楊波

【摘要】 近年來，監(jiān)獄罪犯脫逃的報導(dǎo)不時見于報端，防逃制逃的形勢越來越嚴(yán)峻，給武警哨兵執(zhí)勤工作帶來了很大的壓力。本文設(shè)計的監(jiān)區(qū)哨位報警控制系統(tǒng)，是執(zhí)勤工作信息化的一項重要舉措，對防止罪犯逃脫具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】 單片機 報警 系統(tǒng)

一、引言

監(jiān)獄是關(guān)押和改造犯人的重要場所，安全是第一要保證的，既要保證犯人在監(jiān)區(qū)安心服刑，也要保障武警哨兵的安全以及監(jiān)區(qū)的安全穩(wěn)定。通過安裝哨位報警設(shè)備，可有效的加強對服刑人員的管理，直觀及時的反映監(jiān)區(qū)的現(xiàn)場情況，增強安全保障措施，是執(zhí)勤信息化管理的有力工具。

在信息化高速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)化、智能化是監(jiān)獄系統(tǒng)的新要求，也是充分發(fā)揮報警系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)“向科技要戰(zhàn)斗力”的途徑。正如中國科學(xué)院自動化所陳龍研究員在第三屆中國安防論壇上所說：“安防系統(tǒng)要與時共進”，“網(wǎng)絡(luò)化與智能化” 是監(jiān)獄報警系統(tǒng)的必然選擇。監(jiān)區(qū)哨位報警控制系統(tǒng)是用于監(jiān)獄、武警中隊的執(zhí)勤哨位發(fā)生突發(fā)事件時，緊急狀況下的報警裝置。接收主機以PIC微處理器為控制核心，10個無線防區(qū)、自動對碼技術(shù)、蜂鳴器報警、LCD液晶顯示。采用二次變頻處理技術(shù)，無線接收靈敏度高，有效距離可達2000多米。報警分機安裝在中隊值班室，出現(xiàn)緊急狀況時，報警分機向接收主機發(fā)送無線信號，主機收到報警信號后，立即啟動蜂鳴聲并語音撥號到預(yù)先設(shè)定的固定電話上，接收主機可通過RS232串口與控制電腦聯(lián)接，并以動態(tài)地圖的方式顯示事發(fā)地點。

二、系統(tǒng)設(shè)計

報警控制系統(tǒng)主要功能是控制六路探測系統(tǒng)的狀態(tài)顯示、蜂鳴器、向探測系統(tǒng)發(fā)送故障診斷信號和向VCU發(fā)送報警信號等。系統(tǒng)可分為五個功能模塊，如圖1所示。

2.1 處理器在線編程電路模塊

單片機正常運行所需要的配套電路，如在線編程接口，上電復(fù)位電路等。

2.2 電源變換電路

鑒于數(shù)字信號抵抗環(huán)境噪聲的優(yōu)越性，幾乎全部處理數(shù)字信號的控制系統(tǒng)的設(shè)計不再采用價格昂貴的電壓轉(zhuǎn)換芯片，而是采用三極管、穩(wěn)壓管等電子元件搭建，性價比高。

2.3 LED指示邏輯電路

為增加系統(tǒng)響應(yīng)速度，用于顯示報警控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的LED燈模塊由探測系統(tǒng)的信號直接控制，而不是由控制板上的MCU（中央控制系統(tǒng)）控制?？刂葡到y(tǒng)上共有6路共18個LED燈，每路有黃、紅、綠三種顏色，其中黃燈代表故障、紅燈代表哨位警報、綠燈代表正常運行。

2.4 蜂鳴器驅(qū)動電路

考慮單片機端口帶負載能力有限，設(shè)計乙類推挽功率放大電路，并采用矩形波驅(qū)動峰鳴器形式，使得報警時蜂鳴更加刺耳響亮。

2.5 VCU控制電路

當(dāng)有探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)報警時，報警系統(tǒng)向VCU輸出報警信號。該報警信號可以通過總線傳送到控制與監(jiān)控中心，設(shè)計采用單片機控制繼電觸點的方式實現(xiàn)。

三、程序編制

報警控制系統(tǒng)選用芯片PIC6F630作為MCU，其內(nèi)部集成高精度4MHz振蕩器；12個具備獨立方向控制功能的I/O引腳具有很強的帶負載能力；采用14引腳封裝，占用PCB面積?。煌瑫r，ICSP編程接口和軟件開發(fā)環(huán)境兼容PIC16F876A，有效地簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。組件技術(shù)將先進的控制算法做成許多基本的控制算法模塊組件，如驅(qū)動組件、PID組件、模糊組件等。在實際的應(yīng)用中，把這些基本控制算法模塊組件進行多種組態(tài)，形成具體的控制回路。系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

3.1 報警信號處理模塊

報警信號處理模塊的功能是根據(jù)各路探測系統(tǒng)的報警狀態(tài)的變化判斷是否驅(qū)動蜂鳴器報警或取消報警。程序在該模塊中使用一個數(shù)組來分別標(biāo)志6個探測系統(tǒng)的報警狀態(tài)，數(shù)組中變量不同的值表示不同的含義：0表示對應(yīng)探測系統(tǒng)上次被掃描時無報警信號；1表示探測系統(tǒng)正處于報警狀態(tài)，并發(fā)出過警報；2表示探測系統(tǒng)正處于報警狀態(tài)，但已經(jīng)消音。當(dāng)檢測到探測系統(tǒng)信號后，報警信號處理模塊根據(jù)探測系統(tǒng)報警狀態(tài)進行相應(yīng)的處理并將報警狀態(tài)更新。

3.2 PID調(diào)節(jié)模塊

在控制過程中，PID控制器是應(yīng)用廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單、易于實現(xiàn)、適用面廣的優(yōu)點。因此在組態(tài)軟件中，PID是一個單獨的控制模塊。并且，PID調(diào)節(jié)模塊還可以變成3個獨立的模塊（比例、積分、微分模塊）。在應(yīng)用中可以有多種組合，方便靈活。

3.3 模糊控制模塊

模糊控制模塊由隸屬度函數(shù)設(shè)計與規(guī)則庫設(shè)計兩部分組成，其模塊類似于Matlab中的模糊控制箱。不同的是，此處的模糊控制模塊的輸入、輸出都對應(yīng)于組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)標(biāo)簽，具有很強的實際應(yīng)用能力?；究刂颇K可以根據(jù)點名到實時數(shù)據(jù)庫中取點，運算結(jié)果又可以寫回到實時數(shù)據(jù)庫，由巡檢任務(wù)自動輸入和輸出。

參 考 文 獻

[1] 薛定宇.控制系統(tǒng)仿真與計算機輔助設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 林小峰.基于IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的控制系統(tǒng)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3] 夏明娜.單片機系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2015.

[4] 倪志蓮.單片機應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.