智能監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)

摘要：針對安防領(lǐng)域的需求，設(shè)計了智能監(jiān)控報警系統(tǒng)。系統(tǒng)由遙控子系統(tǒng)和監(jiān)測報警子系統(tǒng)兩部分組成。遙控子系統(tǒng)實現(xiàn)了監(jiān)測報警系統(tǒng)報警電話的添加與刪除，監(jiān)測的布防與撤防、系統(tǒng)的開機(jī)與關(guān)機(jī)及遠(yuǎn)程報警方式的選擇等。監(jiān)測報警子系統(tǒng)能夠以1．67kHz的采樣頻率實時監(jiān)測多路警情，并具備了可靠的抗光照干擾性能，進(jìn)行日夜監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)狀況時，系統(tǒng)能夠現(xiàn)場發(fā)出高分貝尖叫，同時觸發(fā)智通信系統(tǒng)，以
遠(yuǎn)程短消息或者語音呼叫方式報警。實驗表明，該系統(tǒng)方便，經(jīng)濟(jì)，可靠，穩(wěn)定，實時性好，可以準(zhǔn)確的監(jiān)測并及時的報警。
關(guān)鍵詞：紅外遙控；多路監(jiān)測；系統(tǒng)擴(kuò)展；現(xiàn)場報警

0 引言
    智能防盜報警系統(tǒng)在維護(hù)國家、集體以及個人的財產(chǎn)安全上所發(fā)揮的作用越來越重要。因此，研究功能完善、性能穩(wěn)定、操作方便的智能防盜報警系統(tǒng)越來越成為人們關(guān)注的焦點。
    本文的設(shè)計主要基于遙控系統(tǒng)、紅外傳感器監(jiān)測報警系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)特點
    系統(tǒng)功能包括遙控系統(tǒng)功能及監(jiān)測報警系統(tǒng)功能兩部分。
    遙控系統(tǒng)由遙控器待機(jī)／解鎖鍵、數(shù)字鍵、操作鍵和功能鍵四部分組成。遙控器在超過一定時間沒有任何操作時，遙控鍵盤將被鎖定，數(shù)碼管顯示也被關(guān)閉，遙控系統(tǒng)進(jìn)入自動待機(jī)省電模式。這時，只有將兩個解鎖鍵同時按下才能將遙控鍵盤解鎖而重新正常工作。數(shù)字鍵包括數(shù)字0到9，用于報警電話號碼、密碼的輸入。
    操作鍵包括上翻鍵、下翻鍵、清除鍵、返回鍵、選擇鍵、主頁鍵。操作鍵的選擇鍵能夠進(jìn)行各級菜單和功能選擇；上翻鍵、下翻鍵能夠進(jìn)行各級菜單目錄和報警電話薄循環(huán)瀏覽；返回鍵能夠退回上一級所選的子目錄，直到主頁；主頁鍵能夠在任何菜單狀態(tài)下直接返回主頁。
    功能鍵包括菜單鍵、監(jiān)測布防／撤防鍵、系統(tǒng)開機(jī)／關(guān)機(jī)鍵。功能鍵能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測報警系統(tǒng)的報警電話編輯、添加與刪除，密碼設(shè)置與修改，監(jiān)測布防與撤防、系統(tǒng)開機(jī)與關(guān)機(jī)及短消息或者電話撥號遠(yuǎn)程報警方式選擇。
    遙控器發(fā)射的按鍵數(shù)據(jù)在軟件層進(jìn)行了幀協(xié)議封裝，在硬件層進(jìn)行了紅外發(fā)射、接收信號的調(diào)制解調(diào)，使遙控器能以較高可靠性進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，能夠進(jìn)行多路遙控。只要相同的接收系統(tǒng)支持，便能進(jìn)行多路遙控，因而可以方便地將諸多需遙控操作的設(shè)備用同樣的遙控器進(jìn)行統(tǒng)一管理。
    監(jiān)測報警系統(tǒng)能夠并行實時監(jiān)測及報警多路警情。警情定時采集頻率為1．67kHZ。各路警情能夠單獨監(jiān)測、報警。因此，具有良好的并發(fā)處理及實時處理性能。紅外信號調(diào)制解調(diào)實現(xiàn)了抗光照、溫度等環(huán)境干擾，日夜警情監(jiān)測?，F(xiàn)場報警電路在繼電器的控制下能夠發(fā)出高分貝的尖叫，以對盜竊者采取有效的制止措施。經(jīng)過系統(tǒng)三總線技術(shù)擴(kuò)展，監(jiān)測報警系統(tǒng)擁有32K的數(shù)據(jù)存儲器、大量的外部擴(kuò)展I／O口、液晶顯示等豐富的外設(shè)資源。擴(kuò)展的32K外部數(shù)據(jù)存儲器能夠與智能防盜報警設(shè)備通信系統(tǒng)實現(xiàn)大容量信息的通信，因而為擴(kuò)展警情圖像采集、存儲，GPRS彩信傳輸警情現(xiàn)場畫面功能提供了硬件系統(tǒng)支持。此系統(tǒng)具備快捷的遙控操作、方便的系統(tǒng)設(shè)置、可靠的警情監(jiān)測、實時的多路報警、豐富的外設(shè)資源、靈活的擴(kuò)展改裝等突出的特點。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    本系統(tǒng)硬件設(shè)計包括遙控系統(tǒng)和監(jiān)測報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計。遙控系統(tǒng)硬件設(shè)計由電源電路，矩陣鍵盤掃描電路，待機(jī)、解鎖電路，紅外無線傳輸發(fā)射電路，數(shù)碼管顯示電路組成；監(jiān)測報警系統(tǒng)硬件主要進(jìn)行了系統(tǒng)各模塊警情監(jiān)測、系統(tǒng)擴(kuò)展、液晶顯示、現(xiàn)場報警、紅外遙控接收等模塊以及系統(tǒng)整體硬件電路的設(shè)計。
2．1 系統(tǒng)硬件總架構(gòu)
    智能防盜報警設(shè)備由遙控系統(tǒng)、監(jiān)測報警系統(tǒng)、單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)、液晶顯示及報警通信系統(tǒng)五部分組成。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2．2 紅外遙控模塊
    紅外遙控器采用AT89C52RC單片機(jī)進(jìn)行控制。硬件由遙控鍵盤掃描電路、單片機(jī)待機(jī)解鎖電路、電源電路、數(shù)碼管鍵值顯示電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路以及紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路組成。
    遙控器的工作原理主要包括：遙控鍵值由矩陣鍵盤掃描電路捕獲讀入；通過軟件消除按鍵抖動并對長按鍵復(fù)用進(jìn)行識別；獲取鍵值后按照自定義的無線傳輸協(xié)議進(jìn)行幀封裝；將幀信號進(jìn)行38kHz調(diào)制；啟動發(fā)射程序發(fā)射紅外調(diào)制信號；遙控數(shù)據(jù)發(fā)送完成應(yīng)答；將發(fā)射數(shù)據(jù)顯示至數(shù)碼管，并且進(jìn)行重復(fù)發(fā)射數(shù)據(jù)識別和特別顯示；啟動遙控器進(jìn)行空閑監(jiān)視，計數(shù)超時則自動進(jìn)入待機(jī)省電模式；等待解鎖中斷恢復(fù)正常工作。如圖2所示，遙控鍵盤掃描電路、遙控待機(jī)／解鎖電路、電源電路、數(shù)碼管鍵值顯示電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路以及紅外發(fā)射電路組成了完整的遙控器電路。

2．3 系統(tǒng)擴(kuò)展模塊
    監(jiān)測報警系統(tǒng)采用AT89C52RC單片機(jī)，片內(nèi)擁有8K ROM。本設(shè)計采用全譯碼方式編址，擴(kuò)展了32K的數(shù)據(jù)存儲器RAM。擴(kuò)展電路如圖3所示。

    此外，通過74LS573鎖存器擴(kuò)展了大量的I／O口。為了節(jié)省邏輯門器件，在高32K字節(jié)地址中采用部分譯碼方式編址，部分譯碼由P2．6、P2．5、P2．4通過譯碼器74LS138進(jìn)行地址譯碼。
2．4 紅外收發(fā)模塊
    紅外發(fā)射電源電路如圖4所示，其發(fā)射由信號端IR S控制，IR S為高電平時紅外發(fā)射管IR關(guān)斷，為低電平時IR導(dǎo)通發(fā)射紅外波。在IR S端加載38kHz方波信號便能對紅外發(fā)射波進(jìn)行頻譜調(diào)制。38kHz調(diào)制方波采用硬件設(shè)計方案產(chǎn)生。由555定時器設(shè)計的多諧振蕩電路獲得。EN端控制方波信號的產(chǎn)生和停止。EN=1，電路正常工作，38K S端產(chǎn)生38kHz方波信號。EN=0，38K S端只輸出高電平。

    紅外接收傳感器能夠感應(yīng)紅外發(fā)射傳感器發(fā)射的紅外光，并產(chǎn)生對應(yīng)的電信號。紅外接收模塊由紅外接收管、前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、整形電路和輸出放大電路組成。由于紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此要增加高增益放大電路。紅外接收傳感器的電路如圖5所示，當(dāng)紅外接收傳感器感應(yīng)到經(jīng)38kHz調(diào)制的紅外光波時輸出低電平，否則輸出高電平。

2．5 傳感器信號處理
    傳感器信號處理包括監(jiān)測區(qū)域調(diào)節(jié)和多路并行實時監(jiān)測。每個紅外發(fā)射傳感器以60張角發(fā)射紅外信號，當(dāng)紅外接收傳感器在其發(fā)射區(qū)域時，能夠進(jìn)行有效檢測?，F(xiàn)場環(huán)境中需要合理地分配傳感器發(fā)射和接收的位置。本設(shè)計通過用7420與門芯片對多路信號進(jìn)行硬件并行處理，可以根據(jù)實際情況加入紅外發(fā)射和接收傳感器進(jìn)行并行監(jiān)測。加大監(jiān)測區(qū)域和排除監(jiān)測盲區(qū)。
    警情信號由擴(kuò)展的外部I／O讀入。外部I／O口的設(shè)計采用數(shù)據(jù)總線采集方案，端口地址與外部數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一尋址，使用與外部數(shù)據(jù)存儲器同樣的指令來方便讀寫。每次讀寫為兩個指令周期，能快速實時地從擴(kuò)展外部I／O讀入多路警情信號，并行采集到的警情數(shù)據(jù)通過位循環(huán)移位測試方式掃描多路警情信號。警情分析采用統(tǒng)計判決波消除毛刺，提高了監(jiān)測可靠性。某路警情發(fā)生并觸發(fā)報警執(zhí)行后，其它各路監(jiān)測信號繼續(xù)實時掃描監(jiān)測，并發(fā)性能良好。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)圖由遙控子系統(tǒng)和監(jiān)測報警子系統(tǒng)組成。遙控系統(tǒng)軟件設(shè)計包括矩陣鍵盤按鍵捕獲掃描程序、鍵盤消抖和復(fù)用程序、紅外發(fā)射信號調(diào)制程序、休眠喚醒觸發(fā)及處理程序、按鍵顯示程序等。監(jiān)測報警系統(tǒng)軟件設(shè)計包括中斷管理程序、紅外遙控接收程序、時鐘及延時管理程序、外擴(kuò)I／O端口的位、字節(jié)讀寫程序、ME卡的NVRAM讀寫程序、警情監(jiān)測程序、現(xiàn)場報警控制程序、遠(yuǎn)程通信報警觸發(fā)程序、液晶顯示驅(qū)動程序、遙控操作調(diào)度程序等。
    本系統(tǒng)涉及的中斷事件有遙控系統(tǒng)的待機(jī)、解鎖中斷、遙控紅外發(fā)射脈沖定時中斷、紅外信號方波調(diào)制定時中斷，以及監(jiān)測報警系統(tǒng)的警情采樣中斷、紅外遙控接收中斷、UART通信接收中斷、UART通信發(fā)送中斷、開機(jī)、關(guān)機(jī)中斷等組成。
3．1 紅外數(shù)據(jù)收發(fā)程序
    本系統(tǒng)設(shè)計采用紅外傳輸技術(shù)，通過單片機(jī)定時器設(shè)計紅外38kHz調(diào)制載波，然后對遙控器和主控系統(tǒng)分別設(shè)計傳輸收發(fā)協(xié)議。收發(fā)協(xié)議定義流程圖如圖6所示。

3．2 監(jiān)測報警功能程序
    圖7所示為監(jiān)測報警系統(tǒng)的軟件流程圖。警情監(jiān)測采用系統(tǒng)中斷最高優(yōu)先級進(jìn)行定時警情采樣，在初步監(jiān)測到警情后采取干擾消除措施進(jìn)一步分析，當(dāng)確認(rèn)警情發(fā)生后將該路警情登記到警情管理變量中。同時觸發(fā)現(xiàn)場報警和遠(yuǎn)程報警。

4 系統(tǒng)仿真
    完整系統(tǒng)仿真電路由PROTEUS軟件設(shè)計。仿真電路能夠?qū)Τb控發(fā)射調(diào)制解調(diào)電路和傳感器監(jiān)測電路外的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方案進(jìn)行測試和調(diào)試。系統(tǒng)整體仿真電路如圖8所示。

5 結(jié)束語
    本文敘述了一個紅外遙控器和多路防盜監(jiān)測報警系統(tǒng)的設(shè)計，此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控器對防盜監(jiān)測報警系統(tǒng)報警電話的編輯、添加、刪除及全部刪除，短消息或電話撥打遠(yuǎn)程無線報警方式選擇，防盜監(jiān)測布防及撤防，系統(tǒng)啟動及關(guān)閉以及用戶操作權(quán)限的密碼管理功能。
    報警、豐富的外設(shè)資源、智能的系統(tǒng)診斷、靈活的擴(kuò)展改裝是本系統(tǒng)的主要優(yōu)點。本系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性、實時性、并發(fā)處理性、節(jié)能性等指標(biāo)測試中均達(dá)到了滿意的效果，具備了運用于實際防盜報警場合的價值和最終面向產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)勢。