【文章內(nèi)容簡介】 間應(yīng)具有連續(xù)穩(wěn)定性[12]。因此要求設(shè)計的網(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(shè)計時應(yīng)充分考慮到各種可能的發(fā)展趨向，使設(shè)計的系統(tǒng)具有良好的擴展性，適應(yīng)一段時間內(nèi)發(fā)展的需要。本章小結(jié)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(guān)于系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。第四章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)總體設(shè)計第四章 樓宇智能防盜報警控制系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(jié)果如圖41所示。電源控制時鐘電路蜂鳴報警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(shè)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，使夜間主人的正常活動不受限制，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。 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(yīng)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(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壘都存在內(nèi)建電場。當光照這種半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體對光的吸收就產(chǎn)生了光生電子和空穴，它們在內(nèi)建電場的作用下就會向相反的方向移動和積聚而產(chǎn)生電位差。這就相當于向PN結(jié)加上一個正電壓，就是光生電動勢。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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆姵氐墓ぷ髟怼?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(jīng)調(diào)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(jīng)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(qū)動。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，因而也是一種主動紅外探測器。主動紅外探測器的光源通常采用脈沖調(diào)制的脈沖波形，其發(fā)射機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(dǎo)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(diào)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；；輕霧時有效探測距離1km；；。 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(yīng)的原理工作的，它是一種對波長無選擇性的將熱能轉(zhuǎn)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(yīng)，只能探測響應(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(jié)果使電介質(zhì)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(zhì)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(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度Ps（單位面積上的電荷）與溫度有關(guān)，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(guān)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(jīng)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(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(shè)計制造和應(yīng)用熱釋電探測器時，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。熱釋電探測器用調(diào)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，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，并接上負載RL，就會有電流流過負載?？傊?，當有f＞l/τ的調(diào)制輻射照射到晶體時，負載RL的兩端就會產(chǎn)生交流信號電壓，這就是熱釋電探測器的工作原理。若溫度對時間的變化率為dT/dt，Ps對時間的變化率為dPs/dt。它相當于外電路上流動的電流。這里dPs/dT就是熱釋電系數(shù)P，當ΔT比較小時，dPs/dT可以看成是常數(shù)。輸出信號ΔV正比于溫度變化的速度，而不取決于晶體與輻射是否達到熱平衡。由此可知，熱釋電探測器是個交流器件，它所探測的溫度必須是變化的，即探測的人體必須是移動的才有效。 被動式紅外探測器的工作原理任何高于絕對零度的物體都會釋放出紅外線，溫度越高，紅外輻射的峰值波長就越短。通常，人體可輻射出中心波長為9μm—10μm的紅外線，—20μm范圍內(nèi)幾乎是不變的，所以我們在芯片表面貼上截止波長為7—10μm的濾光片，于是就可得到只對人體敏感的熱釋電紅外探測器。熱釋電探測器用于防盜報警系統(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，單個豎條平面實際上是一些同心的螺旋線。它的作用是聚集紅外線能量，當人體在菲涅爾透鏡前面通過時，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，它只能探測入侵的移動人體。因此，在實際使用中，把探測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、柜臺展品就成為不動的背景。背景輻射的微小信號變化，就是背景噪聲。熱釋電紅外探測器有雙源、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)字式自動脈沖數(shù)調(diào)節(jié)等。一般，普通的被動紅外探測器雖然有功耗小、隱辟好、無輻射、價格低等優(yōu)點，但在有些情況下存在探測能力低和發(fā)生誤報的缺點。隨著現(xiàn)代光電等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前新型的被動紅外探測器，基本上解決了過去普通被動紅外探測器的不足。 單片機選型微型計算機的出現(xiàn)是電子數(shù)字計算機廣泛應(yīng)用到人們口常工作，生活領(lǐng)域的一個重大轉(zhuǎn)折點。它對社會產(chǎn)生了極大的影響。單片機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，它已經(jīng)越來越普及應(yīng)用到國民經(jīng)濟領(lǐng)域。由ATMEL公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機AT89C51型號單片機是一種低功耗、高性能的8位CMOS微型處理器芯片。片內(nèi)帶有4KB的EEPROM程序存儲器，與工業(yè)標準的89C51指令兼容[7]。單片機電路如圖42所示：AT89C_51單片機主要的工作特性，擦寫次數(shù)1 000次；；；、2級優(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 單片機原理圖 電源模塊設(shè)計電源電路是整個控制系統(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，用于檢測移動的人體紅外信號源，其原理如圖44所示。當捕捉到移動的紅外源（如走動中的人體）時，傳感器的信號放大電路輸出如圖45通道4所采集的脈沖信號。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，比較過程實現(xiàn)如下： (1)當電壓U(Data0utl)5V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)5V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(jié)構(gòu)，故Data0ut2輸出為高電平信號；(3)當電壓U(Data0utl)4V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(jié)構(gòu)，故Data0ut2輸出為低電平信號；圖45 防盜數(shù)據(jù)采集信號整形電路 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(shè)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(zhuǎn)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?，即并行通信（ParallelCommunication），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