的紅外光束，被紅外接收機(jī)接收，從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當(dāng)被探測(cè)目標(biāo)侵入該警戒線時(shí)，紅外光束被部分或全部遮擋，此時(shí)接收機(jī)接收的信號(hào)就會(huì)發(fā)生變化，它經(jīng)放大與信號(hào)處理后，即控制發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主動(dòng)紅外的發(fā)射光源，通常用紅外發(fā)光二極管，其特點(diǎn)是體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、功耗小，交直流供電都能工作，晶體管、集成電路都能直接驅(qū)動(dòng)。還有一些半導(dǎo)體激光器，如砷鎵鋁雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器等，也工作在紅外波段，因而也是一種主動(dòng)紅外探測(cè)器。主動(dòng)紅外探測(cè)器的光源通常采用脈沖調(diào)制的脈沖波形，其發(fā)射機(jī)采用自激多諧振蕩器作為調(diào)制電源，使它產(chǎn)生很高占空比的脈沖波形，去調(diào)制紅外二極管發(fā)光，以發(fā)射出紅外脈沖調(diào)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(duì)光束遮擋型的探測(cè)器，要適當(dāng)選取有效的報(bào)警最短遮光時(shí)間。因?yàn)檎诠鈺r(shí)間選得太短，會(huì)引起不必要的噪聲干擾，如小鳥飛過、小動(dòng)物穿過都會(huì)引起報(bào)警；而遮光時(shí)間選得太長(zhǎng)，又可能導(dǎo)致漏報(bào)。因此，通常以10m/s的速度通過鏡頭的遮光時(shí)間，來定最短遮光時(shí)間。如人的最小寬度為20cm，則最短遮斷時(shí)間為20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光時(shí)間大于20ms，系統(tǒng)報(bào)警；遮光時(shí)間小于20ms，則不報(bào)警。主動(dòng)紅外探測(cè)器多采用雙光路，可提高其抗干擾、防誤報(bào)的能力。這種主動(dòng)紅外探測(cè)器壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、易調(diào)整，因此被廣泛使用在電視監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)工程中。當(dāng)主動(dòng)紅外探測(cè)器用在室外自然環(huán)境時(shí)，比如無星光和月亮的夜晚，以及夏日中午陽(yáng)光的背景輻射的強(qiáng)度比可超過100dB時(shí)，這就使接收機(jī)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(jī)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(huì)引起傳輸中紅外光的散射，縮短主動(dòng)紅外探測(cè)器的有效探測(cè)距離，在安防工程中必須考慮。如實(shí)測(cè)某紅外探測(cè)器：在無霧時(shí)有效探測(cè)距離7km；；輕霧時(shí)有效探測(cè)距離1km；；。 被動(dòng)式紅外探測(cè)器中熱釋電探測(cè)器的工作原理被動(dòng)式紅外探測(cè)器中的核心器件——熱釋電探測(cè)器是基于熱釋電效應(yīng)的原理工作的，它是一種對(duì)波長(zhǎng)無選擇性的將熱能轉(zhuǎn)換為電能的熱電探測(cè)器，并且是一種交流器件。因此，它對(duì)恒定不變的溫度無響應(yīng)，只能探測(cè)響應(yīng)有變化的溫度。一般，電介質(zhì)的內(nèi)部沒有載流子，所以沒有導(dǎo)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(chǎng)的情況下(如加上電壓)，帶電的粒子也要受到電場(chǎng)力的作用，其正電荷總是趨向陰極，而負(fù)電荷趨向陽(yáng)極，雖然其移動(dòng)距離很小，但其結(jié)果使電介質(zhì)的一個(gè)表面帶正電，相反的表面帶負(fù)電。通常我們稱這種現(xiàn)象為“電極化”。對(duì)大多數(shù)電介質(zhì)來說，在電壓除去后，極化狀態(tài)隨即消失，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)又回復(fù)到原來狀態(tài)。但是，有一類被稱為“鐵電體”的電介質(zhì)，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(qiáng)度Ps（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)，溫度升高，極化強(qiáng)度減低。升高到一定溫度，自發(fā)極化就突然消失，這個(gè)溫度稱為“居里溫度”或“居里點(diǎn)”。在居里點(diǎn)以下，極化強(qiáng)度Ps是溫度的函數(shù)，利用這一關(guān)系制造的熱電探測(cè)器，稱為熱釋電探測(cè)器。當(dāng)紅外輻射照射到已經(jīng)極化了的鐵電薄片上時(shí)，引起薄片的溫度升高。因而表面電荷減少，這就相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷。釋放的電荷可用放大器轉(zhuǎn)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(dá)到新的平衡濃度，不再釋放電荷，也就不再有輸出信號(hào)。熱釋電型探測(cè)器在穩(wěn)定狀態(tài)下，輸出信號(hào)下降到零，只有在薄片溫度的升降過程中才有輸出信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用熱釋電探測(cè)器時(shí)，都要設(shè)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(yīng)該出現(xiàn)面束縛電荷。在與極軸（即Ps方向）垂直的表面內(nèi)，面束縛電荷密度等于Ps。但通常這些面束縛電荷被晶體內(nèi)部的外來的自由電荷所中和，因此覺察不出來。晶體內(nèi)部自由電荷起中和作用的平均時(shí)間為τ=ε/σ，其中ε為晶體的介電常數(shù)；σ為晶體的電導(dǎo)率。多數(shù)的熱釋電晶體的τ值在1s到1000s之間。熱釋電探測(cè)器用調(diào)制頻率為f的紅外輻射照射熱釋電晶體，就會(huì)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，f1/τ，面束縛電荷將始終被體內(nèi)自由電荷所中和，因此顯不出變化來。但若f＞1/τ，體內(nèi)自由電荷就來不及中和面束縛電荷的變化，結(jié)果就使晶體在垂直于Ps的兩端面間出現(xiàn)開路交流電壓。如果把這兩端面附以電極，并接上負(fù)載RL，就會(huì)有電流流過負(fù)載?？傊?，當(dāng)有f＞l/τ的調(diào)制輻射照射到晶體時(shí)，負(fù)載RL的兩端就會(huì)產(chǎn)生交流信號(hào)電壓，這就是熱釋電探測(cè)器的工作原理。若溫度對(duì)時(shí)間的變化率為dT/dt，Ps對(duì)時(shí)間的變化率為dPs/dt。它相當(dāng)于外電路上流動(dòng)的電流。這里dPs/dT就是熱釋電系數(shù)P，當(dāng)ΔT比較小時(shí)，dPs/dT可以看成是常數(shù)。輸出信號(hào)ΔV正比于溫度變化的速度，而不取決于晶體與輻射是否達(dá)到熱平衡。由此可知，熱釋電探測(cè)器是個(gè)交流器件，它所探測(cè)的溫度必須是變化的，即探測(cè)的人體必須是移動(dòng)的才有效。 被動(dòng)式紅外探測(cè)器的工作原理任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)釋放出紅外線，溫度越高，紅外輻射的峰值波長(zhǎng)就越短。通常，人體可輻射出中心波長(zhǎng)為9μm—10μm的紅外線，—20μm范圍內(nèi)幾乎是不變的，所以我們?cè)谛酒砻尜N上截止波長(zhǎng)為7—10μm的濾光片，于是就可得到只對(duì)人體敏感的熱釋電紅外探測(cè)器。熱釋電探測(cè)器用于防盜報(bào)警系統(tǒng)的電路構(gòu)成方框圖如圖5所示。這是由菲涅爾透鏡、熱釋電傳感器、放大器、濾波器、電平比較器、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器和穩(wěn)壓電源等組成。菲涅爾透鏡是由聚乙烯材料注壓而成的薄片，在薄片上壓制有三種不同寬度的分格豎條，單個(gè)豎條平面實(shí)際上是一些同心的螺旋線。它的作用是聚集紅外線能量，當(dāng)人體在菲涅爾透鏡前面通過時(shí)，它具有將連續(xù)的紅外輻射分割成斷續(xù)紅外輻射的能力，從而可形成紅外脈沖。由于熱釋電是交流器件，它只能探測(cè)入侵的移動(dòng)人體。因此，在實(shí)際使用中，把探測(cè)器放置在所要防范的區(qū)域里，那些固定的景物如廠房、展廳、柜臺(tái)展品就成為不動(dòng)的背景。背景輻射的微小信號(hào)變化，就是背景噪聲。熱釋電紅外探測(cè)器有雙源、四源等種類，紅外源幾何形狀有方形和交迭形，有模擬式或數(shù)字式自動(dòng)脈沖數(shù)調(diào)節(jié)等。一般，普通的被動(dòng)紅外探測(cè)器雖然有功耗小、隱辟好、無輻射、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但在有些情況下存在探測(cè)能力低和發(fā)生誤報(bào)的缺點(diǎn)。隨著現(xiàn)代光電等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前新型的被動(dòng)紅外探測(cè)器，基本上解決了過去普通被動(dòng)紅外探測(cè)器的不足。 單片機(jī)選型微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是電子數(shù)字計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用到人們口常工作，生活領(lǐng)域的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。它對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了極大的影響。單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支，它已經(jīng)越來越普及應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。由ATMEL公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機(jī)AT89C51型號(hào)單片機(jī)是一種低功耗、高性能的8位CMOS微型處理器芯片。片內(nèi)帶有4KB的EEPROM程序存儲(chǔ)器，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的89C51指令兼容[7]。單片機(jī)電路如圖42所示：AT89C_51單片機(jī)主要的工作特性，擦寫次數(shù)1 000次；；；、2級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；；；，即空閑模式和掉電模式；； (1+) V且典型值為_5V；。圖42 單片機(jī)原理圖 電源模塊設(shè)計(jì)電源電路是整個(gè)控制系統(tǒng)的供電核心，鑒于控制系統(tǒng)元器件工作電壓的影響，設(shè)置電源模塊如圖43所示：圖43 電源控制電路原理圖 防盜數(shù)據(jù)采集電路紅外傳感器，用于檢測(cè)移動(dòng)的人體紅外信號(hào)源，其原理如圖44所示。當(dāng)捕捉到移動(dòng)的紅外源（如走動(dòng)中的人體）時(shí)，傳感器的信號(hào)放大電路輸出如圖45通道4所采集的脈沖信號(hào)。圖44 防盜數(shù)據(jù)采集與放大電路比較器LM393的A2腳接4V電壓，B5腳接5V電壓，比較過程實(shí)現(xiàn)如下： (1)當(dāng)電壓U(Data0utl)5V時(shí)，類似于上面的分析情況，Data0ut2輸出為低電平信號(hào)；(2)當(dāng)4V電壓U(Data0utl)5V時(shí)，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(hào)，由于電路是線與的結(jié)構(gòu)，故Data0ut2輸出為高電平信號(hào)；(3)當(dāng)電壓U(Data0utl)4V時(shí)，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(hào)，由于電路是線與的結(jié)構(gòu)，故Data0ut2輸出為低電平信號(hào)；圖45 防盜數(shù)據(jù)采集信號(hào)整形電路 RS232串口模塊通信就是不同的系統(tǒng)經(jīng)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(dá)到數(shù)據(jù)交換的目的。例如，從人與人之間的對(duì)話、計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換到計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)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(gè)完整的通信系統(tǒng)包括發(fā)送端、接收端、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的接口及傳送數(shù)據(jù)的實(shí)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(gè)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