摘 要：針對(duì)安防領(lǐng)域的需求，設(shè)計(jì)了智能監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)由遙控子系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)報(bào)警子系統(tǒng)兩部分組成。遙控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警電話的添加與刪除，監(jiān)測(cè)的布防與撤防、系統(tǒng)的開機(jī)與關(guān)機(jī)及遠(yuǎn)程報(bào)警方式的選擇等。監(jiān)測(cè)報(bào)警子系統(tǒng)能夠以1.67kHz的采樣頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多路警情，并具備了可靠的抗光照干擾性能，進(jìn)行日夜監(jiān)測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)狀況時(shí)，系統(tǒng)能夠現(xiàn)場(chǎng)發(fā)出高分貝尖叫，同時(shí)觸發(fā)智通信系統(tǒng)，以遠(yuǎn)程短消息或者語音呼叫方式報(bào)警。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)方便，經(jīng)濟(jì)，可靠，穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性好，可以準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)并及時(shí)的報(bào)警。

　　0 引言

　　智能防盜報(bào)警系統(tǒng)在維護(hù)國家、集體以及個(gè)人的財(cái)產(chǎn)安全上所發(fā)揮的作用越來越重要。因此，研究功能完善、性能穩(wěn)定、操作方便的智能防盜報(bào)警系統(tǒng)越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　本文的設(shè)計(jì)主要基于遙控系統(tǒng)、紅外傳感器監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　系統(tǒng)功能包括遙控系統(tǒng)功能及監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)功能兩部分。

　　遙控系統(tǒng)由遙控器待機(jī)/解鎖鍵、數(shù)字鍵、操作鍵和功能鍵四部分組成。遙控器在超過一定時(shí)間沒有任何操作時(shí)，遙控鍵盤將被鎖定，數(shù)碼管顯示也被關(guān)閉，遙控系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)待機(jī)省電模式。這時(shí)，只有將兩個(gè)解鎖鍵同時(shí)按下才能將遙控鍵盤解鎖而重新正常工作。數(shù)字鍵包括數(shù)字0到9,用于報(bào)警電話號(hào)碼、密碼的輸入。

　　操作鍵包括上翻鍵、下翻鍵、清除鍵、返回鍵、選擇鍵、主頁鍵。操作鍵的選擇鍵能夠進(jìn)行各級(jí)菜單和功能選擇；上翻鍵、下翻鍵能夠進(jìn)行各級(jí)菜單目錄和報(bào)警電話薄循環(huán)瀏覽；返回鍵能夠退回上所選的子目錄，直到主頁；主頁鍵能夠在任何菜單狀態(tài)下直接返回主頁。

　　功能鍵包括菜單鍵、監(jiān)測(cè)布防/撤防鍵、系統(tǒng)開機(jī)/關(guān)機(jī)鍵。功能鍵能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警電話編輯、添加與刪除，密碼設(shè)置與修改，監(jiān)測(cè)布防與撤防、系統(tǒng)開機(jī)與關(guān)機(jī)及短消息或者電話撥號(hào)遠(yuǎn)程報(bào)警方式選擇。

　　遙控器發(fā)射的按鍵數(shù)據(jù)在軟件層進(jìn)行了幀協(xié)議封裝，在硬件層進(jìn)行了紅外發(fā)射、接收信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，使遙控器能以較高可靠性進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，能夠進(jìn)行多路遙控。只要相同的接收系統(tǒng)支持，便能進(jìn)行多路遙控，因而可以方便地將諸多需遙控操作的設(shè)備用同樣的遙控器進(jìn)行統(tǒng)一管理。

　　監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)能夠并行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警多路警情。警情定時(shí)采集頻率為1.67kHZ.各路警情能夠單獨(dú)監(jiān)測(cè)、報(bào)警。因此，具有良好的并發(fā)處理及實(shí)時(shí)處理性能。紅外信號(hào)調(diào)制解調(diào)實(shí)現(xiàn)了抗光照、溫度等環(huán)境干擾，日夜警情監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)報(bào)警電路在繼電器的控制下能夠發(fā)出高分貝的尖叫，以對(duì)盜竊者采取有效的制止措施。經(jīng)過系統(tǒng)三總線技術(shù)擴(kuò)展，監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)擁有32K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、大量的外部擴(kuò)展I/O口、液晶顯示等豐富的外設(shè)資源。擴(kuò)展的32K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能夠與智能防盜報(bào)警設(shè)備通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大容量信息的通信，因而為擴(kuò)展警情圖像采集、存儲(chǔ)，GPRS彩信傳輸警情現(xiàn)場(chǎng)畫面功能提供了硬件系統(tǒng)支持。此系統(tǒng)具備快捷的遙控操作、方便的系統(tǒng)設(shè)置、可靠的警情監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)的多路報(bào)警、豐富的外設(shè)資源、靈活的擴(kuò)展改裝等突出的特點(diǎn)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括遙控系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。遙控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由電源電路，矩陣鍵盤掃描電路，待機(jī)、解鎖電路，紅外無線傳輸發(fā)射電路，數(shù)碼管顯示電路組成；監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)硬件主要進(jìn)行了系統(tǒng)各模塊警情監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)擴(kuò)展、液晶顯示、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警、紅外遙控接收等模塊以及系統(tǒng)整體硬件電路的設(shè)計(jì)。

　　2.1 系統(tǒng)硬件總架構(gòu)

　　智能防盜報(bào)警設(shè)備由遙控系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)、液晶顯示及報(bào)警通信系統(tǒng)五部分組成。系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)體系

　　2.2 紅外遙控模塊

　　紅外遙控器采用AT89C52RC單片機(jī)進(jìn)行控制。

　　硬件由遙控鍵盤掃描電路、單片機(jī)待機(jī)解鎖電路、電源電路、數(shù)碼管鍵值顯示電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路以及紅外數(shù)據(jù)發(fā)射電路組成。

圖2 紅外遙控模塊硬件電路圖

　　遙控器的工作原理主要包括：遙控鍵值由矩陣鍵盤掃描電路捕獲讀入；通過軟件消除按鍵抖動(dòng)并對(duì)長按鍵復(fù)用進(jìn)行識(shí)別；獲取鍵值后按照自定義的無線傳輸協(xié)議進(jìn)行幀封裝；將幀信號(hào)進(jìn)行38kHz調(diào)制；啟動(dòng)發(fā)射程序發(fā)射紅外調(diào)制信號(hào)；遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送完成應(yīng)答；將發(fā)射數(shù)據(jù)顯示至數(shù)碼管，并且進(jìn)行重復(fù)發(fā)射數(shù)據(jù)識(shí)別和特別顯示；啟動(dòng)遙控器進(jìn)行空閑監(jiān)視，計(jì)數(shù)超時(shí)則自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)省電模式；等待解鎖中斷恢復(fù)正常工作。如圖2所示，遙控鍵盤掃描電路、遙控待機(jī)/解鎖電路、電源電路、數(shù)碼管鍵值顯示電路、單片機(jī)系統(tǒng)電路以及紅外發(fā)射電路組成了完整的遙控器電路。

　　2.3 系統(tǒng)擴(kuò)展模塊

　　監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)采用AT89C52RC單片機(jī)，片內(nèi)擁有8K ROM.本設(shè)計(jì)采用全譯碼方式編址，擴(kuò)展了32K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM.擴(kuò)展電路如圖3所示。

圖3 RAM存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路圖

　　此外，通過74LS573鎖存器擴(kuò)展了大量的I/O口。

　　為了節(jié)省邏輯門器件，在高32K字節(jié)地址中采用部分譯碼方式編址，部分譯碼由P2.6、P2.5、P2.4通過譯碼器74LS138進(jìn)行地址譯碼。

　　2.4 紅外收發(fā)模塊

　　紅外發(fā)射電源電路如圖4所示，其發(fā)射由信號(hào)端IR_S控制，IR_S為高電平時(shí)紅外發(fā)射管IR關(guān)斷，為低電平時(shí)IR導(dǎo)通發(fā)射紅外波。在IR_S端加載38kHz方波信號(hào)便能對(duì)紅外發(fā)射波進(jìn)行頻譜調(diào)制。38kHz調(diào)制方波采用硬件設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生。由555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩電路獲得。EN端控制方波信號(hào)的產(chǎn)生和停止。EN=1,電路正常工作，38K_S端產(chǎn)生38kHz方波信號(hào)。EN=0,38K_S端只輸出高電平。

圖4 紅外方波信號(hào)產(chǎn)生電路圖

　　紅外接收傳感器能夠感應(yīng)紅外發(fā)射傳感器發(fā)射的紅外光，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。紅外接收模塊由紅外接收管、前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、整形電路和輸出放大電路組成。

　　由于紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此要增加高增益放大電路。紅外接收傳感器的電路如圖5所示，當(dāng)紅外接收傳感器感應(yīng)到經(jīng)38kHz調(diào)制的紅外光波時(shí)輸出低電平，否則輸出高電平。

圖5 紅外信號(hào)接收電路圖

　　2.5 傳感器信號(hào)處理

　　傳感器信號(hào)處理包括監(jiān)測(cè)區(qū)域調(diào)節(jié)和多路并行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。每個(gè)紅外發(fā)射傳感器以60張角發(fā)射紅外信號(hào)，當(dāng)紅外接收傳感器在其發(fā)射區(qū)域時(shí)，能夠進(jìn)行有效檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中需要合理地分配傳感器發(fā)射和接收的位置。本設(shè)計(jì)通過用7420與門芯片對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行硬件并行處理，可以根據(jù)實(shí)際情況加入紅外發(fā)射和接收傳感器進(jìn)行并行監(jiān)測(cè)。加大監(jiān)測(cè)區(qū)域和排除監(jiān)測(cè)盲區(qū)。

　　警情信號(hào)由擴(kuò)展的外部I/O讀入。外部I/O口的設(shè)計(jì)采用數(shù)據(jù)總線采集方案，端口地址與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一尋址，使用與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器同樣的指令來方便讀寫。每次讀寫為兩個(gè)指令周期，能快速實(shí)時(shí)地從擴(kuò)展外部I/O讀入多路警情信號(hào)，并行采集到的警情數(shù)據(jù)通過位循環(huán)移位測(cè)試方式掃描多路警情信號(hào)。警情分析采用統(tǒng)計(jì)判決波消除毛刺，提高了監(jiān)測(cè)可靠性。某路警情發(fā)生并觸發(fā)報(bào)警執(zhí)行后，其它各路監(jiān)測(cè)信號(hào)繼續(xù)實(shí)時(shí)掃描監(jiān)測(cè)，并發(fā)性能良好。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)圖由遙控子系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)報(bào)警子系統(tǒng)組成。遙控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括矩陣鍵盤按鍵捕獲掃描程序、鍵盤消抖和復(fù)用程序、紅外發(fā)射信號(hào)調(diào)制程序、休眠喚醒觸發(fā)及處理程序、按鍵顯示程序等。監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括中斷管理程序、紅外遙控接收程序、時(shí)鐘及延時(shí)管理程序、外擴(kuò)I/O端口的位、字節(jié)讀寫程序、ME卡的NVRAM讀寫程序、警情監(jiān)測(cè)程序、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警控制程序、遠(yuǎn)程通信報(bào)警觸發(fā)程序、液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序、遙控操作調(diào)度程序等。

　　本系統(tǒng)涉及的中斷事件有遙控系統(tǒng)的待機(jī)、解鎖中斷、遙控紅外發(fā)射脈沖定時(shí)中斷、紅外信號(hào)方波調(diào)制定時(shí)中斷，以及監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的警情采樣中斷、紅外遙控接收中斷、UART通信接收中斷、UART通信發(fā)送中斷、開機(jī)、關(guān)機(jī)中斷等組成。

　　3.1 紅外數(shù)據(jù)收發(fā)程序

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用紅外傳輸技術(shù)，通過單片機(jī)定時(shí)器設(shè)計(jì)紅外38kHz調(diào)制載波，然后對(duì)遙控器和主控系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)傳輸收發(fā)協(xié)議。收發(fā)協(xié)議定義流程圖如圖6所示。

圖6 紅外數(shù)據(jù)收發(fā)功能流程圖

　　3.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警功能程序

　　圖7所示為監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的軟件流程圖。警情監(jiān)測(cè)采用系統(tǒng)中斷優(yōu)先級(jí)進(jìn)行定時(shí)警情采樣，在初步監(jiān)測(cè)到警情后采取干擾消除措施進(jìn)一步分析，當(dāng)確認(rèn)警情發(fā)生后將該路警情登記到警情管理變量中。同時(shí)觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警。

圖7 監(jiān)控報(bào)警功能程序流程圖

　　4 系統(tǒng)仿真

　　完整系統(tǒng)仿真電路由PROTEUS軟件設(shè)計(jì)。仿真電路能夠?qū)Τb控發(fā)射調(diào)制解調(diào)電路和傳感器監(jiān)測(cè)電路外的硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。系統(tǒng)整體仿真電路如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)整體仿真電路

　　5 結(jié)束語

　　本文敘述了一個(gè)紅外遙控器和多路防盜監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控器對(duì)防盜監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警電話的編輯、添加、刪除及全部刪除，短消息或電話撥打遠(yuǎn)程無線報(bào)警方式選擇，防盜監(jiān)測(cè)布防及撤防，系統(tǒng)啟動(dòng)及關(guān)閉以及用戶操作權(quán)限的密碼管理功能。

　　報(bào)警、豐富的外設(shè)資源、智能的系統(tǒng)診斷、靈活的擴(kuò)展改裝是本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、并發(fā)處理性、節(jié)能性等指標(biāo)測(cè)試中均達(dá)到了滿意的效果，具備了運(yùn)用于實(shí)際防盜報(bào)警場(chǎng)合的價(jià)值和終面向產(chǎn)品開發(fā)的優(yōu)勢(shì)。