《基于单片机的住宅防盗防火报警系统设计毕业论文1.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的住宅防盗防火报警系统设计毕业论文1.doc（54页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、目 录第1章 前言11.1 序言11.2 国内外研究概况21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 我国住宅智能安全防范系统展望31.4 论文主要工作概述4第2章 系统总体方案设计52.1 系统总体构成52.2报警系统的功能及工作过程5第3章 用户端探测器设计73.1防盗探测器电路设计73.1.1热释电红外线探测器73.1.2微波探测器103.2防火探测器电路设计123.2.1温度探测器133.2.2光电感烟探测器133.2.3 CO气体探测器15第4章 用户端自动报警器设计174.1 用户端自动报警器总体设计174.2 用户端自动报警器的硬件介绍184.2.1 AT89C5
2、1单片机简介184.2.2自动报警器电路设计214.3串行EEPROM-X25045224.3.1 X25045简介224.3.2 X25045的工作原理22第5章 自动拨号及语音报警电路设计255.1 拨号电路255.1.1拨号电路的主要功能255.1.2 MT8888芯片简述255.1.3 MT8888外围电路285.2语音电路295.2.1 ISD1420芯片简述295.2.2芯片工作原理305.2.3芯片工作模式315.2.4语音芯片及外围电路325.3电话接口电路32第6章 键盘与密码显示电路设计346.1 键盘电路346.2密码显示电路35第7章 控制字和各芯片工作模式设定377.
3、1 控制字设定377.2 芯片工作模式设定37结 论40致 谢41参考文献42附录1：程序清单43附录2：电路原理图50第1章 前言1.1 序言 随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区。因此在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求，而设计了基于单片机的住宅防盗防火报警系统。 我们生活中见过的报警系统很多, 但因存在以下几个问题, 从而影响了实际使用的效果: (1) 不能远距离传送报警信号, 或者由于干扰等原因使传送信号质量不好。(2) 在监控室只能知道有报警发生, 属于什么样的报警却无法
4、判断或不直观。(3) 部分报警系统虽然有显示屏幕可以显示报警区域, 但造价高且效果不一定好。 同时，随着经济和科技的发展，房间的安防方式也进行不断的变化，传统的防范措施存在很大的弊端，比如当事故发生时，防护铁门、铁栏杆就会成为主人逃生的最大障碍。由于家庭成员的安全意识不足，火灾、盗窃等危害生命安全和财产事件的不断发生，给家庭住宅管理和安全带来一定的威胁。而采用基于单片机的防火防盗报警系统，便能很好地解决此类问题。文中设计了一种住宅防盗防火报警系统，在单片机控制下可自动检测非法入侵人员、室内烟雾、指定物品的在位等信息，因此可以对房间内的盗窃、火灾和贵重物品丢失等不安全因素进行监控，如有险情可迅速
5、提醒管理人员，及时解决突发事件，给房间安全带来保障。基于上述情况，本文提出了基于单片机的住宅防火防盗报警系统设计。该系统可以对住宅内部中的盗窃、火灾和人员进出情况等进行监控和记录，系统采用单片机作为主控器，采用GSM Modem、红外感应器、红外发射接收管、烟雾感应器和声光报警模块、独立键盘，构成宿舍防盗防火报警系统对宿舍内人员进出情况进行记录及异地监控等随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们已不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价小区的重要指标。这里所设计的防盗防
6、火报警系统可实现的功能包括：能对住宅的火灾、有害气体泄露等实行自动报警；还能对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频（DTMF）编码器、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门（小区管理中心或110/119报警台）之间的数据交换。1.2 国内外研究概况1.2.1 国外研究现状 1984年世界上第一座智能大厦在美国诞生，很快掀起一股“智能建筑”熟潮。在短短的十几年中美国，日本，欧洲的几万座智能大厦纷纷建成。美国1986年成立了“智能建筑协会”,其会员横跨17个国家，并宣布1995年以后要大幅度增加智能大楼
7、的比例。日本建设省1985年成立了国家智能建筑专业委员会，对智能建筑的发展给予政策上的支持，使日本在智能建筑上成为发展非常快的国家。据统计，日本新建的建筑物中60%以上是智能型的。进入90年，英国、法国、加拿大、瑞典等国家都相继建成一批有自己特色的智能建筑。现代安防监控系统己有了新的概念，通常称为安全自动化SAS(Security Automation System )，并与防火自动化系统FAS (Fire Automation System)共同构成智能建筑系统最底层的系统门.目前国外发达国家已逐渐形成了一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二
8、次产业革命中即1950年1971年，首先在美国、英国等国家形成，像DEMCO(安定宝)；VICON(维康)；CHUBO(集宝)；AMERICA(A.D)等。60年代视频图像技术e7, 70年代计算机数字技术、80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速的发展。80 年代日本正处于住宅建造过剩，房产市场清淡时期，日本政府抓住了智能住宅的概念，推动房地产的振兴。邮电省与通产省于1986年组织日本的机械工业协会与电波技术协会共同组建HBS标准委员会，这里的HBS是指家庭总线系统(HOME BUS SYSTEM)。1998年初成立了“日本信息化推荐协会”，从而进一步促进了日
9、本智能住宅的发展。当时提出对住宅区内所有住宅的信息管理采用超级家庭总线技术(S-HBS,SUPER-HOME BUS SYSTEM)。 1990年前后，日本幕张建立了一个高水平示范性的智能住宅区，美国、新加坡也都建立了基于EI在1988年制定智能化住宅系统(HIS)及其通信标准家庭总线仍DS, HOMEDISTRUDUTION SYSTEM)的智能化住宅t9)西门子楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况，充分结合社区住户本身，最新推出了Guano Easy新型安全防范系统，火灾探测、危险气体探测等多种普告方式(声光、无线、拨号)结合起来，对社区住宅及分散型小型建筑进行全方位
10、的安全防范。Guano Easy采用总线式结构，符合安防系统的暴露线路最短的原则。通过适配器可以接入各种信号(电压、触点等)，可以连接防盗探测器、震动探测器、气体探测器、火灾探测器、紧急按钮以及门禁触点等各种探测器，能够适应各种情况。在线路上，可以接入中继器实现探测线路的延长，从而更好的适应环境。1.2.2 国内研究现状我国从1997年初开始制定小康住宅电气设计(标准)导则附论稿，在“导则”中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求:高度的安全性，舒适的生活环境，便利的通信方式，综合的信息服务，智能化的家庭系统。同时也对小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通信与网络配置等方面提
11、出了三级设计标准，即第一级为“理想目标”；第二级为“普及目标”；第三级为“最低目标”；在我国小区安全防范报普系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报替、求助求救、煤气泄漏报警、消防报替等内容。该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室内各探测器的比较信号.室内分机有多个探测器接口，可接受感烟探测器，温度探测器、红外及微波探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。在我国 ，以北京、深圳、上海、广州等较发达的城市为龙头在近几年内也形成了一股智能化住宅热。目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安防系统，
12、可以预见，智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流，特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。1.3 我国住宅智能安全防范系统展望 随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求进一步着眼于其质量、功能、服务等多方面。本设计较好地阐述了家庭红外防盗防火报警系统的方案设计及硬、软件设计思路，其系统具有防盗防火功能于一体，可实现自动检测与自动电话拨号报警的特点。该设计实现了烟雾检测、人体热释电红外检测、贵重物品检测和人员进出检测等功能，通过无线通信模块能将报警信号上传到主站，并及时报警；同时该系统
13、创新性地将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，并采用多元探测技术，弥补了单信号探测误差较大的不足。对住宅安防系统智能化的发展，满足人们对安全的强烈要求方面有一定的实际意义。多年来，经过对不同方案的比较分析，确定了该系统由信号检测、控制器、无线通信及显示和语音等模块组成。其中，信号的检测由从控制器控制，可布防在各个房间内，主控制器及其附属设施位于管理中心，由管理人员掌控。最底层是各传感器，负责各种信号的采集和转换，获得的信号在所属从控制器的控制下由无线通信模块上传到管理中心的主控制器，实时进行显示和语音提示。 单片机内置有2K 字的SRAM 和32K 字的内存FLASH，能满足系统存储密码及
14、各类数据的要求，且CPU 时钟频率高达49.152MHz，能保证响应的快速性。同时，单片机内置的语音处理模块可方便实现各种提示语音，更提高了系统人机的友好性，因此主从控制器均采用了16 位单片机。从控制器控制的烟雾、热释电红外和光电传感器分别进行烟雾检测、人体红外检测和人员进出情况检测，射频接收器进行贵重物品检测。采集的数据通过无线收发模块上传到主控制器，主控制器按设定程序进行数据处理并发出语音提示、报警、显示人员进出情况记录等。1.4 论文主要工作概述针对国内外的发展情况，可见住宅智能安全防范系统是我国未来智能住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的智能住宅防盗防火报警系统是依托公共电话网做传
15、输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点，而对于实行物业管理的居民区以及机关、事业单位的办公区则采用分户对值班室的联网方案。本课题所设计的防盗防火报警系统符合国家建设部对普及型住宅小区的要求，实现功能包括：能对住宅的火灾、有害气体泄露等实行自动报警；还能对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频(DTMF)编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门(小区管理中心或110/119报警台)之间的数据交换。用户端的智能防盗防火系统包括探测器、自动报警器及输出等
16、组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。课题重点设计了前端探测器部分和自动拨号报警部分，详细分析了红外防盗探测器的工作原理，最终完成了防盗防火的自动拨号报警功能。第2章 系统总体方案设计2.1 系统总体构成该防盗防火报警系统是一种将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合的新型电子安全报警系统，该系统形成一个两级联网通讯的防盗防火报警系统。智能住宅防盗防火智能报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的系统总体构成包括防盗防火探测器、用
17、户端自动报警器、监控管理中心中央控制器与通讯线路四个模块，系统组成框图如图2-1 所示。系统的基本工作过程：报警器通过传感探头进行监控，当发现有人入侵或有火灾等紧急情况时，传感器探头将探测到的警情信号传送给单片机（即用户端自动报警器），单片机产生中断，进行现场声光报警和电话语音报警。在单片机面板上有LCD 显示器、键盘以及三色警灯，三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯(红)、工作灯(绿)和故障灯(黄)。正常时显示时间，警情发生时锁定该时间。用户端报警器同时有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯，如判断探头掉线，则声
18、光报警。将警情信息记录下来，以备查询，并通过通信模块向小区监控管理中心中央控制器发出报警信号。用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器(红外、微波、光电感烟、温度、一氧化碳)进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中。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。2.2报警系统的功能及工作过程智能住宅防盗防火报警系统具有以下特点和功能：1）系统采用模块化设计。2）前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及
19、时通报给中央控制器。并能够可靠地进行盗情、火情报警，通过电话线拔打预先设置的1-6组电话/手机号码(小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110、火警电话119、紧急呼救电话)，进行语音报警。报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警。3）用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障(如探头断线或掉电等)，并可向中央控制器报告故障情况。4）系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。5）用户端自动报警器内提供备用电源，在没有市电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。用户端的防范现场，一旦有人入侵或发生火灾等紧急情况时
20、，与之相应的报警探测器(各种防火、防盗及手动报警按钮等)则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认(多次巡检中断信号)，若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)、光(LED)报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯(LED)，三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯(红)、工作灯(绿)和故障灯(黄)。正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时的时间。用户端报警器同时具有探头故障报
21、警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线(被剪断)，则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间(50s定时器)去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息(如有无交流电、备用电池电量是否不足等)上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。第3章 用户端探测器设计探测器电路设计是本课题电路设计的重点之一，探测器电路部分包括防盗探测器电路与防火探测器电路两大部分，其中详细设计了红外、微波及光电感烟探测电路。由多种类型传感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信号检测一方面完成盗情与火情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器
22、部分的误报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。3.1防盗探测器电路设计防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图3-1所示。与非门热释电红外探测器微波探测器AT89C51Alam0图3-1双鉴探测器原理示意图双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点，但红外探测器对环境温度的变化
23、比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率，下面详细介绍本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程。3.1.1热释电红外线探测器在自然界，任何高于绝对温度(-273)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 1. 热释电效应热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钛锆酸铅(PZT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化
24、，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR) ，PTR能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60-70db，就可以检测10-20m处人的活动。2. 热释电红外探测器基本原理热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。由于传感器的电压响应度与入射光辐
25、射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到。而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。探测器原理框图如图3-2所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号U0。热释电红外探测器定时器封锁时间TI延迟时间定时器T
26、X状态控制器参考电源与门比较器U0图3-2热释电红外探测器原理框图3热释电红外探测器电路设计热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作范围可在3V到5V之间)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚排列及各点波形如图3-3和图3-4所示。当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即
27、在TX时间内，任何IC7的变化都被忽略，直至延迟时间TX结束。当TX时间结束时，U0下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何IC7的变化都不能使U0为有效状态。本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RR1、RC1为输出延迟时间TX的调节端，RR2、RC2为触发封锁时间Ti的调节端。 图3-3 BISS0001管脚排列图 图3-4 不可重复触发工作方式下各点波形图3-5所示为红外探测器分立元件电路图。当热释电红
28、外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端(14脚)，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。再经内部的两个电压比较器(IC3,IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器(只要有触发信号VS的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。由于VH3.15V,VL1.35V，所以当VCC为+4.5V电压时，可有效地抑制0.9V(VH-VL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。IC6是一个条件比较器，当输入电压VCVR时，IC6输出为高电平，则打
29、开与门IC7，此时，如果有触发信号VS的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时U0脚(2脚)输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。该设计输出为脉冲信号，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由高电平跳变至低电平，可实现检测并报警。图3-5 红外线探测器电路图3.1.2微波探测器1 微波探测器原理微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差
30、异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图3-6所示，当电路接通电源以后，振荡产生
31、的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后电源天线微波震荡电路前级放大两级放大比较电路滤波电路LED图3-6 微波探测器原理框图产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。2微波探测器电路设计微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接+6V电源。其电路图如图3-7。当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。根据多普勒
32、效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级放大，10uF电容与7.5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时，C9015导通，最后信 号经U2, U3构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号。实验过程中报警范围实图约为78米，探测到有效信号时，有20秒的报警信号输出，LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。该电路可以工作在较宽的电压范围内(标准电压是32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内)，当检测到异常信号时为高电平
33、。微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整，过高或过低的灵敏度都将影响防范效果。微波探测器灵敏度通过调节比较器参考电压端电压来控制，红外探测器灵敏度通过调节输出延迟时间TX和触发封锁时间Ti来控制。 图3-7 微波探测器电路图3.2防火探测器电路设计防火探测器是由温度探测、光电感烟探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。其中光电感烟探测器为本课题中传感器电路的设计重点。复合型火灾探测器原理如图3-8所示。温度探测器光电感烟探测器CO气体探测器或非门AT89C51Alarm1图3-8 复合式火灾探测器原
34、理示意图由于单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器(包括阈值触发式和模拟量式)对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要。因此，报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经逻辑或非门送给单片机进行综合判断，然后经确认后发出报警信号。表3-1 探测器比较试验对照表传感器类型单传感器元件阀值探测器多传感元件探测器试验火类型光电感烟探测器差温探测器离子感烟探测器光电和差温复合探测器木材明火TF1不适合最佳最佳很适合木材热解火TF2最佳不适合适合最佳棉绳阴燃火TF3最佳不适
35、合很适合最佳聚胺酯塑料火TF4很适合适合很适合很适合正庚烷火TF5很适合很适合最佳最佳无烟液体火TF6不适合最佳不适合很适合 实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，比较实验结果如表3-1中所示。光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点；但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾，由此，在设计中增加了CO探测部分，可以探知早期火灾烟雾中的CO成分，这样就大大降低了各种环境
36、因素的干扰，提高了报警的可信度。下面分别介绍三种传感器的电路设计。 图3-9 温度探测器示意图3.2.1温度探测器温度探测器使用数字温度传感器DS18B20，5V直流电压供电。DS18B20的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B20时钟周期内能提供足够的电流，图3-9中采用一个MOSFET管和MCU的I/0口来完成对DS18B20的总线上拉，然后通过另一I/0对DS18B20进行控制并取得温度值。 3.2.2光电感烟探测器本
37、节着重探讨光电感烟探测器电路设计。作为发光器件，目前多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管，受光器件的阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是OPTEK公司的OP231和OP801SL光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电电压为1.5V，接收管使用5V的直流电压供电。1散射光式光电感烟火灾探测器的工作原理利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度与烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。对于由烟雾引起光散射的测量，特别是对于近距离产生的光散射测量，因为烟雾的测量限于小的范围，对那些影响测量的干扰可
38、以比较容易的消除，因此，利用光散射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。正常情况下，在发射与接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射管发出的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。集烟盒内壁为黑色粗糙面，可将盒内的光反射减至最小。集烟盒外侧开有气、烟对流孔，烟雾进口处敷以不锈钢网，以防止杂物进入集烟盒造成误报。在火灾发生时，当有烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器给出报警信号电平。2光电感烟探测器电路设计红外发射电路中的555电路用于产生频
39、率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。同时，较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。电路原理如图3-10所示。上电后，555振荡输出信号经过8050放大并反相，使红外发射管OP231上获得调制后的方波电压信号，电路设计中，振荡电路输出的方波信号为7ms的高电平和139ms的低电平输出，频率约为7Hz，设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准，同时满接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后，以变化电流的形式送给三极管9014，放大后的射极电流变换成电压信号作为输出，其中输出端可变电阻用于调节输出为合适的电压信号
40、以备计算机采样用。图3-10 散光型光电感烟探测器电路图 3.2.3 CO气体探测器 图3-11 CO气体探测器电路图CO气体探测器是采用MQ-7一氧化碳气体传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点。电路图如图3-11所示。555振荡输出Q端驱动C9013给CO敏感元件的加热丝间断供电，节省功耗。由CO引起的敏感元件电阻的变化最终反应在输出电阻R5上。3.2.4人员进出检测模块图3-12为人员进出检测电路，由激光器、光敏电阻和信号调理电路构成了光电传图3-12 人员进出检测电路感器。激光器LASER 和光敏电阻W1分别安装在门的左右两侧，当有人进出时由于遮挡
41、使比较器的正输入端电压变化，从而 port 端口产生触发信号。为了区分进和出，在门框内外两侧各装一组传感器，由控制器通过对两组信号时序的判断即可得到人员进和出的信息。如果是房间最后一名离开者提示锁门。 3.2.5贵重物品检测模块贵重物品的检测采用射频收发模块，其中发射机（子机）附在贵重物品上，接收机（母机）与从控制器相连，正常情况下，子机与母机相隔距离小于设定范围，母机能收到子机发来的信号，但当子机与母机的距离大于设定范围时，母机收不到子机发来的信号而立即向从控制器发出丢失报警信号。由于电路采用了PT2262/PT2272 编解码集成芯片及专用的315MHz 的无线收发模块，使电路简单，性能稳
42、定，功耗低，体积小，便于置入防丢物品中。 第4章 用户端自动报警器设计4.1 用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图4-1所示，主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘/密码显示模块以及电源模块。本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。看门狗电路 单片机与非门热释电红外探测器微波探测器温度探测器光电感烟探测器CO气体探测器或非门 DTMF拨号电路语音检测电路电话接口电路开关电路输入/输出控制电路紧急呼叫按钮报警蜂鸣器LED指示灯键盘/密码控制电路电源电路图4-1 用户端自动报警器组成框图系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C5
43、1单片机。AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。AT89C51内部具有4K字节的Flash(闪速)存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。 用户端的防范现场，一旦有人入侵或发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器（各种防火、防盗及手动报警按钮等）则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认（多次巡检中断信号），若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）、光（LED）报警，同时用户端自动报警器自动向有关
44、部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯（LED），三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯（红）、工作灯（绿）和故障灯（黄）。正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时时间。用户端报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断），则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（50s定时器）去接触，另外用户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等）上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实
45、现报警。4.2 用户端自动报警器的硬件介绍4.2.1 AT89C51单片机简介1主要性能参数1）与MCS-51产品指令系统完成兼容2）4K字节可重擦写Flash闪速存储器3）1000次擦写周期4）全静态操作：0Hz24MHz5）三级加密程序存储器6）1288字节内部RAM7）32个可编程I/O口线8）2个16位定时/计数器9）6个中断源10）可编程串行UART通道11）低功耗空闲和掉电模式2功能特性概述：AT89C51提供一下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工行串行通信口，片内振荡器及时钟电路
46、。同事，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3引脚功能说明（1）VCC：电源电压；GND：接地；（2）P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用时。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。（3）P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收
