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智能化讲课讲稿
智能化
家庭住宅智能化:
防灾报警(防盗.防火.防煤气)
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。
1、引言
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。
2、系统硬件设计
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1所示[1]。
图1报警系统框图
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。
GTB20型单点壁挂式煤气检测报警器(以下简称报警器),是一种固定式可连续检测作业环境中可燃性气体浓度、有毒有害气体浓度的仪器。
该检测报警器为自然扩散方式检测气体浓度,采用进口电化学传感器或催化燃烧式传感器,具有极好的灵敏度和出色的重复性;大屏幕液晶屏实时显示泄漏气体的浓度值,超过预设报警点立即启动声光报警信号或驱动排风系统;国际标准4-20mA信号可直接接入工厂DCS系统,RS485数字信号与工厂上位机连接;仪器采用嵌入式微控制技术,全中文菜单操作简单,功能齐全,可靠性高,整机性能居国内领先水平。
产品特点
◆仪器采用先进的16位超低功耗嵌入式微控制器
◆128*64点阵超大液晶显示
◆用户可自行设置高低报警点
◆全中文菜单方便国内用户使用
◆首次报警时间显示功能
◆具有实时时钟功能
◆可更换的模块化传感器
◆自动校准功能,减小测量误差
◆报警记录自动存储1000条
◆备用电池非报警状态下可工作20小时以上,(用户选配)
◆标准4-20mA信号可直接接入工厂DCS系统(用户选配)
◆RS485数字信号与工厂上位机连接(用户选配)
技术指标
测量范围:
见附表
适用气体:
可燃气体、氧气、有毒有害性气体
报警点:
参见附表
显示误差:
≤±3%F.S
响应时间:
T90<30s
显示方式:
128*64点阵液晶屏实时显示数据及系统状态
报警提示:
广角高亮发光指示、100dB蜂鸣音随浓度增加频率加大
报警点:
一级报警用户设定
二级报警用户设定
报警输出:
两路继电器输出,容量AC220V2A
信号输出:
国际标准4-20mA信号可直接接入工厂DCS系统(用户选配)
RS485数字信号与工厂上位机连接(用户选配)
工作环境:
-30℃~+50℃;湿度<95%RH无结露
工作电压:
AC220V50Hz
非报警状态下备用电池供电可连续工作20小时以上,可燃气体可连续工作8小时(用户选配)
防护等级:
IP65
重量:
约1200g(包含电池)
检测气体种类表
气体种类
标准量程
可选量程
分辨率
反映时间(T90)
氧气O2
0-25%VOL
(0-30)
0.1%VOL
≤30秒
一氧化碳CO
0-1000ppm
(0-250,500,2000)
1PPM
≤30秒
硫化氢H2S
0-200ppm
(0-30,50,2000)
1PPM
≤30秒
氢氰酸HCN
0-100ppm
(0-50,200)
1PPM
≤30秒
氯气CL2
0-20ppm
(0-5,10,100)
0.1PPM
≤30秒
臭气O3
0-5ppm
(0-2,10,100)
0.01PPM
≤30秒
煤气NH3
0-100ppm
(0-25,100)
1PPM
≤30秒
氢气H2
0-1000ppm
(0-500,2000)
1PPM
≤30秒
二氧化氮NO2
0-20ppm
(0-10,50,100)
0.5PPM
≤30秒
可燃气Ex
0-100%LEL
无
1%LEL
≤30秒
氯化氢HCL
0-50ppm
(0-20)
0.5PPM
≤30秒
二氧化硫SO2
0-20ppm
(0-10,50,100)
1PPM
≤30秒
未列气体种类与本公司联系
(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。
2.2DTMF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5DTMF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。
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