楼宇防火防盗自动报警系统的设计

华中科技大学文华学院

毕业论文（设计）

楼宇防火防盗自动报警系统的设计

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2012年5月15日

华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 目 录

摘要 .................................................... 2 关键词 .................................................. 2 Abstract ................................................ 3 Keywords. ............................................... 3 前言 .................................................... 3 1．设计目的 ............................................. 5 1.1 设计要求 ......................................... 5 1.2 设计意义 ......................................... 5 2．设计方案 ............................................. 6 2.1 方案的比较及确定 ................................. 6 2.2 系统的工作过程 ................................... 6 3．用户端自动报警器设计 ................................. 8 3.1 自动报警器总体电路设计 ........................... 8 3.2 系统电源设计 ..................................... 9 4．用户探测器的设计 .................................... 11 4.1 防盗探测器设计 .................................. 11 4.2 防火探测器设计 .................................. 13 5．用户端自动报警器软件部分 ............................ 16 5.1 控制模块程序设计 ................................ 16 5.2 子程序设计 ...................................... 17 结束语 ................................................. 19 参考文献 ............................................... 20 致谢 ................................................... 21

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文）

楼宇防火防盗自动报警系统设计

摘 要

本文介绍了住宅智能化中的防盗防火报警系统。住宅防盗防火报警系统是将防盗防火功能结合到一起，同时完成盗情和火情的检测，并且实现自动报警功能。其中盗情检测由红外探测与微波探测器构成的双鉴探测器完成，而火情检测由光电感烟探测器，温度探测器和一氧化碳探测器集为一体的复合式火灾探测器完成。当防盗探测器或防火探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制报警电路，实现自动报警。

防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施。

本系统具有密码识别功能，只有通过键盘输入正确的密码才能控制系统的开闭。密码并不是唯一的，可以修改以及更换。本系统还配置了备用电源以及具有断电和掉线自诊断功能，增强了系统的安全性和稳定性。此外系统还从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计，能够让系统可靠的完成工作。时代在发展，社会在进步，人们对生活质量的追求也在日益增长，特别是住宅方面，不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，智能住宅的安全防范系统也应运而生。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了住宅的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。

关键词: 防盗防火；传感器；单片机控制；智能报警系统。

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） Building fire automatic alarm system design

Abstract

This paper introduces the residential intelligent burglar fire alarm system. Residential anti-theft fire alarm system is will anti-theft fire prevention function together, finish at the same time the stolen feeling and fire detection, and realize the automatic alarm function. One stolen sentiment detection by infrared detection and microwave detector constitutes double jian detector complete, and fire detection by light smoke detectors, inductance temperature probe and carbon monoxide detectors sets a composite fire detector complete. When the burglar detectors or fire detector detect danger to the microcontroller, application, again by issued interrupt microcontroller control alarm circuit, realize the automatic alarm.

Anti theft alarm system based on computer control technology, automatic detection deployed in the area of the invasive behavior, the alarm signal is generated, in case of emergencies, it will send the alarm, which makes people even take response measures.

This system has a password recognition function, it is only through the keyboard input the correct password can open and close of the control system. The password is not the only, can modify and replacement.The development of times, social progress and people in the pursuit of quality of life, especially in growing, not only hope to have house comfortable, warmth, and the residence of security, intelligence, etc also put forward higher request, intelligent residential safe guard system also arises at the historic moment. Now many village installed intelligent alarm system, thus greatly improve the safety degree of residence, effectively ensuring residents. Person property safety

Keywords: anti-theft fire; Sensors; Single-chip microcomputer control; Intelligent alarm system.

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 前 言

随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，开始出现了诸如智能化仪表、智能化家电、智能化汽车、智能化小区等具有不同智能程度的产品、设备、工具甚至工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史趋势。其中正在兴起的智能小区建设热潮，反映和适应了国际社会信息化和智能化的发展要求，是21世纪的新概念住宅。

目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理;住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警;火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器:系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。

主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。

红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。

本文所要介绍的住宅防盗防火报警系统，正是在智能化住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求而设计并开发的。系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，通过运用多传感器探测、及单片机控制，数据通讯等技术形成智能报警系统，达到保障小区用户生命和财产安全的目的。

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 1.设计目的

1.1 设计要求

本文设计的系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测与智能控制相结合，通过对住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，当出现异常情况时报警，以便通知工作人员进行相应的处理。实现小区智能化监控。

本住宅防盗防火报警系统具有以下特点和功能:系统采用模块化设计；前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态。并能够可靠地进行盗情、火情检测报警。报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警；用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障(如探头断线或掉电等)；系统开关机采用密码控制且允许修改密码；用户端自动报警器内提供备用电源，确保系统在停电时也能继续工作。

1.2 设计意义

本课题根据住宅智能化的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的基于单片机的住宅防盗防火报警系统系统。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。红外线报警器分主动式和被动式两种。该智能报警系统主要包括用户端探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。住宅智能化是我国未来智能住宅建筑的重点发展方向，而智能防盗、防火报警系统又是当前智能报警领域的技术热点，虽然这方面的资料比较多，但是只是单纯含防盗或防火功能，并且这些报警器的误报率比较高，即使有部分产品的性能较好，但是价格又比较昂贵，并且受距离和容量的限制。因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型报警系统具有重要的现实意义。

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 2.设计方案

2.1方案的比较及确定

方案1：

根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块:各前端探测器和传感器、自动报警主机、各输入输出设备等。

防盗探测器：选择红外探测器，价格低，性能稳定；防火探测器：选择一氧化碳探测器，温度探测器；系统微处理器：选择8031。需外接程序存储器；输入输出设备：包括键盘、报警蜂鸣器、按钮或开关、各类指示灯等。

方案2：

系统总体构成包括用户端探测器、用户端报警器、密码电路等几个模块。 防盗探测器：本方案选择的防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降；防火探测器：防火探测器是由光电感烟探测、温度探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。

根据本次设计的要求，以及两个方案的元器件对比，选择方案2。系统组成框如图2-1所示。

输入输出电路指示灯模拟量及传感器信号报警电路开关量的输入用户端自动报警器AT89C51密码电路电源电路看 门狗

图2-1住宅防盗防火系统总体框图

2.2系统的工作过程

该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。用户端的防范现场，一旦有人入室盗窃或发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器(各种防火、防盗及手动报警按钮等)则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认(多次巡检中断信号)，若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)、光(LED )报警。在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯(LED)，三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯(红)、工作灯(绿)和故障灯(黄)。用户端报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯;如果判断探头掉线或被剪断，则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间(50s定时器)去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息(如有无交流电、备用电池电量是否不足等)检测的功能。

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 3.用户端自动报警器设计

3.1 自动报警器总体电路设计

自动报警器组成框图如图3-1所示，主要包括探测器模块、键盘/密码显示模块以及电源模块。本节着重介绍与报警器电路相关的硬件电路设计。

LCD显示电路键盘密码控制电路热释电红外探测器逻辑与非门通讯接口微波探测器用户端自动报警器CPU报警电路开关电路光电感烟探测器温度探测器CO探测器逻辑与非门AT-89C51紧急呼叫按钮输入输出控制电路报警蜂鸣器LED指示灯看门狗电路备用电源

图3-1用户端自动报警器组成框图

自动报警器电路如图3-2所示。时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。单片机的INT0、INT1分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。

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3.2 系统电源设计

图3-2自动报警器电路

机系统的瘫痪。电网正常工作时给充电电池充电，电网断电时给稳压块供电。

华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 片机系统供电的补充，可以使单片机系统在工作期间，不致因电网突然断电，导致计算

机系统RAM中的数据丢失而中断工作，更主要的是它可以避免因电源中断造成整个计算

MC7805/MC7905/MC7812构成，变压器输出经桥路整流，电容滤波，送入

MC7805/MC7905/MC7812输入端，最后输出?5V/+12V直流电。备用电源作为主电源对单

本系统主电源采用直流电源?5V和+12V供电，原理图如图3-3所示。电源部分由

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） ～220VTransBridge2S2200uFC50.1uFC61VinGND2-5V3100uFC70.47uFC8-5V～～220V220VTransTransBridge2Bridge1SS2200uFC52200uFC10.1uF0.1uFC2C6112VinGND+12VMC78122VinGND+5VMC7805BT33100uFC7100uFC30.47uFC80.47uFC4+12V+5V图3-3系统主电源图

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MC7905

华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 4.用户探测器的设计

探测器电路部分包括防盗探测器电路与防火探测器电路两大部分，其中详细设计了热释电红外探测器电路和光电感烟探测电路。由多种类型传感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信号检测一方面可以有效完成盗情与火情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。

4.1防盗探测器设计

（1）防盗探测器是由热释电红外探测器与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的红外或微波单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图4-1所示。

用户端自动报警器AT89C51微波探测器热释电红外线探测器74LS00与非门 图4-1双鉴探测器原理示意图

热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路[2]。如图4-2示为热释电红外传感器的内部电路框图。

图4-2 热释电红外传感器的内部电路框图

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 头内的场效应管放大后向外输出。

人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。

热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片—红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作范围可在3V到5V之间)。图4-3所示为热释电红外探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端(14脚)，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。再经内部的两个电压比较器(IC3, IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器(只要有触发信号VS的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。IC6是一个条件比较器，当输入电压VCVR时，IC6输出为高电平，则打开与门IC7，此时，如果有触发信号VS的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时V0脚(2脚)输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。该设计输出为脉冲信号，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由低电平跳变至高电平，可实现检测并报警。

图4-3热释电红外探测器电路图

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） （2）微波探测器

微波探测器是继超声波，激光，红外和核辐射等传感器之后的一种新型的非接触式的传感器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。报警探测器是用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方很多，可以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。探测器由传感器和信号处理器组成。在入侵探测器中传感器是探测器的核心，是一种物理量的转化装置，通常把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于处理的电量（电压、电流、电阻等）。信号处理器的作用是把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形处理，使它能成为一种能够在系统传输信道中顺利转送的信号。

（3）微波探测器电路设计

微波探测器电路使用的主要元件是运算放大器OP07、微波振荡管C3355、天线及一些外围元器件，外接+12V电源，其中电路图如图4-4所示。

图4-4微波探测器电路图

4.2 防火探测器设计

本次设计中的防火探测器是由光电感烟探测、温度探测和CO探测构成的复合型火灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。 （1）光电感烟探测器

光电感烟探测器也是点型探测器，它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。一般的点型光电感烟探测器属于散光型的，线型光束探测器是用的遮光型的。工作原理：光电感烟火灾探测器的工作原理是一感光电极处于激光照射下发生电信号，当火灾烟雾遮蔽激光时，电极失电，发出报警信号。光电感烟探测器点型光电感烟探测器的红外发光元件与光敏元件(光子接收元件)在其探测室内的设置通常是偏置设计。二者之间的距离～般在20-25mm．在正常无烟的监视状态下，敏元件接收不到任何光，包括红外发光元件发出的光。在烟粒子进入

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华中科技大学文华学院毕业设计（论文） 探测室内时．红外发光元件发出的光则被烟粒子散射或反射到光敏元件上，并在收到充足光信号时，便发出火灾报警，这种火灾探测方法通常被称做烟散射光法。点型光电感烟探铡器通常不采用烟减光原理工作．因为无烟和火灾情况之间的典型差别仅有0．09%变化 这种小的变化会使探测器极易受到外部环境的不利影响。 线型光束感烟探测器通常是由分开安装的、经调准的红外发光器和收光器配对组成的；其工作原理是利用烟减少红外发光器发射到红外收光器的光束光量米判定火灾，这种火灾探测方法通常被称做烟减光法。

光电感从实际使用方面来看．二者的区别是．点型光电感烟探测器适用于设有小型空间的建筑．即适用于天棚高度在12m 以下的房间，探测面积为60-80m2,线型光束感烟探测器适用于设有高天棚和大型空间的建筑，其最大探测距离为100m；最大安装同距为14 m 最大保护面积为1400m2 ，一只线型光束感烟探测器的保护面积相当于18只点型光电感烟探测器的保护面积，特别适用于探测位于地面处的阴燃火。

线型光束感烟探测器同点型光电感烟探测器相比，虽然有其独特的优越之处，但从现有的实用型式和方法来看，仍有其不足之处 线型光束感烟探测器的现有实用型式和方法，主要有下述三种：第一种型式是线型光束感烟探测器的两端都设有电源．即设有2个电源，而且每个电源都要有主电和备电，还设有一个低电平控制器．该系统需要定期维护和检查。因而，其成本或造价较高。图4-5为散光型光电感烟探测器电路图。

图 4-5散光型光电感烟探测器电路图

（2）温度探测器

火灾时物质的燃烧产生大量的热量，使周围温度发生变化。温度探测器是对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。根据监测温度参数的不同，一般用于工业和民用建筑中的温度探

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