王立紅，謝忠剛

（1.遼寧工業(yè)大學電氣工程學院，遼寧錦州 121001；2.鞍鋼集團礦業(yè)弓長嶺有限公司選礦分公司，遼寧遼陽 111008）

0 引言

隨著科學技術的發(fā)展以及人們對生活環(huán)境安全性要求的不斷提高，住房安全這一話題被廣泛提及[1-2]。人們采取了許多措施來保障安全，以往的做法是安裝防盜門、防盜網(wǎng)，存在有礙美觀、不符合防火要求等不足之處[3]。CAN總線是一種可以支持多個節(jié)點的現(xiàn)場總線，通信速率快，傳送距離遠，可掛接多個控制設備，因此得到了廣泛的應用[4-6]。本文以AT89S52 單片機為智能節(jié)點的控制核心，配以防盜檢測模塊、防火檢測模塊和可燃氣體檢測模塊等構成用戶端報警器。報警器將報警信息通過CAN總線上傳至上位機，上位機通過LCD 顯示屏顯示警情發(fā)生的樓號和門牌號，并開通自動語音撥號電路撥打預留電話。上位機通過RS-232接口電路連接到小區(qū)管理中心主機，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。

1 系統(tǒng)控制方案設計

1.1 系統(tǒng)總體控制方案設計

小區(qū)住宅安全報警系統(tǒng)總體方案如圖1 所示，每個用戶端報警器為一個智能節(jié)點，通過CAN總線與上位機通信，上位機與智能節(jié)點之間的信息傳遞是雙向的。

1.2 用戶端報警控制方案設計

圖1 系統(tǒng)總體方案框圖

用戶端報警控制方案如圖2 所示，防盜檢測通過將熱釋電紅外傳感器模塊安放在住宅的門窗處，達到對外來人員入侵檢測的目的。傳感器與住戶端單片機的I/O口連接，通過單片機I/O口讀取熱釋電紅外傳感器返回高低電平的變化，判斷是否有人員入侵。防火檢測采用雙重檢測方法，一種是通過溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，與設定的溫度闕值比較判斷火災是否發(fā)生并進行報警；另一種檢測方法是采用煙霧檢測模塊對煙霧進行檢測，檢測能力靈敏，工作穩(wěn)定，受干擾小，適合長時間高強度檢測[7]。一旦有煤氣泄漏等情況發(fā)生，便會引發(fā)火災，此時可燃氣體檢測模塊便會檢測到險情，在火災尚未發(fā)生時進行報警，從而達到對火災的預防作用。系統(tǒng)還配有密碼控制電路和工作狀態(tài)指示燈。

圖2 用戶端報警控制方案框圖

1.3 上位機控制方案設計

上位機控制方案如圖3 所示，單片機通過CAN 總線接口接收到用戶端發(fā)送的報警信息，蜂鳴器響發(fā)出聲音報警，同時LCD 顯示屏顯示報警用戶的樓號和門牌號等信息。為了減少用戶的損失，系統(tǒng)增加了一個自動語音撥號模塊，撥通發(fā)生危險的業(yè)主的手機號碼，第一時間將警情通知到位，同時通過小區(qū)管理中心主機實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。

圖3 上位機控制方案框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

用戶端和上位機的單片機均采用AT89S52 單片機，其具有集成度高、體積小、功耗低、功能擴展容易、使用靈活方便、抗干擾能力強、性能可靠、價格低廉等特點，在小型電子產(chǎn)品設計及研發(fā)上有著廣泛的應用。用戶端的首要功能是對外來人員入侵進行檢測與報警，檢測功能主要是由熱釋紅外傳感器完成。由于熱釋紅外傳感器的型號不同，其探測距離和靈敏度等均會有所差異。經(jīng)過多次現(xiàn)場測試，綜合探測距離與檢測靈敏度的雙重考量，采用HC-SR501 型熱釋紅外傳感器安裝在門窗等3 處，將其“OUT”信號輸出端口分別與單片機的P2.5、P2.6、P2.7 三個引腳進行相連即可。溫度檢測由 DS18B20 完成，其測溫范圍為-55～+125 ℃ （-67～+257°F），誤差為±2 ℃，其量程完全符合實際應用情況[8]。

此模塊的另一重要特點是當測量溫度在-10～+85 ℃時，其測量誤差在±0.5 ℃以內(nèi)，能夠達到更高的測量精度，在火災這種緊急情況的檢測中能夠發(fā)揮更加穩(wěn)定可靠的檢測作用。DO口為數(shù)據(jù)傳輸口，用來向單片機傳輸實時溫度數(shù)據(jù)，與單片機P2.2引腳相連；煙霧檢測采用MQ-2氣體傳感器，其具有雙路信號輸出的功能（模擬量輸出及TTL電平輸出）。本文采用TTL電平輸出，“DOUT”為數(shù)字信號輸出接口，與P2.3口相連，用于向單片機發(fā)送煙霧是否達到預設值的數(shù)據(jù)。通過對模塊電路板上集成的電位器的調節(jié)，能夠達到對模塊靈敏的調節(jié)作用。

可燃氣體檢測由MQ-5氣敏傳感器完成，采用輸出TTL電平信號的“DOUT”端與單片機的P1.1口相連，當模塊檢測到環(huán)境中可燃氣體濃度過高時，便會將輸出信號線上的電平拉低，單片機實時檢測與此信號線所連接的I/O口的狀態(tài)，一旦檢測到低電平，便會判斷出發(fā)生警情，進而進行報警操作。

自動語音撥號電路采用GSM自動撥打電話模塊，模塊插入手機卡之后便能夠像手機一樣，在接收到觸發(fā)信號時自動撥打預設電話，并將提前錄制好的報警語音進行播放。該模塊有9 個外置接口可分別與杜邦線進行連接，其中接口“E”為使能端口，當單片機P1.0 口為低電平時有效，模塊將讀取與其A0～A7 信號傳輸接口相連的P0 口的8 位數(shù)據(jù)，確定撥打的預設電話。當模塊接收到完整數(shù)據(jù)后，便會自動進行撥打預設電話并播放預設錄音，在完成工作后模塊將自動復位將各數(shù)據(jù)接口電平拉高，等待下一次信號傳輸。

CAN 總線接口電路由CAN 總線控制器SJA1000、CAN 總線收發(fā)器82C250、光電耦合器6N137 和一些外圍電路構成。SJA1000 接收單片機發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理成CAN 總線協(xié)議的格式后傳給82C250。82C250 是發(fā)送器和接收器的組合，將SJA1000 提供的數(shù)據(jù)轉化成電信號并通過CAN 總線發(fā)送出去，以供其他網(wǎng)絡節(jié)點使用。同時，82C250也可以將接收到的CAN總線上的數(shù)據(jù)傳送給SJA1000，由SJA1000將這些數(shù)據(jù)提供給單片機作進一步處理。

密碼控制電路分為密碼存儲電路和開鎖驅動電路，開鎖驅動電路由單片機P3.4引腳控制。當用戶輸入的密碼正確時，單片機P3.4引腳置低電平輸出開鎖信號，控制開鎖驅動電路，達到開鎖目的。密碼存儲電路的主要作用是用來存儲密碼、提供校驗碼，以便在密碼錯誤的時候給密碼鎖提供一道安全的屏障。存儲電路采用ATMEL公司推出的容量為512 kb的串行可擦除、可編程的存儲芯片AT24C512，采用總線傳輸方式，結構簡單、處理高效。預先在芯片中編譯一個初始密碼，只有密碼輸入正確后開鎖。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件采用C 語言編程，用戶端程序流程如圖4 所示。首先是各傳感器模塊初始化，同時檢測是否有外來人員入侵，溫度、煙霧、可燃氣體濃度是否超過閾值，若超過閾值，則發(fā)出聲音報警并將報警信息發(fā)送到上位機，上位機進行相應的處理。

圖4 用戶端程序流程圖

圖5 上位機程序流程圖

上位機程序流程如圖5 所示。上位機一旦接收到用戶端發(fā)送來的報警信息，便會發(fā)出聲音報警，提醒物業(yè)管理人員，并將報警位置信息送到LCD 顯示屏顯示，同時撥打預留電話及時將警情通知業(yè)主，將損失降至最低。

4 結束語

本文設計的小區(qū)住宅安全報警系統(tǒng)實現(xiàn)了外來人員入侵檢測報警和火災檢測報警等主要功能，通過CAN總線與上位機通信。通過物業(yè)端的LCD 顯示屏對報警信息進行詳細顯示，并通過自動語音撥號電路將警情通知給業(yè)主。系統(tǒng)具有通信距離遠、通信速率高、安裝靈活方便等特點。