优秀硕士博士论文楼宇智能防盗报警控制系统的设计

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1、毕业论文楼宇智能防盗报警控制系统的设计The Design of Intelligent Building Anti-theft Alarm Control System学院 计算机与电子信息学院 专业 自动化 毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 计算机与电子信息学院 专业 自动化 班 级： 自动化09-1班 学生： XXX 学号： 一、毕业论文课题 楼宇智能防盗报警控制系统的设计 二、毕业论文工作自 2013 年 3 月 25 日起至 2013 年 6 月 13 日止三、毕业论文进行地点 四、毕业论文的内容要求本课题是进行红外线防盗报警器系统的设计。通过课题可使学生将所学理论知识进一步系统

2、化，具备熟练查找本专业各种专业资料和手册的技能，为学生毕业后工作打下良好基础。 本设计的主要内容有： 完成开题报告，对设计方案进行论证，安排设计进程； 1、利用红外线发射器和接受传感器设计出一个室内防盗报警器装置，分析其工作原理，绘制电路原理图； 2、能够熟练应用Keil uVision3编译和Protues仿真软件； 3、完成电路参数的计算及主要元件的选择； 4、 完成软硬件的设计，进行仿真调试； 5、 撰写设计说明书一份，报告要规范、内容正确、条理分明、语言流畅、结构严谨。 教研室负责人 指导教师 接受设计论文任务开始执行日期 年 月 日学生签名 摘 要楼宇安全防范技术涉及到社会的方方面面

3、，是保护国家和人民利益与安全的重要手段，随着我国经济水平的整体提高，我国的建设水平也逐步得到改善。本文主要完成了楼宇智能化中的防盗报警控制系统的硬件模块和软件部分的设计。论文分为硬件设计与软件设计两部分，首先主要研究了防盗报警系统的功能需求与性能需求；随后，设计了系统的总体结构与逻辑结构，系统的性能设计，分析了系统的主要程序操作流程及功能模块设计，详细地设计了系统的电源控制功能、防盗传感器数据采集电路、RS232串口模块电路、GSM模块TC35I电路进行分析与设计，并完成了各个软件子模块的设计；最后，设计了防盗的流程与实现。本系统采用单片机的高级语言C语言进行设计，并给出了相关流程图，为了便于

4、扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了，经测试能实现基本的报警功能。关键词 智能化 防盗系统 报警系统 单片机 传感器AbstractResidential security technology, related to all aspects of society, is the means of protecting national interests and security and the people. With the overall improvement of economic level, Chinas construction level

5、has also gradually improved. In this essay, it completed the design of hardware security modules of building intellectual techniques fire alarm system and the design of software components.The thesis is divided into two parts of hardware and software. First of all, it discusses the study of function

6、al requirements and the performance requirements of security alarm system; Subsequently, it designs the overall structure of the system and logic structures. The performance of the system design analyses the main operating processes and the function module design. And designs the power control syste

7、m, security sensor data acquisition circuit, and RS232 serial port module circuit in details .Moreover, it analyses and design The GSM module TC35I circuit, and, finishes the design of sub modules. Finally, the thesis designs the processes and the realization of anti-theft.The system uses high level

8、 language - C language of a single chip to design, and the related flow chart is given. To facilitate the expansion and change, the design of the software is modular in structure, so that the logic of programming is more concise. Through test, the system can achieve the basic alarm function.Keywords

9、: Intelligent Burglar fire Alarm system Microcomputer Sensor目录摘 要IAbstractII目录III第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题研究现状11.3 课题研究意义2本章小结2第二章 楼宇智能防盗报警控制系统关键技术32.1 如何改善防盗报警系统的误报和漏报32.1.1 误报的定义32.1.2 误报引起的原因32.1.3 如何降低误报率、漏报率32.2 安全防范系统42.3 信息网络系统5本章小结6第三章 楼宇智能防盗报警控制系统需求分析73.1 系统功能概述73.2 系统需求分析83.3 性能需求分析8本章小结9第四

10、章 楼宇智能防盗报警控制系统总体设计104.1 系统总体结构设计104.2系统硬件模块设计104.2.1 防盗传感器选型104.2.2 单片机选型134.2.3 电源模块设计144.2.4 防盗数据采集电路154.2.5 RS232串口模块164.2.6 GSM模块TC35I184.3 系统软件模块设计204.3.1 系统主要流程的实现204.3.2 系统主要程序的实现214.3.3 系统Proteus仿真22本章小结23总结24致谢25参考文献26附录一 主程序及中断服务程序清单27附录二 串口通信测试程序清单31IV第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题研究背景随着城市化进程的加快，城市的安

11、全隐患也日益增多，相对应的，城市安全防范工作的开展难度也日益增大。现今国内商家、厂家更多的侧重于仓库、市场、高级写字楼、酒店等公共场所的楼宇智能防盗控制系统的研发工作，这就决定着它们所涉及的系统复杂、成本也相对较高。另一方面，大多数系统以楼宇为单位或者小区为单位都是以人工电话报警的方式来监察、发现、制止盗窃的发生。智能小区是在智能化楼宇的基础上衍生出来的，是一个可以为小区提供高效率、全天候的安全记住环境的智能化实现方式。当出现盗警时，传统方式都是保安室值班人员或楼主拨打110报警电话，甚至在更多的情况下无人发现盗贼的犯罪事实。所以，能发及时发现盗情，对居住安全工作起着至关重要的作用，不及时的报

12、警往往会给人民生命财产安全带来不可估量的损失。因此在居民住宅、办公室等单个的小型居住单位安装廉价使用的智能防盗报警系统成为了一种趋势。智能化小区的发展，结合了国内外先进的电子控制产品设备，迎合我国的住宅建设信息化的发展趋势，从而促进小区住宅信息化建设的科技水平，本文即在此背景下进行设计与实现楼宇智能防盗控制系统的设计。1.2 课题研究现状进入21世纪以来，智能建筑的优越性得到了业主与用户多方的青睐，并迅速成为国际开发热点。继美国之后，智能建筑在日本、英国、香港等地蓬勃发展，我国的智能化建筑起步较晚，90年代开始起步，但随着经济的飞速发展其迅猛的发展势头令世人瞩目。有专家学者语言今后的五年，将有

13、20%-30%的楼宇小区可以称为智能楼宇小区；十年后住宅建设将无一例外的是智能住宅。智能楼宇和智能小区建设的三项重要内容是：网络建设、安防系统和计算机物业服务。智能化楼宇小区是住在建筑与科技发展的结晶，它集现代建筑技术、现代电脑技术、现代通信技术及智能控制技术为一体，是住宅建设继小康型住宅之后发展的必然趋势。现行的智能小区中的报警系统知识单纯的防盗或防火系统，而且报警器前段探测器采用有线探测器，采用电话线路上传警情信息。传统的这种报警系统已经不能满足人们对家庭安全意识日益增长的需求。如今的楼宇防盗报警系统应具有性能稳定、能全天候工作、耗电省、安装使用方便等特点。防盗系统检测模块前端探测器有被动

14、红外热释电探测器、无线门窗磁探测器、幕帘式被动红外探测器等。采用热释电技术的红外探头，具有超低误报率、防电磁干扰、自动温度补偿、功耗小等特点，应用较广；无线门窗磁探头具有体积小，无须外部接线，安装方便，可放置在任何地方或者固定在墙上；幕帘红外探测器安装在卧室的窗户上，有小偷从窗户入侵时，探头会立刻感应报警，而主人的正常活动是因为幕帘式红外的上下角度小所以不会误报。本文就是在传统的楼宇防盗报警器的基层上，采用上面的方案，设计的针对小型智能楼宇的控制系统和针对大、中型智能建筑的控制系统。1.3 课题研究意义智能楼宇是现代楼宇建筑与计算机、通信、网络、控制等技术有机结合的产物。它采用智能管理和智能控

15、制的方法，将居室内各种安全设备、信息与通信设备、家用电器等，通过家庭总线系统连接起来，构成完整的家庭智能系统，并以信息网络为纽带与小区物业管理系统互联，形成开放式的小区管理体系。尽管智能住宅技术在我国刚刚起步，但却有着十分广阔的发展前景。目前，国外己经开始将网络技术用于楼宇智能化系统，并显示出广阔的发展前景，成为新的楼宇智能化技术研究热点。因此，我国对基于网络技术的楼宇智能化技术研究己经受到学术界和工业界的广泛关注。研究适合我国国情的基于网络技术的楼宇智能化技术与产品，己经成为住宅建设中迫切需要解决的关键性技术问题。现代科技的不断发展，使得计算机、通信、网络三者不断渗透会聚；半导体技术的发展特

16、别是CPU处理速度的提升以及存储能力的加强，使信息的收集、处理变得越来越快；电脑电视和信息家电的诞生使得一种适合多媒体业务的家用交互式用户终端成为可能。此外，现场总线技术在家庭网络中的应用给住宅智能化带来了全新的解决方案，监控技术的发展也推进了家庭智能化的进程。人类己经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。作为智能住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。本章小结本章主要介绍了楼宇智能化的现状和发展状况，同时说明了楼宇智能防盗控制系统的研究背景、研究现状和研究意义。33第二章 楼宇智能防盗报警控制系统关键技术第二章 楼宇智能防盗报警控制系统关键技术

17、2.1 如何改善防盗报警系统的误报和漏报2.1.1 误报的定义关于误报警目前还没有一个权威的定义，在我国一般都认为：“没有出现危险情况报警系统发出报警信号即为误报。”按照这个定义，报警系统的误报率(在一定时间内，系统误报警次数与报警总数的比值)一般都在95以上。在西方一些国家关于误报警的定义是：“误报警是指实际情况不需要警察而使警察出动的报警信号，其中不包括那些因恶劣自然气候和其他无法由报警企业以及用户操纵的特殊环境引起的报警信号。”按照这个定义，美国UL标准规定：“每一报警系统每年最多只能有四次误报警。”2.1.2 误报引起的原因防盗系统引起误报的原因主要有：报警设备故障引起的误报；报警系统

18、设计、施工不当引起的误报；环境噪音干扰引起的误报；用户使用不当引起的误报2.1.3 如何降低误报率、漏报率误报警常常给安全负责人和用户带来不必要的麻烦，影响到他们正常的工作与生活。尤其是对警察/保安人员，警报器一响，一般就要调动大量警力出击，造成大量时间和人力、物力资源的浪费。更大的代价是，久而久之，误报使他们丧失了对危险的紧迫感，最后酿成大祸。漏报的后果更是不堪设想的。所谓养兵千日，用在一朝，如果在真正出现入侵时，报警器却失灵。不仅造成人身伤害或财产损失，用户对系统的信心也会大打折扣。降低防盗系统误报、漏报率，需要从以下方面入手：1从人防方面着手是不可少的其中建立报警信息确认机制可减少出警的

19、次数。报警中心收到报警信息后，应先对报警主机下发确认信号，表示中心已接收，而报警主机在没有收到确认信号时，应重发。在技术方面，目前可运用多种手段对报警信号进行确认，如安装多个探测器（普遍使用的是双红外+红外加微波），当多个探头同时探测到入侵信号时才向主机发送报警信号，从而降低误报率。 另外，国家也可制定一些有关误报警的法规，像国外一些地方政府机构，对报警用户或安防公司采取检查、罚款、惩罚等措施，如在一定时期内报警次数超过规定的数量将进行罚款。这对人为误报可起到一定的制约作用。2从多方面提高红外探测器的性能降低防盗报警系统误/漏报率，最重要的是从多方面提高红外探测器的性能，包括探测头的选择、菲涅

20、尔透镜的设计、微处理器程序、多鉴技术等，这些综合因素决定了探测器的性能，否则易产生短板效应。针对抗干扰能力，可让主机对控制器发来的信号有优先排队处理的过程。因为每个探测器不可能同时间发射，主机对探测器发送从始发时间先后识别为两个不同的信号，并对其信号按优先排队暂时储存处理。这样可以大大地降低同频干扰，降低其漏报率。 对于红外探测器对入侵行为判断能力差造成误报以及易受温度、光线等环境因素影响的问题，可采取：a、二次延时判断确认，即当探测器探测到入侵信号时，先对其行为作初次判定而不立即向主机发送信号。二次确认入侵行为存在便向主机发送报警信号，若二次确认入侵行为不存在则取消初次判定结果，回到探测状态

21、，从而降低误报率。b、多探测头复合探测技术。装备多个探测头（双红外或红外加微波），当多个探头同时探测到入侵信号时才向主机发送报警信号，从而降低误报率。c、微处理器程序判断。通过程序对探测头收集到的信号进行分析，以进一步确认是否有人入侵。d、在红外探测头上增加滤光镜，过滤掉大部分非人体发出的红外波长的光谱，特别是可见光。电源的问题，可让无线探测器增加欠压报告功能，以提醒用户及时更换电池；运用探测器巡检技术，要求探测器每几个小时向主机发送一次工作状态报告信号，以让主机知晓探测器能否正常工作，若在一段时间内主机未收到巡检信号，则表示该探测器不能正常工作，此时主机可以通过某种方式提醒用户及时维修。 除

22、了以上几点外，用户在选购报警系统产品时，应选用正规厂商生产的产品，并详细了解其具体功能、性能指标及售后服务内容。安装时要请专业的人士安装，如厂商的工程人员或有专业工作经验的人士，以免安装不当造成误/漏报。安装探测器应避开当风、当雨和电磁干扰大及高温的地方，并选择适当的探测角度，遇到问题及时向厂商反映。 当然，在解决好产品自身的技术问题之外，用户选购时还应考虑售后服务及技术支持等因素，同时还应注意安装环境以及施工人员的技术水平。 只有选择品质良好的产品、提供良好的应用环境、配合良好的施工技术才能真正有效的降低整个防盗报警系统的误、漏报率。2.2 安全防范系统楼宇安全防系统主要包括以下几个方面：监

23、控防盗报警系统、门禁系统、可视对讲系统、电子巡更系统，以及燃气泄漏报警、感烟报警、紧急求救等系统的综合应用。小区的保安中心则负责集中监视管理安防各子系统。下面我们重点介绍其中的五个系统：(1)监控系统监控系统的作用非常之大，它可以辅助保安系统对于小区内外的环境，及小区重要区域做现场实时监视。当保安系统发生报警时，它会联动开启摄像机并将该报警点所监视区域的画面切换到主监视器上，同时启动录像机记录现场实况。此系统也是智能小区的必配系统之一。(2)门禁识别系统在小区的每一个出入口处，以及每一栋楼的入口，均安装有智能门禁系统，甚至在车辆出入口处，还需要安装能够识别车辆出入用的管理系统。门禁识别系统就是

24、对于小区的进出口进行检测的系统，如果发现有非持有小区卡的人进入小区，系统将会自动发出报警。(3)可视对讲系统该系统不仅是小区必备的配置，而且是应用较为广泛的系统。当业主有客人来访时，只需按下相对应的房号，业主即可通过家中的可视对讲终端看到来访者的样貌，并给客人打开楼下门禁。(4)家庭内综合安防系统窗磁、门磁开关，燃气泄漏报警，感烟报警，紧急按钮等安防系统均应用于家庭内部，在每户业主的家中装设红外线探头、窗磁门磁开关、感烟探头、紧急报警按钮等，每个单元入口设置一台门口主机，在保安中心设置一套管理主机。2.3 信息网络系统网络系统涉及的内容较多也具有很大的灵活性。事实上小区信息中心可以租用专线，自

25、身成为一个ISP服务站，小区对外成为一个Internet网站，可发布小区的概况、物业管理公司、小区地形、楼盘情况等相关信息。对内部它可以为小区提供Internet能为人们提供的任何服务。作为一个主要面向住宅小区业主的网站，它可以做出自己的特点，提供有针对性的服务，以下几项内容是切实可行的：小区聊天室、BBS，为小区住户提供一个相互交流的场所；邮件服务：小区留言板，提供一个让住户对物业管理、小区建设等方面发表建议的地方；小区电子商务，这项内容涉及到很多内容因为服务对象的确定性比较容易处理支付和配送的问题，可以和小区内各消费点联系，建立有小区特色的电子商务。信息网络系统主要包括了，计算机网络系统、

26、卫星接入和有线电视系统及VOD视频点播系统、电话系统、综合布线系统。这些系统的共同特点就是：流媒体信息的网络传播，流媒体是指运用可变带宽技术，在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频数据的一种格式。8例如，流媒体在播放前只将部分内容缓存，并不下载整个文件，在数据流传送的同时，用户可在计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放，这样就节省了下载等待时间和存储空间，使时延大大减少，而多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。例如，有线电视起源于共用天线电视系统MATV(Master Antenna Television)。共用天线系

27、统是多个用户共用一组优质天线，以有线方式将电视信号分送到各个用户的电视系统，随着我国国民经济和科学技术的迅速发展，人们对文化、教育和信息等多方面的需求有了大幅度的提高和增加。曾起过重要作用的共用天线系统己不能适应新的形势，人们不再满足于当地电视台开路播放的电视节目，而是期望实现高质量、多频道、多功能的电视传播，有线电视系统完全能够满足这些要求。有线电视系统不仅能高质量地转播当地的开路电视节目，还可以自办节目或转发卫星电视节目，并能双向传输和交换信息。本章小结本章通过介绍安全防范系统和信息网络系统的具体内容，反应出了楼宇智能防盗报警控制系统的关键技术所在。介绍了监控防盗报警系统、门禁系统、可视对

28、讲系统、电子巡更系统等系统，对系统组成及功能有了初步了解。第三章 楼宇智能防盗报警控制系统需求分析第三章 楼宇智能防盗报警控制系统需求分析课题研究的系统是智能化的楼宇防盗报警系统，是通过红外信号采集进行功能实现的，下面将对楼宇智能防盗报警控制系统的功能进行概述，并对整个控制系统进行需求分析。3.1 系统功能概述该智能报警器专门为楼宇居住用户开发研究的，该报警器配用相应的标准保安探头，可以实现防开启、防接近、防玻璃破碎等全面的保安，由于该报警系统中应用单片机技术和现代化电子技术，保安功能全部可由用户设置与修改。用户可根据各自特定的保安要求，通过小键盘设置组成各种高质量的专用保安系统。其主要功能结

29、构如图3-1所示：复位电路单片机传感器1信号处理电路GSM模块用户终端传感器2传感器3时钟电路图3-1 防盗报警系统结构图从图中可以看出系统的主要执行功能如下：（1）系统的控制面板上电源开关POWER按键，可以开闭系统；（2）防盗系统：若有非法入室盗窃者，立刻现场警笛报警，并向外发出报警信号；3.2 系统需求分析根据系统项目实际的开发需求，楼宇智能防盗报警控制系统可实现自动检测与自动报警。采用红外探测与微波探测器构成的双鉴探测器实现盗情检测。主机与各种传感器无线布控，安装简便，不需施工布线。微电脑自动拨号报警，可远程报警，向主人的手机，110及小区管理处等地报警，停电时仍能正常工作，并且警号响

30、度不受影响。警笛鸣响时间的选择，该项功能可以设定在警笛为启动模式时拨打电话报警时现场警笛鸣响时间的长短。设计控制系统的需求模块如下图3-2所示：楼宇智能防盗报警控制系统其他辅助电路模块自动报警模块视频监控模块红外传感器模块电源电路模块图3-2 防盗报警系统功能需求模块图3.3 性能需求分析为了使设计出的防盗报警控制系统具有一定的生命力，从以下几方面进行了考虑：（1） 稳定性由于防盗报警系统具有连续、实时的特性，要求系统具有较高的整体性能，各模块之间应具有连续稳定性12。因此要求设计的网络系统具有很好的稳定性和可靠性。（2） 开放性本系统是防盗报警系统的重要组成部分，数据资源应与其它系统实现共享

31、或具有较好的逻辑接口，因此要求该防火防盗报警系统具有良好的开放性能。（3） 可扩展性随着社会的不断发展，新形势下的新问题会不断出现，本防盗报警系统所具有的功能也将随之扩展。因此在设计时应充分考虑到各种可能的发展趋向，使设计的系统具有良好的扩展性，适应一段时间内发展的需要。本章小结本章是楼宇智能防盗报警控制系统研究的需求分析部分，主要研究了防火报警系统的功能需求与性能需求，为后面关于系统的设计与实现奠定基础。第四章 楼宇智能防盗报警控制系统总体设计第四章 楼宇智能防盗报警控制系统总体设计4.1 系统总体结构设计由上文楼宇智能防盗报警控制系统的需求分析可知，其控制系统的硬件模块主要是对其硬件功能电

32、路进行设计的，主要的电路包括系统的电源控制电路、红外传感器模块、蜂鸣器报警模块、RS232模块、GSM模块等，硬件模块总体结果如图4-1所示。电源控制时钟电路蜂鸣报警MCUAT89C52红外传感液晶显示复位电路GSMRS232图4-1 系统硬件模块总体结构图4.2系统硬件模块设计4.2.1 防盗传感器选型对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点：(1)主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报。(2)由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制

33、，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。本系统采用的是AIR30主动式红外传感器。主动式红外传感器(亦称：红外光栅)，由投光器和受光器组成。投光器引出的两根线为电源线，工作电压为DC12V，即红色引出线为“+”极，黑色引出线为“-”极；受光器则有四根引出线，其中两根为电源线，工作电压为DC12V；红色引出线为“+”极，黑色引出线为“-”极，另外两根为信号线。4.2.1.1 主动式红外探测器中红外接收器的工作原理主动红外探测器能主动发射红外光，即当被探测目标侵入所防范的警戒线时就会遮挡掉红外发射机与接收机之间的红外光束，我们把这种能响应被遮挡红外光束，并进入报警状态的电子装置称为主动红外探测器。由

34、于同质半导体硅不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结，或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场。当光照这种半导体时，半导体对光的吸收就产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差。这就相当于向PN结加上一个正电压，就是光生电动势。如果将这样的PN结与外电路相连，就有电流流过外电路，从而在负载电阻上得到一个随入射光变化的电压信号。这就是不加电源，能将光信号转变为电信号的光电池的工作原理。4.2.1.2 主动式红外探测器的工作原理主动红外探测器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。当被探测目标

35、侵入该警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，此时接收机接收的信号就会发生变化，它经放大与信号处理后，即控制发出报警信号。主动红外的发射光源，通常用红外发光二极管，其特点是体积小、重量轻、寿命长、功耗小，交直流供电都能工作，晶体管、集成电路都能直接驱动。还有一些半导体激光器，如砷镓铝双异质结半导体激光器等，也工作在红外波段，因而也是一种主动红外探测器。主动红外探测器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波形，其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源，使它产生很高占空比的脉冲波形，去调制红外二极管发光，以发射出红外脉冲调制光谱。这样，就降低了电源的功耗，提高了灵敏度，和系统抗杂散光的干扰能力。对光束遮挡型的探测

36、器，要适当选取有效的报警最短遮光时间。因为遮光时间选得太短，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警；而遮光时间选得太长，又可能导致漏报。因此，通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，来定最短遮光时间。如人的最小宽度为20cm，则最短遮断时间为20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光时间大于20ms，系统报警；遮光时间小于20ms，则不报警。主动红外探测器多采用双光路，可提高其抗干扰、防误报的能力。这种主动红外探测器寿命长、价格低、易调整，因此被广泛使用在电视监控报警系统工程中。当主动红外探测器用在室外自然环境时，比如无星光和月亮的夜晚，以及夏日中午阳光的背景辐射

37、的强度比可超过100dB时，这就使接收机的光电传感器工作环境相差太大。通常采用截止滤光片，滤去背景光中的极大部分能量（主要滤去可见光的能量），使接收机的光电传感器在各种户外光照条件下的使用条件基本相似。此外，大雾还会引起传输中红外光的散射，缩短主动红外探测器的有效探测距离，在安防工程中必须考虑。如实测某红外探测器：在无雾时有效探测距离7km；浅雾时有效探测距离2.5km；轻雾时有效探测距离1km；中雾时有效探测距离0.6km；重雾时有效探测距离0.3km。4.2.1.3 被动式红外探测器中热释电探测器的工作原理被动式红外探测器中的核心器件热释电探测器是基于热释电效应的原理工作的，它是一种对波长

38、无选择性的将热能转换为电能的热电探测器，并且是一种交流器件。因此，它对恒定不变的温度无响应，只能探测响应有变化的温度。一般，电介质的内部没有载流子，所以没有导电能力。但它也是由带电的粒子电子、原子核等组成的。在外加电场的情况下(如加上电压)，带电的粒子也要受到电场力的作用，其正电荷总是趋向阴极，而负电荷趋向阳极，虽然其移动距离很小，但其结果使电介质的一个表面带正电，相反的表面带负电。通常我们称这种现象为“电极化”。对大多数电介质来说，在电压除去后，极化状态随即消失，带电粒子的运动又回复到原来状态。但是，有一类被称为“铁电体”的电介质，在外加电压除去后仍保持着极化状态。这就是所谓“自发极化”。一

39、般铁电体的极化强度Ps（单位面积上的电荷）与温度有关，温度升高，极化强度减低。升高到一定温度，自发极化就突然消失，这个温度称为“居里温度”或“居里点”。在居里点以下，极化强度Ps是温度的函数，利用这一关系制造的热电探测器，称为热释电探测器。当红外辐射照射到已经极化了的铁电薄片上时，引起薄片的温度升高。因而表面电荷减少，这就相当于“释放”了一部分电荷。释放的电荷可用放大器转变成输出电压。如果红外辐射继续照射，使铁电薄片的温度升高到新的平衡值，表面电荷也就达到新的平衡浓度，不再释放电荷，也就不再有输出信号。热释电型探测器在稳定状态下，输出信号下降到零，只有在薄片温度的升降过程中才有输出信号，因此在

40、设计制造和应用热释电探测器时，都要设法使铁电薄片具有最有利的温度变化。由于热释电晶体具有自发极化Ps，晶体的表面应该出现面束缚电荷。在与极轴（即Ps方向）垂直的表面内，面束缚电荷密度等于Ps。但通常这些面束缚电荷被晶体内部的外来的自由电荷所中和，因此觉察不出来。晶体内部自由电荷起中和作用的平均时间为=/，其中为晶体的介电常数；为晶体的电导率。多数的热释电晶体的值在1s到1000s之间。热释电探测器用调制频率为f的红外辐射照射热释电晶体，就会使得晶体的温度、晶体的自发极化以及由此而引起的面束缚电荷均随频率f发生变化。如果频率较低，f5V时，类似于上面的分析情况，Data0ut2输出为低电平信号；

41、(2)当4V电压U(Data0utl)加上4.5V5V时，比较器A3脚电压高于A2脚电压，A1输出高电平电压；B6脚电压低于B5脚电压，B7输出高电平信号，由于电路是线与的结构，故Data0ut2输出为高电平信号；(3)当电压U(Data0utl)加上4.5V4V时，比较器U2 A部分A3脚电压低于A2脚电压，A1输出低电平电压；U2 B部分B6脚电压低于B5脚电压，B7输出高电平信号，由于电路是线与的结构，故Data0ut2输出为低电平信号；图4-5 防盗数据采集信号整形电路4.2.5 RS232串口模块通信就是不同的系统经由线路相互交换数据。通信的主要目的是将数据从一端传送到另一端，达到数

42、据交换的目的。例如，从人与人之间的对话、计算机与设备之间的数据交换到计算机与计算机间的数据传送，乃至于广播或卫星都是通信的一种，一个完整的通信系统包括发送端、接收端、转换数据的接口及传送数据的实际信道。按照通信的形式可以分为两种，其中一种为并行传输的通信，即并行通信（ParallelCommunication），另一种则为串行通信（SerislCommunication）。这两种通信方式的区别是，并行通信一次的传输数据量为8位（1个字节）；而串行通信则一次只能传输1位，传输1字节数据（8位）数据就需要8次才能传出去，因此，它们两者之间的数据传输速度就相差8倍。并行通信虽然可以在一次的数据传输中

43、传送8位，但是数据电压在传送的过程中，容易因为线路及干扰因素使得电压准电位发生变化（主要为电压衰减和信号间相互干扰问题），因而使得传输数据发生错误，通信距离越长，问题越明显，因此并行通信主要用于传输距离较短的场合，如电脑主板的并口LPT1，主要和并行打印机通信。串行通信一次只传输1位，相对来说，要处理的数据电压只有一个，因此比较不容易漏失数据，通信时候再加上一些校验防范措施后，串行通信的出错就更不容易了，串行通信端口（SerislCommunicationPort）在系统控制的范畴中一直占有极其重要的角色，不仅没有因为时代的进步而被淘汰，反而是在规格上愈来愈向其极限挑战。RS-232C是由美国

44、电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广泛的标准总线。RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美国电子工业协会，其中RS是RecommendedStandard的缩写，代表推荐标准，232是标识符，C代表RS-232的最新一次修改（1969年），在这之前，有过RS-232A、RS-232B标准，它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。现在，计算机上的串行通信端口（RS-232）是标准配置端口，已经得到广泛应用，计算机上一般都有12个标准RS-232C串口，即通道COM

45、1和COM2。EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了明确规定。在TXD和RXD引脚上电平定义：逻辑1(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上电平定义：信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”的传输的电平为-3V-15V，逻辑“0”传输的电平为+3V+15V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平为+3V+15V，断开状态(OFF)即信号无效的电平为-3V-1

46、5V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来；而介于-3+3V之间的电压即处于模糊区电位，此部分电压将使得计算机无法准确判断传输信号的意义，可能会得到0，也可能会得到1，如此得到的结果是不可信的，在通信时候体现的是会出现大量误码，造成通信失败。因此，实际工作时，应保证传输的电平在(315)V之间。目前，大部分计算机的RS-232C通信接口都使用了DB9连接器，如上面图中所示，主板的接口连接器有9根针输出（RS-232公头），也有些比较旧的计算机使用DB25连接器输出，下面我们来介绍DB9和DB25输出接口的引脚定义。RS-232C串口引脚定义表：9针RS-232串口（DB9

47、）引脚简写功能说明1CD载波侦测(Carrier Detect)2RXD接收数据(Receive)3TXD发送数据(Transmit)4DTR数据终端准备(Data Terminal Ready)5GND地线(Ground)6DSR数据准备好(Data Set Ready)7RTS请求发送(Request To Send)8CTS清除发送(Clear To Send)9RI振铃提示(Ring Indicator)RS232连接电路如图4-6所示图4-6 RS-232连接电路图4.2.6 GSM模块TC35ITC35I新版西门子工业GSM模块是一个中文短信息的工业级GSM模块，如图4-7所示，工

48、作在EGSM900和GSM1800双频道，电源范围为直流3.3-4.8V，电流消耗休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；可传输语音和数据信号，工号在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35I的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s-115b/s，自动波特率为1.2kb/s-115kb/s。它支持text和pdu格式的SMS（Short Message Service，短信息），可通过AT命

49、令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35I由供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35I的核心系带处理器GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。TC35I模块有40个引脚，通过一个ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35I的第1-5引脚是正电源输入脚，通常推荐值4.2V，第6-10引脚是电源地。11、12为充电引脚，可以外接锂电池，13为对外输出电压（共外电路使用），14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏

50、电阻，用于锂电池充电保护控制。15接是启动脚IGT，系统加电后为使TC35I进入工作状态，必须给IGT加一个大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不超过1ms。16-23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35I模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps-115kbps之间可选，默认9600。硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AI命令集。其中18脚RX

51、D、19脚TXD为TTL的串口通讯脚，需要和单片机或者PC通讯。TC35I使用外接式SIM卡，24-29为SIM卡引脚，SIM卡同TC35I是这样连接的：SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35I的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。TC35I的第32脚SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35I的工作状态，可用AT命令AT+SYNC进行切换，本模块使用的最后一种。当LED熄灭时，表面TC35I处于关闭或睡眠状态，当

52、LED为600ms亮/600ms熄时，表明SIM卡没有插入或TC35I正在进行网络登录；当LED为75ms亮/3s熄时，表明TC35I已登录进网络，处于待机状态。图4-7 GSM模块 TC35I30、31、32脚为控制脚，其中30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。35-38为语音接口，35、36接扬声器放音。37、38可以直接借驻极体话筒来采集声音（37是话筒正端，39是话筒负端）。模块的供电电压如果低于3.3V会自动关机。同时模块在发射时，电流峰值可高达2A。同时在此电流峰值时，电源电压（送入模块的电压）下降值不能超过0.4V。所以该模块对电源的要求较高，电

53、源的内阻+FFC联接线的电阻必需小于200m。64.3 系统软件模块设计4.3.1 系统主要流程的实现系统软件体系结构包括后台程序、数据库、控制中心、规则中心和用户交互界面等部分。后台程序定时执行，向数据库导入中心数据库和采集的相关信息；控制中心是一系列对数据库进行操作的程序，读取数据库中规则信息和文档信息进行处理，并与用户进行交流。系统软件体系结构如图4-8所示:初始化电源检测设置定时中断调用指令子程序电话中断请求？检测定时子程序启动延时检测到微波传感信号检测红外传感信号等待输入密码调自动拨号子程序密码正确？对方摘机时间到？调语音报警子程序盗情报警110结束图4-8 系统软件体系结构流程图4

54、.3.2 系统主要程序的实现防盗数据采集信号经过电路的放大与处理后，输入到单片机端口的是一个脉冲信号，该脉冲信号随着检测的移动红外线而变化，当单片机PD2端口检测到脉冲信号的时候，考虑到设计的便利与节约性，在程序的处理中，不再对信号进行采样，而是直接采用单片机的查询进行处理，通过查询程序，直接调用出系统的防盗状态。程序设计的流程如图4-9所示：进入判断脉冲产生异常执行功能蜂鸣器报警退出图4-9 防盗信号处理流程图主要的中断查询函数如下：Interrupt EXT_INT2 void ext_int2_isr(void)Int I;delay_us(50);w_speed=0;for(i=0;i

55、60000;i+);delay_us(10000);4.3.3 系统Proteus仿真至此系统整体仿真测试已完成，系统模拟仿真模块整体拼装后如下图所示：图4-10 系统总体仿真电路图本系统仿真顺利结束，运行结果令人满意，本设计虽然简单，但确是未来技术发展趋势的基础，因此本次模拟仿真具有重要的意义。对于本系统的总体评估，从整体上说，因为结构的简单所以稳定性相对来说较高，因此并没有出现问题，本系统按照事先所设想的，一步步完成了针对性的测试，所表现的功能符合本次设计的预期效果，总体评估良好。但是细节上仍需要注意，第一需要考虑到当长距离发送信号时电路的稳定性问题，线路过长会导致噪声或纹波的加大，对控制信号