家庭防火防盗报警系统设计

论文题目： 所属系部：

指导教师：学生姓名：

专 业：

家庭防火防盗报警系统设计

电子工程系 李万军 职 称 ： 讲师

雷艳 学 号: 08204105 楼宇智能化工程技术

西安航空职业技术学院制

西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书

题目： 家庭防火防盗报警系统 任务与要求：

1：了解自动剪板机工作过程及工作原理。 2：掌握51单片机及接口电路。 3：查阅并收集相关资料。 4：画出硬件电路及完成调试。

时间：2010 年 10 月08 日 至 2010 年 10 月 10 日 共 8 周 所属系部： 电子工程系 学生姓名： 雷艳 专 业： 楼宇智能化工程技术 指导单位或教研室： 指导教师： 李万军

职 称： 讲师

西安航空职业技术学院制

学 号：08204105

目录

摘要：............................................................................................................................ 4 Abstract: ......................................................................................................................... 5 1绪论............................................................................................................................. 6 2系统硬件设计............................................................................................................. 8

2.1 传感器检测电路.............................................................................................. 9 2.2 DTMF拨号电路 ............................................................................................ 11 2.3 语音报警电路................................................................................................ 11 3系统软件设计........................................................................................................... 11

摘要：

根据目前家用防火防盗报警系统现状以及所存在的主要问题，介绍了一种基于公用电话网的家庭智能防火防盗报警系统。系统采用烟雾传感器、温度传感器、远红外线传感器、微波传感器和一氧化碳探测器集作为检测元件，以单片机作为控制核心，利用DTMF信号收发芯片、集成语音芯片等完成智能报警功能。多传感器的综合使用实现了低误报率，增强了系统的可靠性。

关键词：防火；防盗；传感器；报警系统。

Abstract:

According to the present household fire anti-theft alarm system present situation and the main problem existed, this paper introduces a kind of intelligent based on PSTN family fire anti-theft alarm system. System adopts smoke sensor, the temperature sensor, far infrared sensors, microwave sensors and carbon monoxide detectors set as the test components, with single chip microcomputer as control core, using DTMF signal transceiver chip, integrated pronunciation chip finish intelligent alarm function. Multi-sensor integrated use realize low misstatement rate, strengthen the system reliability.

Keywords: fire, guard against theft, sensors, alarm system

1绪论

随着经济的发展，生活水平的日益提高，人们对居住环境的要求也日渐提高，希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。家庭防火防盗问题就成为人们极为关心的问题。近年来，防火防盗报警装置已成为银行、商店、办公室、居民区、宾馆、库房、住宅等场所普遍应用的设备，为维护社会治安、保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用。但是由于经济、技术的各种原因，目前防火防盗报警系统设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上面还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报。报警系统不动作、误动作率比较高。

正是基于目前这种现状，本文提出一种基于公用电话网，多传感器综合应用的新型家庭防火防盗智能报警系统的设计思想。该系统是以烟雾传感器、温度传感器、远红外线传感器、微波传感器和CO传感器为检测元件，以89C51单片机为控制核心，组成的一种自动防火防盗报警系统。它可以通过多种方式进行报警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。系统有两种报警类型，即火灾报警和非法侵入报警（盗情）。系统采用多传感器电路检测火灾的发生和人体侵入，一旦出现火灾或是出现非法侵入，传感器检测电路发出信号，向单片机申请中断，单片机响应中断后，启动自动拨号电路，根据报警类型的不同拨打不同的电话号码，发送不同的报警信息。比如，到发生非法侵入的时候，系统自动拨打110，并在确认对方已摘机的情况下，启动语音报电路，报出非法入侵现场位置等信息。同时，还可以拨打用户事先预置的电话、手机等，直接向用户报警。这些报警信息的内容和电话号码可以由用户自己设置、存储，还可以随时修改。发生火灾的处理方式与此类同。本系统与电话机并联，只在报警期间占用电话线路，报警结束后与电话线路脱离，不影响电话的正常使用。

1.1 智能建筑的特点

1、节能。这主要是通过BA系统来实现的。以现代化的大厦为例，空调和照明系统的能耗很大，约占大厦总能耗的70%，在满足使用者对环境要求的前提下，智能建筑能通过其“智慧”尽可能利用自然气候来调节室内温度和湿度，以最大限度减少能源消耗。如按事先确定的程序，区分“工作”和“非工作”时间、午间休息时间，部分区域降低室内照度和温、湿度控制标准；下班后，再降低照度和温、湿度或停止照明及空调系统。

2、能满足多种用户对不同环境功能的要求。老式建筑是根据事先给定的功能要求来完成其建筑和结构设计的，要更换其使用功能，比较困难。智能建筑则

是通过BA、OA、CA系统的设置，允许用户迅速而方便地改换建筑物内的使用功能或重新规划作用面积。办公室所必须的通讯和电力供应也具有极大的灵活性。在室内分布着多种标准化的弱电和强电插座，只要改变跳接线方式，就可快速改变插座功能。例如，变普通电话为计算机通讯接口等。

3、提供现代化的通讯手段和办公条件。这主要是通过OA、CA共同实现的。在智能建筑中，用户通过国际电话、电子邮件、电视会议、信息检索等多种手段可及时获得全球性金融商贸情况、科技情报及各种数据库系统中的最新信息。通过国际互联通信网络（英特网），可随时与世界各地的企业或机构进行商贸洽谈等业务活动。这就是现代化的公司或机构竞争租用或购买智能大厦原因之一。 4、能创造安全、有利于健康的办公环境。这主要是通过BA系统来实现的。现在，有些大厦的中央空调系统不符合卫生要求，往往成为传染疾病的媒介。智能大厦的空调系统能监测出空气中的有害污染物含量，并能自动消毒。智能建筑的防火自动化FA和保安自动化系统SA则为大厦提供了一个安全、可靠的办公环境。因此，智能建筑也被称作是一座“安全健康型建筑”。

1.2家庭安防系统介绍

随着住能建筑的发展，人们关心的问题也越来越多，如防火防盗成了现代人关心的首要问题。

当我们遇到突发事件、如火灾，铁窗防盗网对救援及逃生带来很大的影响。选择安全可靠、使用方便、功能齐全的防盗报警产品，已经成为现代生活的必备。提供智能防盗报警系统利用成熟的微电脑控制技术，采用普通电话线传输报警信号，将防盗、防火、防有害气体、抗暴、防劫、急病求救、现场报警、无线报警等众多功能，积于一体。

需要外出时，您只需按下手中的遥控器，报警系统就会自动进入防盗状态。期间如有歹徒企图打开门窗，就会触发门磁感应器；假如非法之徒从阳台闯入，厅内的红外线探测器出会马上检测到有非法入侵者。这时，报警主机会发出报警声，尖锐的报警声可把歹徒吓得落荒而逃,同时引起邻居、保安的注意。同时，通过电话线将警情报告给数个指定电话（如接警中心、保安部、居委会或亲友等），在几秒内收到报警信息后，您也可以对家里情况进行异地监听，迅速采取应对措施，让歹徒得到相应的制裁，保障您财产和生命的安全。

当外出或正熟睡时，忽然电线短路发生火灾。当烟火刚刚起时，烟雾探测器就会探测到，即发出警报声，提醒室内人员，并同自动通过电话对外报警，以便迅速及时处理，使您免遭损失。又如果煤气发生泄露，防有害气体探测器将马上发出警报声，并自动启动排风扇，避免室内人员发生不测。 当在家中不幸遇到抢劫，或者家人身体不适，无法拨打电话，您只需按下手中的遥控器或把倒地求

救器碰倒，即可通过电话在几秒内对外报警求救，获得最快支援。

家庭报警功能是家庭智能控制器的一个重要功能模块，同家庭的各种传感器、功能按键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系，是家庭安防体系的\"大脑\"。报警功能包括防火、防盗、天然气泄露报警及紧急呼叫等功能；采用先进智能型控制网络技术、由微机管理控制，当用户出现意外情况时，按动家庭智能控制器上的不同按键，即可通过网络及时传送至小区管理中心，并发送出报警语音信息；配合红外、瓦斯烟雾、医疗等传感器，集有线和无线报警于一体，紧急启动喇叭现场报警，并将警报传至小区管理中心，实现对匪情、盗窃、火灾、煤气、医疗等意外事故的自动报警。

2系统硬件设计

本系统有安防控制主机，各种报警探头和按钮、以及服务器和相关的软件组成。下面就一些重要元器件予以介绍：

控制主机：可接收来自各报警探头和按钮发来的开关信号，将报警信号通过电话线对外发送出。它由微电脑控制器，内置电话线防剪感应器、内置喇叭等组成。

门磁：是利用一对磁控开关，一旦安装于门框上的磁控开关错位离开，则立即发出报警信号。主要用于当门及保险柜等门框结构的物品被撬时，门磁立即发出报警信号。

红外探头: 采用了先进的脉冲计数技术，大大降低了误报率；并且有低压显示功能。主要用于非法歹徒入侵时空间探测报警。在指定探测区域内，一旦有人体移动的红外辐射被测器感应后，立即对主机发射编码信号。

烟雾探测器： 当探测到有害气体和烟雾时,烟雾探测器立即对主机发射编码信号。主要用于探测火情,并及时可靠地报警。

防有害气体探测器：

探测到有害气体（如煤气、天然气、液化气）泄漏时，此探测器立即鸣叫，并同时对主机发射编码信号。

紧急按钮：在发现异常的情况下，如有人近身袭击、突发病情、出现险情、伤情等需要紧急求助时，可以通过触发紧急按钮及时报警。

服务器及相关软件：服务器（个人PC）装上安防系统软件，就可以实时通知管理人员和预处理各种警情。

本系统能对家庭的火灾实行自动报警；能对盗窃实行自动报警；设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制。智能报警系统主

要包含用户端电子防盗和防火系统。用户端的电子防盗防火系统又包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。

防火防盗智能报警系统硬件主要由七大部分组成：传感器检测电路部分，主控单元单片机，DTMF拨号电路，语音报警电路，键盘接口电路及显示电路，忙音、回铃音检测电路以及区域控制中心的计算机接口电路。系统硬件结构框图如图2.1所示。

该智能报警系统可以实现如下功能：防火、防盗报警；89C51单片机对双音多频（DTMF）编、译码器的控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换；实现对各种传感器的信号检测和控制。DTMF拨号电路与89C51单片机通过电话网络完成住宅与外部的联络。当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控制部分89C51单片机处，单片机通过接口电路对读取的电平进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向电话线路拨出电话号码，与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到电话线路，实现语音报警，拨号完成后接听回铃声后，模拟挂机。从而完成向区域控制中心的单位保卫科、110/119报警台单位电话机或用户发出呼叫信号，告知对方住宅被盗或有火灾发生。

2.1 传感器检测电路

本电路负责各种异常信号的采集和转换，同时向主控部分发送信息。它主要由五种传感器组成。

（1）光电感烟探测器

整个电路主要分为红外脉冲发射部分和接收部分，一旦发生火灾，烟雾中的细微颗粒将对红外脉冲发生漫反射，并变换成相应的电信号，该信号由运放交流放大后经比较器送单片机处理并报警。电路原理图如图2所示。

图2 光电感烟探测器原理图

（2）温度探测器

温度探测器使用数字温度传感器DS1820，它有三个引脚，是将温度传感器和信号调理电路集成在一块芯片中，节省了外围硬件，使用非常方便。

在本系统中，温度传感器和烟雾传感器一起实现火灾检测。如果温度和烟雾同时超标，表示发生火灾报警；如只是一项超标，表示参数异常，只是预警。预警与报警的区别主要在于发送的语音信箱不同，预警时通知用户温度（或烟雾）偏高，以提醒用户注意，而报警则是通知119或用户现场发生火灾。

温度和烟雾信号合成的火灾信号，与键盘中断信号共用89C51的INT0外部中输入端，如图3所示[2]。

图3 中断信号连接示意图

当现场温度或烟雾出现超过设定值，或是有键盘操作时，触发INT0中断，协调执行火灾及键盘中断服务程序，在中断服务程序中查询P2.0和P2.1，若P2.0=0，P2.1=0，说明发生火灾，则转入火灾处理程序，进行火灾报警；若P2.0=0，P2.1=1，表示温度异常，则转入温度处理程序，进行高温预警；若；P2.0=1，P2.1=0，表示烟雾异常，则转入烟雾处理程序，进行烟雾预警；若P2.0=1，P2.1=1，表示有键盘操作，则转入键盘处理程序，对用户输入的报警号码等数字信息进行显示何存储

（3）CO气体探测器

CO气体探测器是采用MGS1100一氧化碳传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，具有灵敏度高，稳定性好等特点。在信号采集的同时加于温度补偿。该传感器主要作为火灾辅助检测，和上述的光电感烟探测器和温度探测器结合使用。

（4）远红外线防盗探测器

采用远红外线传感器作为防盗信号检测手段，具有价格便宜、抗干扰性能好、工作范围广等优点。该电路所产生的盗情信号接到89C51的INT1外部中断输入端。当检测范围内有人体活动时，检测电路输出一系列脉冲信号，引起INT1中断，系统执行盗情中断服务程序。在实际应用过程中，该传感器可安装于需要监控的任何地方，并可通过开关设定为监控和监控解除两种工作状态

（5）微波防盗探测器

微波防盗探测器是由MOS场效应管C3355、电阻和电容组成的高频振荡电路，电路产生微波信号后经过人或物体反射和原信号产生频移，微小的频移信号经过放大处理后输出报警信号。报警范围实测约为7~8m,可有效地进行实时探测。微波防盗探测器原理图如图4所示[1]。

图4 微波防盗探测器原理图

防盗探测器电路是由以上两种类型探测器组成，在单片机内部进行信号处理时，将探测到的红外和微波两种信号进行与运算，只有同时检测到两个传感器端口信号时，主机才会发出盗情报警信号，否则不予报警

2.2 DTMF拨号电路

系统使用MK8870型DTMF拨号专用芯片，该芯片原本是行列式按键输入芯片，即4条行线及4条列线组成16个按键，实践证明，该芯片不但具有行列式键盘输入，而且与51系列单片机具有良好的接口性能。如图5所示，系统利用89C51完成对拨号芯片的控制，其中R8、C5为复位元件，完成上电复位，JT1使用6MHz晶体。这里用P1口的8根线完成对拨号芯片的控制。

图5 DTMF拨号电路

电路中电话号码的拨出方式采用双音多频拨号方式。电话号码的拨出，是利用控制MK8870型DTMF拨号专用芯片的键盘行列输入端R1~R4和C1~C4来实现的，首先要使相应的行线和列线接通一段时间，然后再断开一段时间，这样芯片便将双音多频信号送到电话交换机网络，实现电话拨号。

2.3 语音报警电路

系统采用了语音芯片APR9600构成语音电路，该部分电路如图6所示，主要由语音电路，译码器和电子开关组成[2]。

图6 语音报警电路框图

语音电路APR9600采用模拟存储技术，噪音低，不怕断电，可以反复录放。语音信息可以分八段存放，分别用八个按键控制。按下哪个键就可以录、放哪一段而不影响其它段。本系统中的语音信息分为两大类，预警信息和报警信息。其中预警又分为温度偏高预警和烟雾过大预警，报警分为火警和盗警。使用时，用户可以通过简单地按键操作，随时录制和播放任意一段。当出现预警或报警时，单片机通过P2.2~P2.4控制电子开关实现按键操作，启动相应的录音段，放出相应的语音预、报警信息，并且可以根据需要循环播放，播放次数由用户自行设置。

除以上电路外，系统还对忙音、回铃声检测电路和键盘接口电路和显示电路进行了硬件设计。忙音、回铃声检测电路主要是为了实现可靠报警而设计的。在电话号码拨出后，必须判断对方是否摘机，只有在确认对方已经摘机的情况下，才能发语音信息。系统采用忙音和回铃声的检测来判断对方是否摘机。键盘接口电路和显示电路由4×4键盘、液晶显示器及控制电路组成。主要用来实现数字信息的显示、修改和存储。

3系统软件设计

该系统主要完成初始化、警情信号检测（火警/盗情）、电话信号语音检测（忙

音/回铃声/接通）、系统设置、模拟摘机、DTMF信号收发等工作。系统软件主程序流程图如图7所示