智能住宅安防报警系统设计

1 引言

在当今高速发展的社会中，人们对自身所处的环境越来越关心，居家安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。当上班家中无人，或者仅有老人孩子在家，或晚上在家熟睡，都必须确保家庭成员和财产的绝对安全。[1]

中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势，需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系。[2]如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统，是当前急需解决的课题。本方案是在考虑以上因素的基础上，所设计的可行性实施方案。在当前，随着经济的发展，人民的生活日益改善，人们对家庭生命财产安全越来越重视，采取了许多措施来保护家庭的安全。[3]以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观，不符合防火要求，不能有效地防止坏人的入侵。现在，全国各地都在如火如荼地开展建设安全文明小区的活动，而且很多地方都提出取消防盗网的口号，家庭电子防盗报警系统也就应运而生。因为大多数家庭都是双职工，白天家里通常没有人，发生报警后，必须要有专人来处理，因此，必须设立报警中心。而且因为国内住宅区大多数是密集型分布，一个住宅区往往有几百上千户，并且都有自身的保安队伍，因此当用户防盗报警系统报警时，除了在现场报警外，还需要向当地派出所或公安分局进行报警联网外，也需要向住宅小区的保安中心进行联网报警，以便警情得到迅速处理。[4]另外，考虑到国内普遍收入水平较低，对于每一户家庭的防盗报警系统成本不可太高，但因为用户数量多，也不能采用质量差的产品，以免误报频繁造成不良影响。根据以上分析，住宅小区对防盗报警系统的要求如下：1.广泛性——即要求小区内每个家庭都能得到保护。2.实用性——即要求每个家庭的防范系统能在实际可能发生受侵害的情况下及时报警，并要求操作简便，环节少，易学。3.系统性——即要求每个家庭的防范系统在案情发生时，除能自身报警外，必须及时传到保卫部门，并同时上报当地公安报警中心。4.可靠性——即要求系统所设计的结构合理产品经久耐用、系统是可靠。5.投资可行性------即要求系统投资或造价能控制在小区家庭能承受的范围之内。[5]智能住宅安防报警系统起源于20世纪80年代初的美国，它利用高科技手段提供给人们舒适、环保、安全和节能的服务功能。[7]近几年随着科学技术的日新月异，

特别是计算机技术和建筑电子产业的发展，智能住宅已在世界各地逐步普及。随着生活节奏的加快，人们忙于工作、学习，在家中的时间越来越少，家中的安防就显得重要和必要了，针对这一特点，本设计介绍的报警系统，能对住宅中的报警信号进行检测，当出现警情时可通过公用电话网实现自动报警。[8]

智能住宅安防报警系统是智能小区实现安全管理的重要系统，主要包括防盗报警、煤气泄漏报警、消防报警等。[9]小区管理极为重要的内容是确保住宅，住户安全，生活中，人人都可能出现一些意想不到的求助情况，现代居住的格局，邻里常年不来往已是常事，家庭生活稳密性、封闭性越来越强。[10]因此，小区安全防范及报警系统是具有先进的设计和设备，并为小区住户的安全提供保障的必要系统。[11]我国的安防自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助、烟雾/煤气探头、瓦斯探头等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑连接，进行安防信息管理。如果发生盗贼闯入、抢劫、火灾、燃汽泄露等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发光警报以有效地恫吓企图行窃的盗贼；系统还会迅速向报警中心传送报警信息；报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别判定警报类型、地点、用户，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；系统具备24小时防破坏等并自我监视，一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。[12]

2 系统功能及方案选择

2.1 系统框图

根据设计任务，该电路的总体模块可以分成以下几个基本模块，系统框图如图2-1。系统能够设置查询输入设置当前的状态，用户通过人机界面能够很方便的设置系统工作，并且通过指示灯指示当前系统的工作状态或者危险信号指示灯，系统正式工作后如果采集到传感器的信号，能够迅速在指示灯处予以显示并且给指定的电话拨号报警。[13]

系统开关控制系统开始/结束工作，系统开始工作后需要先设定当前时间，确认后系统正式开始工作，系统可检测来自气体传感器的信号以及光敏传感器的信号以供判断是否有险情，一旦测到险情，先读取当前时间写入数组，并触发报警电路自动拨号报警。用户回来后，可利用查询键查询何时发生何种险情。[14]

图 2.1 系统框图

2.2 方案选择

2.2.1 MCU的选择

MCU的选择主要从功能的完成能力、功耗、效率、成本等方面考虑。当前市场运用比较广泛的MCU有以下几类：

.以CPLD、FPGA为代表的一类复杂可编程逻辑器件，这类MCU的特点是功能强大、处理能力较强、支持非常高的处理频率，但是这类MCU的操作比较复杂，而且相对于一个较小的系统MCU的利用率不高，功耗也比较大、成本较高。[15]

.以ARM、DSP为代表的一类强大的嵌入式数据处理控制器，这类MCU具有强大的处理能力，多用于复杂的数据处理，或者生产智能手持设备等，这类MCU的处理能力虽然强大，但是成本以及功耗都相对较大，而且相对于本次设计的学习及研究目的来看不可取。[16]

.以51系列单片机为代表的一类8位MCU处理器，这类处理器的特点有功耗低、处理能力较强、支持较高的工作频率，但是这类MCU对于高频的实时数据采集以及大容量数据处理时会出现错误活不准确。

基于以上分析结合本设计的一些要求，采用51单片机作为MCU是比较明智以及合理的选择。其一本系统所占用的系统资源并不多51单片机足够使用，而其他两者使用在本设计上则显得有些浪费；其二本系统的数据采集及处理上并不需要非常高的速率以及非常大的容量；其三51单片机的处理上相对其他二者有独到的优势，其对于C语言的兼容性决定了设计的开发周期可以大大的压缩。根据本设计的详细功能分析，具体将采用STC89C52作为主控芯片。

2.2.2 人机界面的选择

所谓人机界面是指系统使用者在对系统进行相应的初始化设置时，和系统进行信息交换的一个可视化界面，本设计的人机界面主要是为了显示一些相对简单的提示语以及记录下的危险信息。人机界面的设计可以采用接口将系统和上位机通信，通过上位机的软件面来实现，但是这种实现方案比较复杂，而且必须保证拥有一台电脑，从设计及成本的角度上予以否定；另外一种方案是采用1602液晶来作为人机界面，鉴于本设计人机交互信息比较少，故采用本方案。

2.2.3 设置、查询输入模块选择

系统上电启动后需要设置相应的参数以待工作，系统检测到危险后记录下后，用户可以通过查询装置查询历史危险记录。以上操作应该有一个输入装置来实现，鉴于以上操作都是触发了的动作，故很容易联想到使用一些按键装置来实现。本设计应该有以下按键：开/关键、设置时间键、加键、减键、显示下组信息键。这些按键可以通过续流二极管再通过两个反相器在外部中断口上，然后再将这些按键分别连接一些I/O上，这样可以比较准确的判断按键。