【正文】 集，管理中心對(duì)各種警情的及時(shí)處理等。所謂智能化小區(qū)，即是通過(guò)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(lái)，建立集成平臺(tái)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(yíng)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(lái)往越來(lái)越少，家庭生活隱密性、封閉性越來(lái)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(cè)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(guó)、英國(guó)等國(guó)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(shí)別技術(shù)以及 90 年代國(guó)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(duì)講監(jiān)聽、防盜報(bào)警 (有線或無(wú)線連接方式 )、火災(zāi)探測(cè)、危險(xiǎn)氣體探測(cè)等多種警告方式 (聲光，無(wú)線， 撥號(hào) )結(jié)合起來(lái)，對(duì)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(guò)適配器可以接入各種信號(hào) (電壓，觸點(diǎn)等 )，可以連接防盜探測(cè)器，震動(dòng)探測(cè)器，氣體探測(cè)器，火災(zāi)探測(cè)器，緊急按鈕，門禁觸點(diǎn)等各種探測(cè)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)別異常或是否達(dá)到某種閾 值來(lái)做出判斷的多 閾值系統(tǒng) ，多傳感元件火災(zāi)探測(cè)器是智能型的 裝置，使用三種不同類型傳感元件的探測(cè)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(hào)，然后，探測(cè)器利用數(shù)值算法判定是否存在火災(zāi)危險(xiǎn)。 在我國(guó)，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(guó)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(cè)器接口，可接收感煙探測(cè)器、溫度探測(cè)器、紅外及微波探測(cè)器、煤氣泄漏探測(cè)器等傳來(lái)的報(bào)警信號(hào)?，F(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(guó)，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)?；▓@全部住宅均設(shè)計(jì)有國(guó)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(huì)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(cè)兩個(gè)報(bào)警頭輸入信 號(hào)，可以設(shè)置新密碼，可以接收遙控器輸入信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)聲、光報(bào)警或把報(bào)警信號(hào)通過(guò)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(guó)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(lái)在全球以及在中國(guó)的快速發(fā)展是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊的市場(chǎng)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(cè)智能是通過(guò)探測(cè)器中的微處理器進(jìn)行的，它不但對(duì)火災(zāi)信號(hào)直接進(jìn)行檢測(cè)、分析和信號(hào)處理，而且對(duì)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(cè)器中 計(jì)算機(jī)自身的軟件 (程序塊 )來(lái)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(guó)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(huì)有更強(qiáng)的安全意識(shí)，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(jiǎn)單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)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(duì)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(cè)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(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國(guó)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(lái)確定的。系統(tǒng)總體構(gòu)成包括防盜防火探測(cè)器、用戶端自動(dòng)報(bào)警器、 自動(dòng)撥號(hào)和語(yǔ)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(guò)家中的電話線路自動(dòng)撥號(hào)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(guò)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(guò)電話線拔打預(yù)先設(shè)置的 16組電話 /手機(jī)號(hào)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(yǔ)音報(bào)警。 3） 用戶端自動(dòng)報(bào)警器可檢測(cè)探測(cè)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(hào) )，若 50s 后無(wú)人解除警情同時(shí)警情確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場(chǎng)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(hào)碼，進(jìn)行語(yǔ)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(guò)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(wú)交流電、備用電池電量是否不足等 )上報(bào)的功能，可以對(duì)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(hào)綜合檢測(cè)是本系統(tǒng)中探測(cè)電路部分的基本設(shè)計(jì)思想，多元信號(hào)檢測(cè)一方面完成盜情與火情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)，另一方面大大降低了探測(cè)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(cè)器微波探測(cè)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(cè)器原理示意圖 雙鑒探測(cè)器工作時(shí)將探測(cè)到的紅外和微波兩種信號(hào)經(jīng)過(guò)與非門處理后送單片機(jī)，即只有同時(shí)檢測(cè)到兩個(gè)探測(cè)器輸出端口為高電平信號(hào)時(shí)，自動(dòng)報(bào)警器才會(huì)響應(yīng)盜情報(bào)警信號(hào)，否則不報(bào)警。通過(guò)這樣雙重的檢測(cè)就進(jìn)一步減小了 外界干擾，降低了報(bào)警信號(hào)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(cè)器電路的設(shè)計(jì)原理、特點(diǎn)以及實(shí)際的工作過(guò)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(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。 在熱釋電紅外探測(cè)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(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。用菲涅爾透鏡配合放大電路將信號(hào)放大 60 70db，就可以檢測(cè) 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(cè)器上時(shí)，探測(cè)器沒有電信號(hào)輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測(cè)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(huì)越小，只有達(dá)到報(bào)警 閾 值電平時(shí)，探測(cè)器才會(huì)有電壓信號(hào)輸出。 探測(cè)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(huì)引起環(huán)境溫度輻射場(chǎng)的變化，通過(guò)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(hào)，則在負(fù)載 電阻上產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢。 3 用戶端探測(cè)器設(shè)計(jì) 10 圖 3 熱釋電紅外探測(cè)器原理框圖 3． 熱釋電紅外探測(cè)器電路設(shè)計(jì) 熱釋電紅外探測(cè)器電路采用的器件包括紅外探測(cè)器專用芯片 —— 紅外傳感信號(hào)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(cè)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(hào)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(huì)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(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)微弱的低頻電 信號(hào)到 BISS0001 芯片的第一級(jí)運(yùn)算放大器 ICl 的同相輸入端 (14 腳 )，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大預(yù)處理，然后由電容耦 合給第二級(jí)運(yùn)算放大器 IC2，對(duì)信號(hào)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(hào)向下級(jí)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(hào) VS 的上跳變沿到來(lái)，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(hào)，經(jīng)與門后送單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警處理，此時(shí)探測(cè)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(cè)器電路圖 微波探測(cè)器 1． 微波探測(cè)器原理 微波探測(cè)器為空間探測(cè)器，用于探測(cè)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(huì)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(chǎng)，天線把電信號(hào)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(guò)調(diào)整天線的大小和方向來(lái)完成 )。根據(jù)該特性，也選擇微波探測(cè)器用于盜情的檢測(cè)。反射回來(lái)的微波信號(hào)與原信號(hào)之間混頻后產(chǎn)生微弱的頻移信號(hào)，該信號(hào)送放大器進(jìn)行放大。 2． 微波 探測(cè)器電路設(shè)計(jì) 微波探測(cè)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(hào)因?yàn)檫^(guò)高而失去作用，剩下微弱的低頻信號(hào)經(jīng) U1 作前級(jí)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(jí)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(jí)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(hào)經(jīng) U2, U3 構(gòu)成的窗口比較器比較后輸出探測(cè)到的信號(hào)。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(cè)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(cè)到異常信號(hào)時(shí)為高電平。微波探測(cè)器靈敏度通過(guò)調(diào)節(jié)比較器參考電壓端電壓來(lái)控制，紅外探測(cè)器靈敏度通過(guò)調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間 Tx 和觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 來(lái)控制。多傳感器設(shè)計(jì)思想解決了傳統(tǒng)防火探測(cè)器一直存在的誤報(bào)率高的問(wèn)題，增強(qiáng)了火災(zāi) 探測(cè)的可靠性。復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器原理如圖 9 所示。因此，報(bào)警系統(tǒng)中對(duì)火災(zāi)信號(hào)的檢測(cè)采用多傳感器 /多判據(jù)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，將探測(cè)器探測(cè)到的多元火災(zāi)探測(cè)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(hào)。光電感煙探測(cè)器不僅可探測(cè)一般火情，對(duì)陰燃火尤其有極好的探測(cè)效果，主要用于火情早期各種燃燒的煙霧顆粒進(jìn)行探測(cè)，這一點(diǎn)就彌補(bǔ)了感溫探測(cè)器對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)器設(shè)計(jì) 16 溫度探測(cè)器 溫度探測(cè)器使用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20， 5V 直流電壓供電。探測(cè)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(lái)完成對(duì) DS18B20 的總線上拉，然后通過(guò)另一 I/0 對(duì) 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(cè)頭采用的是 OPTEK 公司的 OP231 和OP801SL 光電組合套件作