基于RS485總線的智能小區(qū)周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)居家的概念已從最初滿足簡(jiǎn)單的居住到注重對(duì)住宅的人性化需求，如安全、舒適、快捷、方便的智能小區(qū)，其中安全性是智能小區(qū)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。智能小區(qū)的安防系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保護(hù)小區(qū)居民生命和財(cái)產(chǎn)安全的職責(zé)，由周界防越報(bào)警、視頻監(jiān)控、電子巡查、可視對(duì)講、出入口控制、停車場(chǎng)管理等子系統(tǒng)組成，其中周界防越報(bào)警子系統(tǒng)是整個(gè)智能小區(qū)安防系統(tǒng)的核心之一。

2.智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)概述

智能化住宅小區(qū)周界防越系統(tǒng)是為了防止有人從非法入口擅自闖入小區(qū)，以避免各種潛在的危險(xiǎn)。為了對(duì)小區(qū)的周界進(jìn)行安全防范，防止圍墻或柵欄有可能受到破壞及非法翻越，提高周邊的安全防范的可靠性，縮短發(fā)現(xiàn)非法入侵的時(shí)間，保證小區(qū)內(nèi)各住戶的財(cái)產(chǎn)及人身安全，根據(jù)小區(qū)周邊地形及探測(cè)器功能安裝紅外對(duì)射探測(cè)器、震動(dòng)探測(cè)器、光電對(duì)射探測(cè)器。當(dāng)有人企圖非法穿越小區(qū)周界時(shí)，報(bào)警探測(cè)器就會(huì)有信號(hào)輸出，經(jīng)監(jiān)控模塊將報(bào)警信號(hào)傳送至小區(qū)管理中心的監(jiān)探網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，并在監(jiān)控主機(jī)的電子地圖上顯示出報(bào)警的地點(diǎn)信號(hào)，通知值班人員及時(shí)采取制止入侵的措施，從而完成周邊防越報(bào)警。系統(tǒng)主要包含的功能主件有：報(bào)警探測(cè)器，報(bào)警控制器和報(bào)警信息處理中心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1 探測(cè)器

探測(cè)器是整個(gè)系統(tǒng)的眼，鼻，用來(lái)感知外界的信息，將其轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，向報(bào)警控制器傳遞[2].探測(cè)器的種類繁多，功能各異，住宅報(bào)警系統(tǒng)中常用的探測(cè)器有：紅外對(duì)射探測(cè)器、振動(dòng)探測(cè)器、光電對(duì)射探測(cè)器。紅外對(duì)射探測(cè)器利用紅外線經(jīng)LED紅外光發(fā)射二極體，再經(jīng)光學(xué)鏡面做聚焦處理使光線傳至很遠(yuǎn)距離，由受光器接受。當(dāng)光線被遮斷時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào);震動(dòng)探測(cè)器是以偵測(cè)物體振動(dòng)來(lái)報(bào)警的探測(cè)器，可預(yù)置在墻體中在非法人員通過(guò)鑿墻、挖洞時(shí)發(fā)出報(bào)警，可以通過(guò)非法人員產(chǎn)生的震動(dòng)發(fā)出報(bào)警;光電對(duì)射探測(cè)器由發(fā)射器和接收器組成，通過(guò)發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)非法人員經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之前阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)發(fā)出報(bào)警。當(dāng)報(bào)警控制器與探測(cè)器通常地理位置較近，可以用普通的兩芯線或四芯線等進(jìn)行連接。

2.2 報(bào)警控制器

報(bào)警控制器的作用是對(duì)探測(cè)器傳來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析、判斷和處理。首先控制器將采集各輸入端口的開(kāi)關(guān)量，利用比較器將其轉(zhuǎn)換為0、1狀態(tài)信號(hào)，然后與初始狀態(tài)比較，判斷是否處于報(bào)警狀態(tài)，并按照一定的協(xié)議向封裝報(bào)警數(shù)據(jù)，發(fā)送給報(bào)警信息處理中心，通知保安采取緊急措施。

2.3 報(bào)警信息處理中心

報(bào)警信息處理中心的任務(wù)是對(duì)小區(qū)內(nèi)各報(bào)警控制器發(fā)送的報(bào)警信息進(jìn)行處理，它的主要功能包括自定義通訊協(xié)議的解釋，在電子地圖上顯示報(bào)警詳細(xì)信息，記錄報(bào)警來(lái)源和應(yīng)警情況，查詢歷史報(bào)警信息，進(jìn)行系統(tǒng)信息管理等。小區(qū)保安人員根據(jù)報(bào)警信息，可以迅速獲取報(bào)警地點(diǎn)、類型、周圍環(huán)境等信息，采取緊急措施確保智能小區(qū)住戶人身和財(cái)產(chǎn)安全。

2.4 報(bào)警信息傳輸協(xié)議

報(bào)警信息傳輸協(xié)議的選擇是保證報(bào)警信息在網(wǎng)絡(luò)中盡可能實(shí)時(shí)、可靠地傳輸?shù)年P(guān)鍵所在，電話線聯(lián)網(wǎng)方式運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高、聯(lián)網(wǎng)速度慢[3];固然TCP/IP報(bào)警聯(lián)網(wǎng)方式具備安裝靈活、方便快捷、穩(wěn)定性及可靠性高的優(yōu)勢(shì)，然而TCP/IP報(bào)警現(xiàn)在多使用于居民小區(qū)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式接入也多使用于某些住戶已裝修好不方便另外布線的區(qū)域，這種網(wǎng)絡(luò)方式易受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，容易泄露報(bào)警信號(hào)，因此目前國(guó)內(nèi)仍以專用總線制居多。

3.設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)利用單片機(jī)芯片AT89S52開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于RS485總線的智能小區(qū)周界防盜報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的單片機(jī)芯片造價(jià)低，擴(kuò)展后前端有32個(gè)防區(qū)，完全能滿足一個(gè)中小規(guī)模高端智能小區(qū)防盜報(bào)警系統(tǒng)功能上的要求，實(shí)現(xiàn)與目前市場(chǎng)上采用的XI7400報(bào)警主機(jī)相同的功能;該系統(tǒng)中前端報(bào)警信號(hào)通過(guò)RS485總線傳輸至報(bào)警信息處理中心，報(bào)警信號(hào)傳輸速率快，不容易受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，安全性獨(dú)立性好;該系統(tǒng)中報(bào)警信息處理中心報(bào)警信息的顯示采用模擬地圖的方式實(shí)現(xiàn)，更加經(jīng)濟(jì)直觀。結(jié)合智能小區(qū)周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范以及安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，設(shè)計(jì)思路如下：

3.1 基于RS485總線的周界防越報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)小區(qū)周界地形及區(qū)域功能性要求選用紅外對(duì)射探測(cè)、震動(dòng)探測(cè)器以及光電對(duì)射探測(cè)器，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)傳入時(shí)，由掛在紅外上面的下位機(jī)AT89S52識(shí)別防區(qū)地址，下位機(jī)AT89S52通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)被定義為單防區(qū)、雙防區(qū)和八防區(qū)。再通過(guò)前端發(fā)送器MAX485轉(zhuǎn)換模塊接入RS485總線，信號(hào)通過(guò)RS485總線接入總控室，再通過(guò)后端接收器MAX485轉(zhuǎn)換模塊接收到信號(hào)，將信號(hào)傳送給上位機(jī)AT89S52,上位機(jī)AT89S52接收信號(hào)并判斷地址，控制其后端對(duì)應(yīng)的的發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出響聲提 醒管理官員，上位機(jī)根據(jù)所給的信號(hào)地址依次對(duì)應(yīng)防區(qū)上的模擬地圖(模擬地圖與所對(duì)應(yīng)防區(qū)事先對(duì)應(yīng))進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)光，管理員可根據(jù)發(fā)光管的提示知道是哪個(gè)防區(qū)有報(bào)警，即可采取相應(yīng)措施。經(jīng)過(guò)硬件的調(diào)試，只要前段探測(cè)器探測(cè)到報(bào)警信號(hào)，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，因?yàn)椴捎肦S485傳輸不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)病毒的影響，因此不容易產(chǎn)生漏報(bào)警的情況。此外采用RS485總線方式傳輸可以達(dá)到1.2km,超過(guò)距離也可通過(guò)添加中繼器加以擴(kuò)充，有效增加了所涉及的范圍。RS485總線只有2根傳輸線敷設(shè)方便，且添加終端電阻后干擾較小，所以本次設(shè)計(jì)研究具有實(shí)用性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3.2 后端顯示擴(kuò)展

AT89S52作為上位機(jī)時(shí)只有四個(gè)接口可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管和蜂鳴器等報(bào)警輸出，可實(shí)現(xiàn)24路防區(qū)的報(bào)警顯示，若小區(qū)中報(bào)警點(diǎn)位多的話后端報(bào)警輸出點(diǎn)位必然不夠，因此需要擴(kuò)展，我們采用的是利用單片機(jī)與74HC595等若干芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。

3.3 報(bào)警信息處理中心模擬地圖

設(shè)計(jì)制作模擬地圖，將各個(gè)防區(qū)對(duì)應(yīng)報(bào)警點(diǎn)位都布置到模擬地圖上，上位機(jī)根據(jù)所給的信號(hào)地址依次對(duì)應(yīng)防區(qū)上的模擬地圖(模擬地圖與所對(duì)應(yīng)防區(qū)事先對(duì)應(yīng))進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器也會(huì)發(fā)出提示音提示險(xiǎn)情，當(dāng)管理人員排除險(xiǎn)情后才能停止報(bào)警。

4.具體的實(shí)現(xiàn)電路

4.1 前端報(bào)警信號(hào)傳輸與后端顯示電路

下位機(jī)AT89S52單片機(jī)P1口接主動(dòng)/被動(dòng)紅外探測(cè)，單片機(jī)識(shí)別的語(yǔ)言是高級(jí)語(yǔ)言，即二進(jìn)制。因此直接根據(jù)紅外是否被出發(fā)作為二進(jìn)制的開(kāi)關(guān)量對(duì)前端的防區(qū)進(jìn)行定義。當(dāng)單片機(jī)AT89S52接收到紅外傳來(lái)的信號(hào)時(shí)，單片機(jī)用TXD、RXD端口將信號(hào)通過(guò)MAX485芯片的DI、RO接入到RS485的A、B總線上面，后端同樣通過(guò)MAX485芯片A、B接收信號(hào)通過(guò)DI、RO接入到AT89S52單片機(jī)的TXD、RXD進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端地址的識(shí)別。

下位機(jī)AT89S52通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)可定義為單防區(qū)、雙防區(qū)以及八防區(qū)模塊，上位機(jī)AT89S52先根據(jù)前兩位用來(lái)判斷防區(qū)類型，再通過(guò)后六位來(lái)判斷防區(qū)地址，后端上位機(jī)AT89S52接收到前端防區(qū)來(lái)的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，控制相應(yīng)防區(qū)地址的報(bào)警輸出光電二極管和蜂鳴器。后端接收的單片機(jī)RET端口接復(fù)位電路，當(dāng)檢查報(bào)警完畢之后管理員可按下復(fù)位按鈕復(fù)位，重新進(jìn)行下一輪的監(jiān)控，硬件接線如圖3所示。

4.2 后端顯示電路擴(kuò)展

485總線方式的有效傳輸距離為1.2km,防區(qū)可擴(kuò)展到24路，一般的編譯碼器可實(shí)現(xiàn)8路防區(qū)的報(bào)警顯示，為了能有效地?cái)U(kuò)展，在此課程設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)并利用74HC595芯片對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，如圖4所示，可以擴(kuò)展到128路。

擴(kuò)展芯片74HC595的11、12、13腳分別對(duì)應(yīng)互接，為了進(jìn)行擴(kuò)展，前一個(gè)芯片的9腳連接下一個(gè)芯片的14腳，便可進(jìn)行擴(kuò)展。

5.通訊模式

本系統(tǒng)利用單片機(jī)的串行口實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)之間的多機(jī)通信模式，由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)常常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)，在由多個(gè)單片機(jī)組成的本系統(tǒng)中，只有上位機(jī)單片機(jī)是主機(jī)，其余作為單防區(qū)、雙防區(qū)、八防區(qū)地址模塊的下位機(jī)都是從機(jī)，單片機(jī)的多機(jī)通信在通信過(guò)程中需要完成三部分的內(nèi)容。

5.1 地址識(shí)別過(guò)程

在這一過(guò)程中主機(jī)發(fā)送的信息需要所有的從機(jī)都能接受，在設(shè)置串行口模式時(shí)，除從機(jī)要設(shè)置成多機(jī)通信模式，即SM2=1外，主機(jī)發(fā)送信息的第9位數(shù)據(jù)必須為“1”,即TB8=1.這是因?yàn)樵诙鄼C(jī)通信模式下，從機(jī)只有接受到的第9個(gè)數(shù)據(jù)為“1”,才會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)設(shè)置成有效，否則將視為無(wú)效數(shù)據(jù)將其丟棄。

5.2 數(shù)據(jù)通信過(guò)程

當(dāng)主機(jī)與從機(jī)建立起聯(lián)系后，接下來(lái)的工作就是數(shù)據(jù)通信，為了能夠很好地完成數(shù)據(jù)傳送，一般情況下，這時(shí)的主機(jī)與需要通信的從機(jī)都要設(shè)置為單機(jī)通信模式，并且在整個(gè)通信過(guò)程中，通信的雙方都要保持發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位為0,防止其他的從機(jī)接受數(shù)據(jù)。

5.3 數(shù)據(jù)通信結(jié)束過(guò)程

當(dāng)某一前端報(bào)警信息上傳完畢后，即主機(jī)與此從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，要將從機(jī)重新設(shè)置回多機(jī)通信模式，以便相應(yīng)下一輪監(jiān)控。例如在本系統(tǒng)中單防區(qū)從機(jī)的地址為51H,當(dāng)主機(jī)呼叫該機(jī)時(shí)，開(kāi)始數(shù)據(jù)通信：主機(jī)發(fā)送命令，從機(jī)接受到命令后向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，恢復(fù)從機(jī)的多機(jī)通信模式。

6.結(jié)束語(yǔ)

智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)是智能小區(qū)安防系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)的完善與否也已成為衡量智能小區(qū)安防系統(tǒng)性能指標(biāo)的重要依據(jù)。作者認(rèn)為各智能小區(qū)可根據(jù)各自的規(guī)模大小選擇周界防越系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，綜合考慮技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性及經(jīng)濟(jì)上的可行性，選擇適合自己的解決方案，對(duì)于中小規(guī)模高端智能小區(qū)而言本文提供的智能小區(qū)周界防越系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案既滿足了功能性要求又滿足了經(jīng)濟(jì)性要求，可供大家參考。