智能防火防盗报警系统.docx

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1、1引言11.1 智能防火防盗报警系统开展现状11.2 本系统的主要内容及现实意义12系统总体设计方案23系统硬件设计33.1 防火检测电路设计31.1温度传感器电路设计43. 1.2烟雾传感器电路设计51.3 CO传感器电路设计73.2 防盗检测电路设计81.1 3声光报警器设计103.4 键盘检测电路设计113.5 密码显示警报设计113. 6电源设计124系统软件设计134.1控制模块程序设计134. 2读取判断检测器信号程序设计134. 3声光报警程序设计144. 4密码显示及解除报警设计155系统抗干扰设计165. 1系统硬件抗干扰165.2系统软件抗干扰错误!未定义书签。结束语错误!

2、未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。红外传感器分立元件电路图如图10所示。利用BISS0001的运算放大器0P1组成传 感信号预处理电路，将Q74 (PIR)探测到的微弱的红外信号无损耗地传过来并进行第一 级高增益信号放大。然后经C3耦合给运算放大器0P2,再进行第二级放大，同时将直流 电位抬高为VM (0.5 VDD)后，送到由比拟器C0P1和C0P2组成的双向鉴幅器，检出 有效触发信号Vs。由于VHO. 7VDD、VLO. 3 VDD,所以，当VDD=5V时，可有效地抑 制 IV的噪声干扰，提高系统的可靠性。C0P3是一个条件比拟器。输入电压UcUr ( 0. 2V

3、DD)时,C0P3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递;而当UcUr 时，C0P3输出为高电平，翻开与门U2,此时假设有触发信号Vs的上跳边沿来到，那么可启 动延时时间定时器，同时Vo端输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时， 在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方 式。当Tx时间结束时，V。下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。 在Ti周期内，任何V2的变化都不能使Vo为有效状态。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。经比拟器、双向鉴幅器后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，由2脚输

4、出 高电平的控制信号，送入与非门，再进入单片机处理。BISS0001的3脚、4脚所接的R8、 C7决定了输出延迟时间，通过改变R8C7时间常数可改变延迟时间周期Tx( 49152R8*C7)。5脚、6脚外接的R7、C6可改变电路的触发封锁时间、通过改变其时间 常数可调节封锁周期Ti (24R7*C6)。+5VPIRPIRRlOuRP1 150K9.1KC4R4|0 Olu2MRI51K.01ucdHo Olu1213141516BISS0001 3R5BISSOOI51KR6IM=ZC6R72MC7R2luFO.OluFR9RES247uI图10热释电红外探测电路防盗探测器由热释电红外传感器、

5、传感信号处理集成电路BISS0001、稳压管等元器图11防盗电路图3. 3声光报警器设计该报警模块主要由555定时器等元器件组成当P2. 0=1, 555定时器的复位端输入高 电平，电路开始振荡并发声，开始报警；当P2. 0 = 0时，555定时器的复位端输入低电 平，振荡器停止振荡，停止报警。同时P2.0脚输出的高低电平信号经电阻R3加到发光 二极管LED上，LED将发光，当P2.0输出低电平时，LED等熄灭，进而到达声光同时报103.4键盘检测电路设计键盘设计可以采用8155等接口芯片来做键盘接口，在单片机端口资源不够用时可 以采用，也可以采用专用的HD7279键盘、显示器接口芯片来做，这

6、种方式在按键数或 显示位数要求比拟多的时候采用可以节省大量单片机接口资源和内存资源。由于本系统 所使用到的单片机端口资源较少，端口资源充足，因而在设计键盘电路时，我们采用常 用整个P0 口来做一个4*4矩阵键盘，POP3 口作为行线，通过上拉电阻接+5V,被箝位 在高电平状态，P4P7 口为列线，如图13所示。对键盘的扫描过程可分为两步：第一 步是CPU首先检测键盘上是否有键按下；第二步是再识别是哪个键按下。对键盘的识别 方法通常采用逐行（逐列）扫描法。通常按键在按下和释放时都存在一个抖动的暂态过程，这种抖动的暂态过程大约经 过5T0ms的时间，人的肉眼发觉不到，但对高速的CPU是有反响的，可

7、能产生误处理。 为了保证键动作一次，仅进行一次处理，必须采取措施以消除抖动，在应用系统中通常 采用软件方法来消除抖动。在本系统中同样采用软件的方法来实现。1P1.0VccPl.lP0.0Pl.2P0.1Pl.3P0.2Pl.4P0.3Pl.5P0.4Pl.6P0.5Pl.7P0.6RSTP0.7P3.0/RXD/EAP3.1JTXDALEP3.2/INT0 /PSENP3.3/INT1P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6/WRP2.4P3.7/RDP2.3XLAT2P2.2XL ATIP2.1氏 5P2.040239338437536635734833932103111301229

8、13281427152616251724182319222021U?AT89C51R200200R 4ZZ 200200+5V图13键盘电路3. 5密码显示警报设计当探测器检测到异常信号传给自动报警器时，只有解码正确时才会有开锁电平输出 给单片机，控制关闭中断，解除用户端自动报警器的监测报警状态。此时，自动报警器 对这个异常信号不做出任何响应，直到被复位后，自动报警器才重新开始工作。如果六 次误码输入，那么产生报警信号电平，触发报警器中断响应，此时报警器进入报警状态， 自动拨号发出报警信号。密码电路中设有50秒定时中断输出控制信号，防止长时间无 效操作。当有超过50秒的无效操作时，中断开启，发

9、出报警信号。显示模块选用八位串行输入段码式LED模块，是由八位的七段型液晶显示器件与显 示驱动器MAX7219构成，可实现数据实时显示功能，原理图如图14所示。MAX7219接收 来自显示控制器的时序信号和串行数据，并把它们转换成相应的驱动。日 口 1 口口口Pl. 2DIGO DIG1 DIG2DIG3 DIG4DIG5 DIG6 DIG7DINLOADSEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGF SEGG SEGPSEGA SEGB SEGC SEGD SEGE SEGF SEGG SEGPISET DOUT图14数码管显示电路MAX72194. 6电源设计图15电源原理图1

10、2本系统主电源采用直流电源5V供电，原理图如图15所示。电源局部电路为典型的 7805/7806应用电路，具有两路电源输出。该电路具有短路保护功能，变压器输出7V交 流电，经桥路整流，电容滤波，送入7805/7806输入端，最后输出5V直流电。电阻与 红色LED构成电源工作指示电路，绿色LED和蜂鸣器用于短路报警指示。4系统软件设计控制模块程序设计本防火防盗报警系统是一种电子平安报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能 控制相结合，从而形成防盗防火报警系统。系统总体构成包括防盗探测器、防火探测器、 用户端自动报警器三个主要模块。系统总流程图如图16所示。图16系统总流程图4.1 读取判断检测器

11、信号程序设计防火探测器模块由温度探测器、感烟探测器、CO探测器组成，同样只有当烟雾探测 器、co探测器输出高电平信号且温度探测器检测到的环境温度到达温度报警阈值时，系 统才由单片机响应相应的中断服务程序。防火流程图如图17所示。13图17防火流程图防盗探测器模块由热释电红外探测器组成只要检测到信号就发出警报，防盗流程图 如图18所示。图18防盗流程图4. 3声光报警程序设计用户端自动报警器由键盘输入电路、密码显示电路、电源电路、声光报警电路等组14成。键盘电路采用常用的矩阵键盘电路来实现密码的输入和修改以及紧急呼叫按钮；密 码显示电路采用74LS164串行静态显示来实现；电源电路采用简单的桥式

12、整流电路产生 +5V、+12V直流电源给系统供电；声光报警电路由红黄绿三色发光二极管（LED）和蜂鸣 器组成。声光报警流程图如图19所示。图19声光报警流程图5. 4密码显示及解除报警设计当探测器检测到异常信号传给自动报警器时，只有解码正确时才会有开锁电平输出 给单片机，控制关闭中断，解除用户端自动报警器的监测报警状态。此时，自动报警器 对这个异常信号不做出任何响应，直到被复位后，自动报警器才重新开始工作。如果六 次误码输入，那么产生报警信号电平，触发报警器中断响应，此时报警器进入报警状态，15自动拨号发出报警信号。密码电路中设有50秒定时中断输出控制信号，防止长时间无 效操作。当有超过50秒

13、的无效操作时，中断开启，发出报警信号。密码显示及解除警 报流程图如图20所示。开始VN=O返回图20密码显示及解除警报流程图5系统抗干扰设计5.1系统硬件抗干扰防火防盗传感器及报警器工作环境较恶劣，易受到各种干扰的侵犯。根据其来源不 同，主要有空间干扰（通过电磁辐射进入）、过程通道干扰（通过与自动报警器及中央16 控制器相连的前向和后向通道进入）、供电系统干扰以及印制与电路间产生的相互干扰。 所以在设计上，应该采取必要的软硬件措施，免除和减小各种不良因素对系统的影响和 损害，从而提高系统的稳定性和可靠性。在硬件设计过程中，可以采取以下几个方面的措施来提高系统的抗干扰能力：1 .对于空间辐射干扰

14、的抑制，主要解决方法是屏蔽。静电屏蔽使用导体材料即可。 为到达电磁屏蔽的目的，可以把控制系统安装在用铁板做成的封闭机箱内，来屏蔽外部 静电和电磁场的干扰。2 .设计印制电路板时，合理布线，力求将系统中个元件之间、电路之间可能产生 的不利影响限制在最低程度。元件排列及信号走线尽量有序，短直，简洁，防止相邻电 路相互影响了尽量防止过长的平行走线，减少布线的分布电容。接地线尽量加宽以减少 接地电阻，并解决好接地点问题。防止印制电路形成环路接受噪声形成干扰。按钮等在 操作时会产生火花，必须利用RC电路加以吸收。3 .电源的设计将强弱电严格分开，不把它们设计在一块电路板上，电源线的走向 尽量与数据传递的

15、方向一致。在印制电路板的各个关键部位配置去藕电容，电源输入端 跨接10uF的电解电容。每片集成电路电源的引脚上并接O.OluF高频电容。对于抗噪 声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM存储器件（集成块），应在芯片的电源 线（VCC）和地线（GND）间直接接入0. Oluf去耦电容。4 . CMOS芯片的阻抗很高，易受外界的干扰，故电路中不使用的输入端不允许悬空, 否那么会引起逻辑电平不正常。根据实际情况，将多余的输入端与正电源或地相接。实践 说明，元器件的质量对系统影响很大。应选择正品元器件。使用前还要进行必要的筛选。 对于接插件，应选择抗震性能好，接合可靠，防松的接插件。传输电缆应

16、具有良好的屏 蔽层，耐老化，抗损伤，不易断线。5 .电阻系统本身对静电的防护也是至关重要的。静电产生的原因主要有两种模式: 人体带电和电场感应带电。考虑人体带电模式，鉴于人主要接触开关机控制CPU模块， 且主要是键盘。为防止静电危害，在键盘的3个引线上对地分别串上3个防静电电容， 本系统采用0. Oluf的电容。6 .无论系统采取什么样的抗干扰措施，系统总会受到一些干扰使系统中的单片机 的程序跑飞。为了使程序跑飞后，系统能恢复正常运行，可以采用硬件看门狗防止程序 跑飞。171引言智能防火防盗报警系统开展现状家居智能化是信息化社会的产物，家居智能化的内容一般包括：平安自动化(SA), 通信自动化

17、(CA),保健自动化(HA)和管理自动化(MA),因此也称为4A系统。所谓智能 化住宅，即是通过一个高度集成的通信和计算机网络，把住宅平安防范系统、物业管理 系统、公共服务系统、信息系统连接起来，建立集成平台与信息处理控制中心，各个系 统独立运行又共享网络硬软件资源，实施智能化与最优化，为住户营造一个平安、自由、 舒适的现代居家生活环境。居民住宅应当设置平安防范报警系统，对火灾、盗窃、入室 抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的 能力。现代安防监控系统己经有了新的概念，通常称为平安自动化SAS (Security Automation System),并与

18、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。目前国外兴旺国家己经逐渐形成一个集安防、消防、医疗救 护为一体的平安保障行业。平安技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中 即1950年1971年，首先在美国、英国等国家形成，像ADEMCO； VICON； CHUBO； AMERICA DYNAMIC等、60年代视频图像技术、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开展。.就智能住宅中的火灾报警而言，目前出现的大型组合火灾报警系统或智能火灾报警 系统，一般是根据灾前检知的

19、光、热、烟、气、味等个别异常或是否到达某种阈值来做 出判断的多阈值系统，多传感元件火灾探测器是智能型的装置，使用三种不同类型传感 元件的探测器记录模拟量的火灾参数，并将这些模拟量转换成数字信号，然后，探测器 利用数值算法判定是否存在火灾危险。现在世界各国都在致力于研究和开发能早期预报 火灾的火灾探测方法和设备，如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，就可组 成智能火灾探测系统，提高火灾探测系统的检出率，增进系统的可靠性。我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要 防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生 更加困难。另外，小区

20、平安措施缺乏；居民平安意识有待增强：平安防范系统也急需普 及。1.1 本系统的主要内容及现实意义针对国内外的开展情况，可见建筑智能平安防范系统是我国未来智能建筑建设的重 点开展方向。本次设计的防火防盗报警系统实现功能包括：能对建筑的火灾、有害气体 泄露等实行自动报警；还能对盗窃实行自动报警；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制。研究的主要内容有以下几个方面：(1)根据家居智能防火防盗系统的基本要求，设计出系统的整体方案，采用模块 化设计，尽量使其可用性强，适用范围广。(2)进行系统的硬件设计。包括芯片的选型，芯片外围电路的合理设计。主要模 块有防火检测，防盗检测，电源，报警系统的设计

21、。(3)进行系统的软件设计。主要对系统的主程序，过程控制程序，密码显示程序 等。(4)对系统抗干扰等方面性能的分析。家居智能防火防盗系统是我国智能住宅的重点开展方向，也会是主要的，市场潜力 最好的开展方向。因此，开发一个性价比高、可靠性高、功能人性齐全的平安防范报警 系统具有重要的现实意义。2系统总体设计方案本防盗防火报警系统是一种电子平安报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能 控制相结合，从而形成防盗、防火报警系统。系统总体构成包括防盗探测器、防火探测 器、用户端自动报警器三个主要模块，如图1所示。看门狗电路EEPROM模拟量及传感器-信号防盗探测器防火探测器F释电红外探测器温度探测器感烟

22、探测器co探测器开关量的输入报警开关紧急呼救开关89c51单片机码制路密控电指示灯控制输入/输出工作灯 报警灯 故障灯报警器蜂鸣器 键盘LED显示j Fe03、ZnOz等），电 阻值会增大或减小还原性气体、城市 排放气体、丙烷七、 烟雾颗粒等灵敏度高，构造与电 路简单，但输出与气 体浓度不成比例接触燃烧式可燃性气体接触到氧气就会燃 烧，使得作为气敏材料的伯丝 温度升高，电阻值相应增大燃烧气体输出与气体浓度成比例，但灵敏度较低化学反响式利用化学溶剂与气体反响产生 的电流、颜色、电导率的增加co、乩、ch4、C2H5OH、SO2 等气体选择性好，但不能重复使用光干涉式利用与空气的折射率不同而产生的

23、干涉现象与空气折射率不同的气体，如C02等寿命长，但选择性差HQ-2是一种电阻式气敏传感器。它的灵敏度为40PPM, PPM是体积浓度表示法，一 百万体积的空气中所含污染物的体积数，即PPM。即当环境中烟雾颗粒浓度超过40ppm 时，烟雾传感器的阻值下降很快。烟雾探测电路原理图如图5所示。电源用设计的12V 直流电源供电。砥-2汽敏管A-B之间的电阻，在无烟环境中为几十千欧，有烟雾环境中 可降到几千欧。一旦有烟雾存在，A-B间电阻迅速减小，比拟器LM393通过电位器Rp 所取得的分压随之增加，当正向端电压高于负向端时，比拟器LM393翻转，输出端便可 输出高电平触发信号，经与非门进入单片机进行

24、处理。图5烟雾检测电路图3.1.3 CO传感器电路设计CO传感器实现在火灾发生时，对空气环境中的CO含量进行监测，当空气中CO浓度 到达报警时阈值，且烟雾传感器输出发出报警请求信号时，两个信号通过与非门后，可 向单片机申请中断处理，当温度也达报警值时，单片机控制进行声光报警信号输出。CO气体检测电路原理图如图6所示，当QM-N10没接触到CO气体时，其A-B两电极 间呈现高阻抗，使得三极管的发射结反偏，三极管截止不通，三极管发射极e端输出低 电平，送入与非门，与非门输出高电平无法触发报警中断信号，当QM-N1O接触到CO气 体后，其A-B两电极间的电阻值下降很多，三极管基极通过分压管分得一个0

25、-5V间能 使三极管发射结导通的电压，可以通过调节可变电阻来改变探测器的响应阈值。设计使 三极管发射极e端的跟随电阻分得4. 3V左右的电压，此端呈现高电平，有效信号可送 入与非门，只要从烟雾探测器传来的信号也为高电平信号就能触发单片机的外部中断1, 进行防火报警。防火电路如图7所示。图6 CO气体检测电路图图7防火电路图73.2 防盗检测电路设计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。由热释电传感器的特性知电压响应 度与入射光辐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，传感 器没有电信号输出，所

26、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，只有到达报警阈值电平时，传感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。传感器原理框图如图 8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，那么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。经过后级比拟器与状态控制 器产生相应输出信号U。图8热释电红外线探测器原理框图热释电红外传感器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片一红外传感信号处理 器BISSOOOK热释电红外传感器及一些外围元件（电阻电容）。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。BISSOOO1可重复触发工作方式下 波形如图9所示。V2VSAVCVO图9 BISSOOO1可重复触发工作方式下各点波形8