安防報警系統(tǒng)的設(shè)計與分析

金 熠，肖藝鋒，宋宗峰，劉素梅

(廣州工商學(xué)院，廣東 佛山 528000)

0 引言

在智能化系統(tǒng)中，與居民日常生活安全問題最息息相關(guān)的就是安防報警系統(tǒng)，它是以保障生命財產(chǎn)安全為目的建立起來的系統(tǒng)。本文所設(shè)計的安防報警系統(tǒng)集紅外傳感器信號監(jiān)測、傳輸、處理為一體，運用時下新興技術(shù)，可以用來解決家庭防盜安全問題，增加了住戶的安全感，從而提高生活質(zhì)量。此系統(tǒng)具有很大的市場潛力和應(yīng)用價值，在未來的發(fā)展中具有很好的發(fā)展前景。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

從全球安防行業(yè)的市場結(jié)構(gòu)看，其主要分為實體安防和信息技術(shù)安防兩個板塊。家用安防系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了從復(fù)雜得多線型安防系統(tǒng)、采用微處理器控制的總線型安防系統(tǒng)到使用先進(jìn)計算機控制技術(shù)的智能型安防系統(tǒng)，系統(tǒng)的靈敏性和可靠性都在逐步提高，適用的環(huán)境也越來越多。

20世紀(jì)50—70年代，國外一些較發(fā)達(dá)的國家研制出了相關(guān)的ADEMCO、VICON等視頻圖像技術(shù)，隨著計算機數(shù)字技術(shù)、生物識別技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，安防報警系統(tǒng)得到快速發(fā)展，如用于家居方面的歐洲占主導(dǎo)地位的樓宇自動化和家庭自動化標(biāo)準(zhǔn)、國際通用的智能家居電力載波協(xié)議X-10等，西門子公司推出了Guarto Easy新型安全防范系統(tǒng)，將聲光、防火防盜等多種技術(shù)融合[1]。

智能安防報警系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展開始于20世紀(jì)90年代，根據(jù)最新智研咨詢發(fā)布的《2020—2026年中國智能安防行業(yè)發(fā)展動態(tài)分析及未來發(fā)展前景報告》數(shù)據(jù)顯示[2]：在國家政策的大力支持下，全民安防理念已經(jīng)基本形成，民眾對安防的意識有所提高，隨著5G超高速、低延遲等優(yōu)勢以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)、國內(nèi)芯片技術(shù)的成熟，智能安防監(jiān)控設(shè)備的成本逐年下降，智能安防民用市場成為未來商家爭奪方向。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的安防報警系統(tǒng)利用AT89C51單片機，采用HR-SR501人體感應(yīng)模塊和ZigBee技術(shù)。當(dāng)有人闖入時，單片機接收到來自人體感應(yīng)模塊的高電平脈沖,將這些數(shù)據(jù)傳送到CC2530模塊，CC2530模塊利用ZigBee無線通信完成發(fā)送給用戶手機信息，同時激發(fā)聲光報警電路。本設(shè)計一般設(shè)置在窗邊、門邊等可限制人員流動的地方。

系統(tǒng)由AT89C51單片機、CC2530、HR-SR501傳感模塊、聲光報警模塊及其他軟件系統(tǒng)組成，以下為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和主要電路圖(見圖1—2)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 主要電路圖

2.1 系統(tǒng)相關(guān)硬件分析

2.1.1 人體感應(yīng)模塊

相比其他感應(yīng)模塊，選用HC-SR501人體感應(yīng)模塊，其可調(diào)節(jié)的靈敏度可以避免靈敏度過高或過低對系統(tǒng)造成干擾，該模塊采用全自動感應(yīng)，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍時則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。模塊內(nèi)選用熱釋電紅外傳感器，其LHI778熱釋紅外探頭利用溫度變化的特征來探測紅外線的輻射，采用雙靈敏元互補的方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，具有高靈敏度和優(yōu)越的信噪比，抗干擾能力強，對7～20 μm波長范圍的紅外線比較靈敏。人的體溫一般為37℃，此時輻射最多的紅外線波長為10 μm。LHI778熱釋紅外傳感器內(nèi)部含兩個反極性串聯(lián)的探測元件，并在探測元件前設(shè)有一個菲涅爾透鏡，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，再與放大電路配合將信號放大70 db以上，轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。人一旦侵入探測范圍內(nèi)(即避障區(qū)外)，熱輻射能量發(fā)生改變，隨之信號發(fā)生強弱變化，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號放大處理后而發(fā)生報警。

2.1.2 CC2530微控制器

CC2530微控制器是比較常用的Zigbee芯片，內(nèi)含有Zigbee模塊，Zigbee技術(shù)是一種新型的短距離無線通信技術(shù)[3]，具有自組網(wǎng)、低成本、低功耗、低延時等特點。擁有良好的射頻收發(fā)性能，具有更強的抗干擾性。

2.1.3 聲光報警部分

采用555定時器聲光報警電路，其電路含兩個定時器，可實現(xiàn)異步工作，在電路激發(fā)后指示燈閃爍，同時蜂鳴器發(fā)出間隙的鳴叫。

2.2 軟件實現(xiàn)相關(guān)程序分析

按上述工作原理和相關(guān)硬件分析，本文所設(shè)計的安防報警系統(tǒng)的主程序工作流程圖如圖3所示。

程序?qū)崿F(xiàn)的功能是當(dāng)有人員闖入或越過到達(dá)檢測范圍時，LHI778熱釋紅外探頭即可感知到人體溫度，單片機監(jiān)測到傳感器傳送來的脈沖信號，經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路，警報可通過手動停止的方法停止，程序可循環(huán)工作，等待下次信號來時報警系統(tǒng)持續(xù)工作。

圖3 主程序工作流程圖

3 結(jié)語

本文設(shè)計的安防報警系統(tǒng)可作為智能陪護(hù)系統(tǒng)的補充，實現(xiàn)了對人群的保護(hù)，提高了使用者的安全感，能在發(fā)生盜竊等意外情況下及時通知用戶，從而把損失降到最低。但由于該系統(tǒng)選用HR-SR501人體感應(yīng)模塊，其模塊采用雙元探頭，當(dāng)人從正面或在垂直面移動使，雙元檢測不到紅外光譜變化，感應(yīng)會不靈敏，因此安裝感應(yīng)器時要與人活動多的地方平行，同時應(yīng)盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的棱鏡，以免干擾信號產(chǎn)生誤動作。

系統(tǒng)選用的被動式熱釋電紅外探頭本身不發(fā)射任何類型的輻射，器件功率很小，運用在居家環(huán)境中可減少對使用者的輻射影響。之后可將系統(tǒng)結(jié)合ZigBee協(xié)議來發(fā)送用于紅外安全檢測數(shù)據(jù)的系統(tǒng)方案，將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端，例如APP、WEB、小程序，抑或是可以通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，騰訊物聯(lián)等云進(jìn)行軟件上的處理。