【正文】 ，管理中心對各種警情的及時(shí)處理等。所謂智能化小區(qū)，即是通過一個(gè)高度集成的通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，把住宅小區(qū)安全防范系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、公共服務(wù)系統(tǒng)、信息系統(tǒng) 連接起來，建立集成平臺與信息處理控制中心，各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行又共享網(wǎng)絡(luò)硬軟件資源，實(shí)施智能化與最優(yōu)化，為住戶營造一個(gè)安全、自由、舒適的現(xiàn)代居家生活環(huán)境。現(xiàn)代居住的格局，鄰里之間的來往越來越少，家庭生活隱密性、封閉性越來越強(qiáng)?？紤]設(shè)備成本與集中管理的需要，可將周界報(bào)警探測系統(tǒng)、住宅聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)加以集成和綜合，構(gòu)成綜合防范體系。 現(xiàn)代安防監(jiān)控系統(tǒng)己有了新的概念， 通常稱為安全自動(dòng) 化 SAS(Security Automation System)，并與防火自動(dòng)化系統(tǒng) FAS.(Fire Automation System)共同構(gòu)成智能建筑系統(tǒng)最底層的系統(tǒng)。安全技術(shù)防范行業(yè)真正形成行業(yè)規(guī)模是在第二次產(chǎn)業(yè)革命中即 1950 年一 1971 年 ，首先在美國、英國等國家形成，像 ADEMCO(安定1 前言 3 寶 )； VICON(維康 )； CHUBO(集寶 )； AMERICA DYNAMIC ()等。 80 年代生物識別技術(shù)以及 90 年代國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使安防行業(yè)得到快速發(fā)展。西門子樓宇科技公司的最新產(chǎn)品 Guarto Easy 將視頻監(jiān)控、音頻對講監(jiān)聽、防盜報(bào)警 (有線或無線連接方式 )、火災(zāi)探測、危險(xiǎn)氣體探測等多種警告方式 (聲光，無線， 撥號 )結(jié)合起來，對社區(qū)住宅及分散型小型建筑進(jìn)行全方位的安全防范。通過適配器可以接入各種信號 (電壓，觸點(diǎn)等 )，可以連接防盜探測器，震動(dòng)探測器，氣體探測器，火災(zāi)探測器，緊急按鈕，門禁觸點(diǎn)等各種探測器，能夠適應(yīng)各種情況。 就智能住宅中的火災(zāi)報(bào)警而言，目前出現(xiàn)的大型組合火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)或智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)， 一般是根據(jù)災(zāi)前檢知的光、熱、 煙、氣、味等個(gè)別異?；蚴欠襁_(dá)到某種閾 值來做出判斷的多 閾值系統(tǒng) ，多傳感元件火災(zāi)探測器是智能型的裝置，使用三種不同類型傳感元件的探測器記錄模擬量的火災(zāi)參數(shù)，并將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后，探測器利用數(shù)值算法判定是否存在火災(zāi)危險(xiǎn)。 在我國，小區(qū)安全防范報(bào)警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)中實(shí)現(xiàn)安全管理的重要系統(tǒng)，根據(jù)我國建設(shè)部的規(guī)定，主要包括電 視監(jiān)控、防盜報(bào)警、求救求助、煤氣泄漏報(bào)警、消防報(bào)警等內(nèi)容。室內(nèi)分機(jī)有多個(gè)探測器接口，可接收感煙探測器、溫度探測器、紅外及微波探測器、煤氣泄漏探測器等傳來的報(bào)警信號。現(xiàn)在一般居民住宅的主要防盜措施僅限于防盜窗、防盜門，雖有一定的防盜作用，在災(zāi)害發(fā)生的情況下，使逃生更加困難。 1 前言 4 在我國，以北京、深圳、上海、廣州等較發(fā)達(dá)的城市為龍頭在近幾年內(nèi)也形成了一股智能化住宅熱。大連市華樂一環(huán)海花園全部住宅均設(shè)計(jì)有國內(nèi)一流的家居安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用獨(dú)立的不間斷電源供電。保安中心計(jì)算機(jī)還會始終記錄每一戶住宅的家居安防系統(tǒng)是否處于設(shè)防狀態(tài)。報(bào)警控制器以 MCU 為核心，可以檢測兩個(gè)報(bào)警頭輸入信號，可以設(shè)置新密碼，可以接收遙控器輸入信號，可以實(shí)現(xiàn)聲、光報(bào)警或把報(bào)警信號通過電話線送到 110。 可以預(yù)見，智能住宅、智能小區(qū)將成為 21 世紀(jì)建筑業(yè)的發(fā)展主流。 我國住宅智能安全防范系統(tǒng)展望 智能化住宅和智能小區(qū)近幾年來在全球以及 在中國的快速發(fā)展是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊的市場結(jié)合點(diǎn)的必然結(jié)果，是 IT 產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)以及人們生活滲透的必然結(jié)果。發(fā)展智能住宅小區(qū)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。以火災(zāi)報(bào)警為例，探測智能是通過探測器中的微處理器進(jìn)行的，它不但對火災(zāi)信號直接進(jìn)行檢測、分析和信號處理，而且對環(huán)境的變化可及時(shí)做出響應(yīng)，并利 用軟件中建立的算法進(jìn)行綜合比較，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，做出恰當(dāng)?shù)闹悄芘袛?； 監(jiān)控智能則是由探測器中計(jì)算機(jī)自身的軟件 (程序塊 )來完成的，監(jiān)控程序周期地運(yùn)行，使系統(tǒng)始終保持良好 的使用和維護(hù)狀態(tài)。 如今， 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛，人民生活 從 小康 向 全面 小康轉(zhuǎn)變，大件耐用消費(fèi)品己大量 進(jìn)入尋常百姓家，因此人們會有更強(qiáng)的安全意識，逐漸接受在住宅內(nèi)1 前言 5 裝設(shè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、功能完 善的安全防范系統(tǒng)。作為智能住 宅的一個(gè)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。本課題要設(shè)計(jì)的智能住宅防盜防火報(bào)警系統(tǒng)是依托公共電話網(wǎng)做傳輸媒體的電話報(bào)警系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)相比，它具有傳輸距離遠(yuǎn)、硬件簡單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，而對于實(shí)行物業(yè)管理的居民區(qū)以及機(jī)關(guān)、事業(yè)單位的辦公區(qū)則采用分戶對值班室的聯(lián)網(wǎng)方案。用戶端的智能防盜防火系統(tǒng) 包括探測器、自動(dòng)報(bào)警器及輸出等組成部分，并將模塊化思想引入此系統(tǒng)，從而使整個(gè)系統(tǒng)的功能更完善、靈活、可調(diào)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 6 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 智能 報(bào)警系統(tǒng)的總體構(gòu)成 智能住宅防盜防火智能報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅建設(shè)的實(shí)際情況，以及各相關(guān)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，為滿足新時(shí)期居民的居住要求，真正實(shí)現(xiàn)智能化報(bào)警的要求來確定的。系 統(tǒng)總體構(gòu)成包括防盜防火探測器、用戶端自動(dòng)報(bào)警器、 自動(dòng)撥號和語音電路 ，系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，通過家中的電話線路自動(dòng)撥號報(bào)2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 7 警，并與中央控制器建立聯(lián)系，將相關(guān)信息傳送至中央控制器中。 報(bào)警系統(tǒng)的功能及工作過程 智能住宅防盜防火報(bào)警系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)和功能 ： 1） 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)。并能夠可靠地進(jìn)行盜情、火情報(bào)警，通過電話線拔打預(yù)先設(shè)置的 16組電話 /手機(jī)號碼 (小區(qū)監(jiān)控管理中心電話、用戶個(gè)人電話、用戶單位電話、盜警電話1 火警電話 11緊急呼救電話 )，進(jìn)行語音報(bào)警。 3） 用戶端自動(dòng)報(bào)警器可檢測探測器或傳輸線路發(fā)生的故障 (如探頭 斷線或掉電等 )，并可向中央控制器報(bào)告故障情況。 5） 用戶端自動(dòng)報(bào)警器內(nèi)提供備用電源，在沒有市電的情況下，交直流供電自動(dòng)切換，確保系統(tǒng)在停電時(shí)能繼續(xù)工作。接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警器立即進(jìn)行確認(rèn) (多次巡檢中斷信號 )，若 50s 后無人解除警情同時(shí)警情確認(rèn)無誤后，進(jìn) 行事件的現(xiàn)場聲 (蜂鳴器 )、光 (LED)報(bào)警，同時(shí)用戶端自動(dòng)報(bào)警器自動(dòng)向相關(guān)部門撥打預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警電話號碼，進(jìn)行語音報(bào)警。正常時(shí) LCD 顯示時(shí)間，事件發(fā)生時(shí)鎖定顯示當(dāng)時(shí)的時(shí)間。如果出現(xiàn)誤觸發(fā)而 報(bào)警時(shí)可以通過觸發(fā)延遲時(shí)間 (50s 定時(shí)器 )去解除，另外用戶端自動(dòng)報(bào)警器還具備狀態(tài)信息 (如有 無交流電、備用電池電量是否不足等 )上報(bào)的功能，可以對預(yù)設(shè)的普通電話、手提電話實(shí)現(xiàn)報(bào)警。由多種類型傳感器實(shí)現(xiàn)多元信號綜合檢測是本系統(tǒng)中探測電路部分的基本設(shè)計(jì)思想，多元信號檢測一方面完成盜情與火情的實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)，另一方面大大降低了探測器部分的誤報(bào)率，提高了 整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。 熱釋電紅外探測器微波探測器與非門用戶端自動(dòng)報(bào)警器AT 89 C5 1Ala rm0 圖 2 雙鑒探測器原理示意圖 雙鑒探測器工作時(shí)將探測到的紅外和微波兩種信號經(jīng)過與非門處理后送單片機(jī)，即只有同時(shí)檢測到兩個(gè)探測器輸出端口為高電平信號時(shí)，自動(dòng)報(bào)警器才會響應(yīng)盜情報(bào)警信號，否則不報(bào)警。通過這樣雙重的檢測就進(jìn)一步減小了外界干擾，降低了報(bào)警信號誤報(bào)的發(fā)生率，下面詳細(xì)介紹本系統(tǒng)中紅外與微波探測器電路的設(shè)計(jì)原理、特點(diǎn)以及實(shí)際的工作過程。 )的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的 。 在熱釋電紅外探測器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器(PTR) ， PTR 能將紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號放大 60 70db，就可以檢測 1020m 處人的活動(dòng)。由 于 傳感器的電壓響應(yīng)度與入射光輻射變化的頻率成反比，因此，當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測器上時(shí)，探測器沒有電信號輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測到 ； 而物體 移動(dòng)速度越快，同樣的入射功率下，輸出電壓就會越小，只有達(dá)到報(bào)警 閾 值電平時(shí)，探測器才會有電壓信號輸出。 探測器原理框圖如圖 3 所示，當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū)，人體溫度會引起環(huán)境溫度輻射場的變化，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外探頭感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，則在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個(gè)電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢。 3 用戶端探測器設(shè)計(jì) 10 圖 3 熱釋電紅外探測器原理框圖 3． 熱釋電紅外探測器電路設(shè)計(jì) 熱釋電紅外探測器電路采用的器件包括紅外探測器專用芯片 —— 紅外 傳感信號處理器 BISS000熱釋電紅外探頭 RE200B(傳感器 )及一些外圍元件 (電阻電容 )。 檢測元件 BISS0001 是 CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?，具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種 傳感器匹配，進(jìn)行信號預(yù)處理。管腳排列及各點(diǎn)波形如圖 4 和 圖 5 所示。 當(dāng) Tx 時(shí)間結(jié)束時(shí)， Uo 下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器進(jìn)入封鎖周期 Ti。本電路中由于 BISS0001 的 1 腳接的是低電平，即此時(shí)芯片設(shè)置為不可重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)，所以在延時(shí)周期內(nèi)，電路不會被重復(fù)觸發(fā)，直到延時(shí)周期結(jié)束。 RR RC1 為輸出延遲時(shí)間 Tx 的調(diào)節(jié)端， RR RC2 為觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 的調(diào)節(jié)端。當(dāng)熱釋電紅外探頭接收到人體發(fā)出的紅外線后，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)微弱的低頻電信號到 BISS0001 芯片的第一級運(yùn)算放大器 ICl 的同相輸入端 (14 腳 )，對信號進(jìn)行放大預(yù)處理，然后由電容耦 合給第二級運(yùn)算放大器 IC2，對信號再次放大，同時(shí)將直流電位抬高到 VM。由于 VH≈ , VL≈ ，所以當(dāng) VCC 為 + 電壓時(shí)，可有效地抑制 177。 IC6 是一個(gè)條件比較器，當(dāng)輸入電壓 VC VR 時(shí)， IC6 輸出為低電平，封鎖了與門 IC7， 禁止觸發(fā)信號向下級傳遞 ； 當(dāng) VC VR 時(shí)， IC6 輸出為高電平，則打開與門 IC7，此時(shí)，如果有觸發(fā)信號 VS 的上跳變沿到來，將啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，同時(shí) Uo 腳 (2 腳 )輸出高電平信號，經(jīng)與門后送單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警處理，此時(shí)探測器進(jìn)入延時(shí)周期，延遲與 封鎖時(shí)間為幾秒鐘。 圖 6 紅外線探測器電路圖 微波探測器 1． 微波探測器原理 微波探測器為空間探測器，用于探測在防范空間內(nèi)的任何運(yùn)動(dòng)物體。在微波段，當(dāng)以一種頻率發(fā)送時(shí)，在微波能量覆蓋的范圍內(nèi)，如果有物體移動(dòng)，將會以另一種頻率反射，這樣發(fā)射頻率和反射頻率有一個(gè)頻率差異產(chǎn)生。 實(shí)際電路中，是由振蕩器電路產(chǎn)生并發(fā)射近微波段電磁波形成微波場，天線把電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電磁波輻射到周圍空間，輻射半徑可達(dá) 10m 以上 (如果想繼續(xù)增大輻射半徑或提高靈敏度可以通過調(diào)整天線的大小和方向來完成 )。根據(jù)該特性，也選擇微波探測器用于盜情的檢測。反射回來的微波信號與原信號之間混頻后產(chǎn)生微弱的頻移信號，該信號送放大器進(jìn)行放大。 2． 微波 探測器電路設(shè)計(jì) 微波探測器電路使用的主要元件是單電源通用四運(yùn)算 放大器 KIA324P、環(huán)形天線、微波振蕩管 C3355 及一些外圍元器件，外接 +6V 電源。 當(dāng)有人在該微波防護(hù)區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，振蕩頻率和幅度發(fā)生相應(yīng)的變化。混頻后高頻信號因?yàn)檫^高而失去作用，剩下微弱的低頻信號經(jīng) U1 作前級放大， 10uF 電容與 7. 5K電阻構(gòu)成充電電路，充電電壓作為第一級比較器 U4 的基準(zhǔn)電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能，即只有前級放大電壓高于該參考電壓時(shí)，輸出才為高電平，此時(shí)， C9015 導(dǎo)通，最后信號經(jīng) U2, U3 構(gòu)成的窗口比較 器比較后輸出探測到的信號。該電路可以工作在較寬的電壓范圍內(nèi) (標(biāo)3 用戶端探測器設(shè)計(jì) 14 準(zhǔn)電壓是 32V，但實(shí)際可以工作在很寬的電壓范圍內(nèi) )，當(dāng)檢測到異常信號時(shí)為高電平。微波探測器靈敏度通過調(diào)節(jié)比較器參考電壓端電壓來控制，紅外探測器靈敏度 通過調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間 Tx 和觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 來控制。多傳感器設(shè)計(jì)思想解決了傳統(tǒng)防火探測器一直存在的誤報(bào)率高的問題，增強(qiáng)了火災(zāi)探測的可靠性。復(fù)合型火災(zāi)探測器原理如圖 9 所示。 因此，報(bào)警系統(tǒng)中對火災(zāi)信號的檢測采用多傳感器 /多判據(jù)的火災(zāi)探測技術(shù)，將探測器探測到的多元火災(zāi)探測信息經(jīng) 邏輯或非門送給 單片機(jī)進(jìn)行綜合判 斷， 然后經(jīng)確認(rèn)后發(fā)出報(bào)警信號。光電感煙探測器不僅可探測一般火情，對陰燃火尤其有極好的探測效果，主要用于火情早期各種燃燒的煙霧顆粒進(jìn)行探測，這一點(diǎn)就彌補(bǔ)了感溫探測器對陰燃火不敏感，響應(yīng)速度慢以及不能區(qū)分是火災(zāi)的熱還是空調(diào)或烹飪蒸氣的熱等缺點(diǎn) ； 但溫度與 光電感煙探測器都不能區(qū)分有些煙霧究竟是火災(zāi)的煙還是烹飪蒸汽或香煙的煙霧，由此，在設(shè)計(jì)中增加了 CO 探測部分，可以探知早期火災(zāi)煙霧中的 CO 成分，這樣就大大降低了各種環(huán)境因素的干擾，提高了報(bào)警的可信度。 3 用戶端探測器設(shè)計(jì) 16 溫度探測器 溫度探測器使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 5V 直流電壓供電。探測器中 DS18B20 采用寄生電源供 電方式，保證在有效的 DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)能提供足夠的電流，圖 10 中采用一個(gè) MOSFET 管和 MCU 的 I/0 口來完成對 DS18B20 的總線上拉，然后通過另一 I/0 對 DS18B20 進(jìn)行控制并取得溫度值。作為發(fā)光器件，目前多采用大電流發(fā)光效率高的紅外發(fā)光管，受光器件多采用半導(dǎo)體硅光電管，受光器件的阻抗是隨煙霧濃度的增加而降低的，本電路所用的探測頭采用的是 OPTEK 公司的 OP231 和OP801SL 光電組合