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1、摘 要摘要随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求已从追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过渡。本文介绍了住宅智能化中的防盗防火报警系统。智能化住宅防盗防火报警系统集防盗防火功能于一体，可实现自动检测与自动电话拨号报警。自动检测是指由红外探测与微波探测器构成的双鉴探测器实现盗情检测，同时由温度探测器、光电感烟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火情检测。多传感器的应用实现了低误报率，增强了系统可靠性。自动电话拨号报警是指通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号。当防盗、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
2、电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情类别，自动拨打相关部门的电话号码如小区管理中心电话。本系统通过密码来识别主人身份，系统开启后只有输入正确的密码才能关闭系统。系统从硬件方面进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，完成系统可靠工作。关键词：智能报警系统；防盗防火；自动拨号；语音报警III目 录目录摘要I1 前言11.1 序言11.2 国内外研究概况11.3我国住宅智能安全防范系统展望41.4论文主要工作概述52 系统总体方案设计62.1 智能报警系统的总体构成62.2报警系统的功能及工作过程73 用户端探测器设计83.1防盗探测器电路设计83.1.1热释电红外线探测器93.1.2微波探测器
3、123.2防火探测器电路设计143.2.1温度探测器163.2.2光电感烟探测器163.2.3 CO气体探测器184 用户端自动报警器设计194.1 用户端自动报警器总体设计194.2自动报警器电路设计204.2.1 AT89C51单片机简介204.2.2自动报警器电路设计224.3串行EEPROM-X25045244.3.1 X25045简介244.3.2 X25045的工作原理：255 自动拨号及语音报警电路设计275.1 拨号电路275.1.1拨号电路的主要功能275.1.2 MT8888芯片简述275.1.3 MT8888外围电路315.2语音电路325.2.1 ISD1420芯片简述
4、325.2.2芯片工作原理335.2.3芯片工作模式345.2.4语音芯片及外围电路355.3电话接口电路366 键盘与密码显示电路设计386.1 键盘电路386.2密码显示电路397 控制字和各芯片工作模式设定407.1 控制字设定407.2 芯片工作模式设定40结 论41参考文献42致 谢45附录A用户端自动报警器电路图461 前言1 前言1.1 序言随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。家庭及住宅小区
5、智能化的定义，在国际上至今尚无一致的定义，一般认为，在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。国家建设部规定，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
6、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。本文所要介绍的智能防盗防火报警系统，正是在智能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，为保障小区人身财产安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输(DTMF)及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障小区安全的目的。双音多频(DTMF)信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号：接收部分用于完成D
7、TMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。1.2 国内外研究概况在社会信息化进程日益发展的今天，信息技术应用己渗透到人类生存、活动的各个领域，在建筑领域，人们的现代生活、工作对居住和办公的建筑环境不仅要求舒适健康、安全可靠、高效便利，同时还要适应信息化社会运用科技手段和设备的要求。但是经济的发展也带来了相当大的负面影响。城乡收入差距、区域收入差距进一步拉大，以及流动人口的迅速增加，社会保障制度的不健全，盗窃、抢劫等刑事案件也呈现出了增加趋势。人们越来越渴望
8、有一个安全生活的空间。犯罪分子的作案手段越来越高明，甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种以人防为主的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。因此，人们的日常安防工作中，引入了很多高科技手段，我们称之为技术防范。因为技术防范能够及时发现各种案情，并为案件的破获提供有力的证据，所以，越来越受到人们的重视。与此同时，随着生活水平的提高，液化石油气、管道煤气进入了更多人的住宅里，各种家用电器也得到了广泛的使用，但是，人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，却也增加了火灾隐患。如果一个小区实现了智能化管理，管理人员就可以快速有效地完成对小区的智能管理，诸如各种盗情、火灾等报警数据的采集，管理中
9、心对各种警情的及时处理等。智能化住宅是信息化社会的产物，住宅智能化的内容一般包括：住宅安全自动化(SA)，通信自动化(CA)，保健自动化(HA)和管理自动化(MA)，因此也称为4A系统。所谓智能化小区，即是通过一个高度集成的通信和计算机网络，把住宅小区安全防范系统、物业管理系统、公共服务系统、信息系统连接起来，建立集成平台与信息处理控制中心，各个系统独立运行又共享网络硬软件资源，实施智能化与最优化，为住户营造一个安全、自由、舒适的现代居家生活环境。智能小区是在智能化住宅的基本含义中扩展和延伸出来的，小区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活
10、隐密性、封闭性越来越强。所以说，小区的安防系统和智能管理系统是现代化小区管理不可缺少的有机组成部分。考虑设备成本与集中管理的需要，可将周界报警探测系统、住宅联网报警系统加以集成和综合，构成综合防范体系。由此，居民住宅应当设置安全防范报警系统，对火灾、盗窃、入室抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的能力。 现代安防监控系统己有了新的概念，通常称为安全自动化SAS(Security Automation System)，并与防火自动化系统FAS.(Fire Automation System)共同构成智能建筑系统最底层的系统。目前国外发达国家己逐渐形成一个集安
11、防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年一1971年，首先在美国、英国等国家形成，像ADEMCO(安定宝)；VICON(维康)；CHUBO(集宝)；AMERICA DYNAMIC (A.D)等。60年代视频图像技术，70年代计算机数字技术。80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速发展。西门子楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况，充分结合社区住户本身，最新推出一了Guarto Easy新型安全防范系统。西门子楼宇科技公司的最新产品Guarto Easy将视频监控、音频对讲监听、防
12、盗报警(有线或无线连接方式)、火灾探测、危险气体探测等多种警告方式(声光，无线，拨号)结合起来，对社区住宅及分散型小型建筑进行全方位的安全防范。Guarto Easy采用总线式结构，符合安防系统的暴露线路最短的原则。通过适配器可以接入各种信号(电压，触点等)，可以连接防盗探测器，震动探测器，气体探测器，火灾探测器，紧急按钮，门禁触点等各种探测器，能够适应各种情况。在线路上，可以接入中继器实现探测线路的延长，从而更好的适应环境。就智能住宅中的火灾报警而言，目前出现的大型组合火灾报警系统或智能火灾报警系统，一般是根据灾前检知的光、热、烟、气、味等个别异常或是否达到某种阈值来做出判断的多阈值系统，多
13、传感元件火灾探测器是智能型的装置，使用三种不同类型传感元件的探测器记录模拟量的火灾参数，并将这些模拟量转换成数字信号，然后，探测器利用数值算法判定是否存在火灾危险。现在世界各国都在致力于研究和开发能早期预报火灾的火灾探测方法和设备，如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，就可组成智能火灾探测系统，提高火灾探测系统的检出率，增进系统的可靠性。在我国，小区安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设室内分机用于接
14、收室内各探测器的报警信号。室内分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器、温度探测器、红外及微波探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号。我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。在我国，以北京、深圳、上海、广州等较发达的城市为龙头在近几年内也形成了一股智能化住宅热。目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安防系统。大连市华乐一环海花园全部住宅均设计有国内一流的家居安防系统。家居安防系统包括四部分功能：幕帘式电
15、子栅窗、智能门禁管理、紧急呼救和误报自解除功能。该系统采用独立的不间断电源供电。当住户家居安防系统断电时，自检系统会自动向保安中心报警。保安中心计算机还会始终记录每一户住宅的家居安防系统是否处于设防状态。室内装有震动报警头(可以检测破坏门时的震动)、红外微波双鉴式报警头(可以检测室内是否有人)及报警控制器。报警控制器以MCU为核心，可以检测两个报警头输入信号，可以设置新密码，可以接收遥控器输入信号，可以实现声、光报警或把报警信号通过电话线送到110。系统中还配备了8Ah的充电电池，以保证在断电或电源被破坏时系统正常工作。可以预见，智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流。特别是在我国，
16、随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。1.3我国住宅智能安全防范系统展望智能化住宅和智能小区近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。智能化住宅和智能小区建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展智能住宅小区是住宅产业现代化的必然选择。按智能技术开发的功能和作用的不同，智能小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。以火灾报警为例，探测智能是通过探测器中的微处理器进行的
17、，它不但对火灾信号直接进行检测、分析和信号处理，而且对环境的变化可及时做出响应，并利用软件中建立的算法进行综合比较，自动调整运行参数，做出恰当的智能判断；监控智能则是由探测器中计算机自身的软件(程序块)来完成的，监控程序周期地运行，使系统始终保持良好的使用和维护状态。将来的火灾探测报警系统的发展方向是智能寻址式(也称模拟量)系统，目前欧美已有一些国家正在大力研究无线火灾探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。如今，随着我国经济的不断腾飞，人民生活从小康向全面小康转变，大件耐用消费品己大量进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安
18、全防范系统。同时人类已经进入二十一世纪，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。1.4论文主要工作概述针对国内外的发展情况，可见住宅智能安全防范系统是我国未来智能住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的智能住宅防盗防火报警系统是依托公共电话网做传输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点，而对于实行物业管理的居民区以及机关、事业单位的办公区则采用分户对值班室的联网方案。本课题所设计的防盗防火报警系统符合国家建设部对普及型住宅小区的要求，实现功能包括：能对住宅的火灾、有害气
19、体泄露等实行自动报警；还能对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频(DTMF)编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门(小区管理中心或110/119报警台)之间的数据交换。用户端的智能防盗防火系统包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。课题重点设计了前端探测器部分和自动拨号报警部分，详细分析了红外防盗探测器的工作原理，最终完成了防盗防火的自动拨号报警功能。182 系统总体方案设计2 系统总体方案设计2.1 智能报警系统的总体构成智能住
20、宅防盗防火智能报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。本防盗防火报警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、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个两级联网通讯的防盗、防火报警系统。系统总体构成包括防盗防火探测器、用户端自动报警器、自动拨号和语音电路，系统组成框图如图1所示。图1智能住宅防盗防火报警系统组成框图用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测器(红外、微波、光电感烟、温度、一氧化碳)进行监测与控制，并对
21、从各个探测器采集来的数据进行处理。当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中。系统不需要另外占用电话线路，当有报警信号时，报警电话享有电话线路的优先权。2.2报警系统的功能及工作过程智能住宅防盗防火报警系统具有以下特点和功能：1）系统采用模块化设计。2）前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。并能够可靠地进行盗情、火情报警，通过电话线拔打预先设置的1-6组电话/手机号码(小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110、火警电话119、紧急呼救电话)，进行语音报警。报警完毕自动回到
22、警戒状态，等待下一次报警。3）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)，并可向中央控制器报告故障情况。4）系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。5）用户端自动报警器内提供备用电源，在没有市电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。系统的基本工作过程：用户端的防范现场，一旦有人入侵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
23、场声(蜂鸣器)、光(LED)报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。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)。正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时的时间。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(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
24、、备用电池电量是否不足等)上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。3 用户端探测器设计3 用户端探测器设计探测器电路设计是本课题电路设计的重点之一，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，其中详细设计了红外、微波及光电感烟探测电路。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。3.1防盗探测器电路设计防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图2所示
25、。图2双鉴探测器原理示意图双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点，但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率，下面详细介绍本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程。3.1
26、.1热释电红外线探测器 在自然界，任何高于绝对温度(-273)的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 1. 热释电效应热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钛锆酸铅(PZT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR) ，PTR能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由
27、塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60 -70db，就可以检测10-20m处人的活动。2. 热释电红外探测器基本原理热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。由于传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到；而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器
28、适用于盗情信号的检测。探测器原理框图如图3所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Uo。图3热释电红外探测器原理框图3热释电红外探测器电路设计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)。检测元件BISS0001是CMOS数模
29、混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚排列及各点波形如图4和图5所示。当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在Tx时间内，任何IC7的变化都被忽略，直至延迟时间Tx结束。当Tx时间结束时，Uo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期Ti。在Ti周期内，任何IC7的变化都不能使Uo为有效状态。本电路中由于BISS0001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，电路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有
30、效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。RR1、RC1为输出延迟时间Tx的调节端，RR2、RC2为触发封锁时间Ti的调节端。图4 BISS0001管脚排列图图5 不可重复触发工作方式下各点波形图6所示为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ICl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
31、的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。由于VH3.15V, VL1.35V，所以当VCC为+4.5V电压时，可有效地抑制0. 9V (VH-VL)的噪声干扰，提高系统的可靠性。IC6是一个条件比较器，当输入电压VC VR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Uo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，输出端电平由高电平跳变至低电平，可实现检测并报警。图6 红外线探测器电路图3.1.2微波探测器1微波探测器原理微波
32、探测器为空间探测器，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。在微波段，当以一种频率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上(如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成)。当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与
33、人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。图7 微波探测器原理框图环形天线和它周围的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激振荡电路(它的振荡频率在1GHz左右)，微波探测器原理如图7所示，当电路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放大后的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同的等幅脉冲输出。2微波探测器电路设计微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大
34、器KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接+6V电源。其电路图如图8。当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应的变化。根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。混频后高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级放大，10uF电容与7. 5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才为高电平，此时，C9015导通，最后信号经U2, U3构成的窗口比较器比较后输出探测到的信号。实验过程中报警范围实测约为78米，探测到有效信号时，有20秒的报警信
35、号输出，LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。该电路可以工作在较宽的电压范围内(标准电压是32V，但实际可以工作在很宽的电压范围内)，当检测到异常信号时为高电平。图8 微波探测器电路图微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整，过高或过低的灵敏度都将影响防范效果。微波探测器灵敏度通过调节比较器参考电压端电压来控制，红外探测器灵敏度通过调节输出延迟时间Tx和触发封锁时间Ti来控制。3.2防火探测器电路设计防火探测器是由温度探测、光电感烟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。其中光电感烟探测器为本
36、课题中传感器电路的设计重点。复合型火灾探测器原理如图9所示。由于单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器(包括阈值触发式和模拟量式)对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要。因此，报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经逻辑或非门送给单片机进行综合判断，然后经确认后发出报警信号。图9 复合式火灾探测器原理示意图表1 探测器比较试验对照表传感器类型单传感器元件阀值探测器多传感元件探测器试验火类型光电感烟探测器差温探测器离子感烟探测器光电和差温复合探测器木材明火TF
37、1不适合最佳最佳很适合木材热解火TF2最佳不适合适合最佳棉绳阴燃火TF3最佳不适合很适合最佳聚胺酯塑料火TF4很适合适合很适合很适合正庚烷火TF5很适合很适合最佳最佳无烟液体火TF6不适合最佳不适合很适合实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，比较实验结果如表1中所示。光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点；但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾，由此，在设计中增加
38、了CO探测部分，可以探知早期火灾烟雾中的CO成分，这样就大大降低了各种环境因素的干扰，提高了报警的可信度。下面分别介绍三种传感器的电路设计。3.2.1温度探测器温度探测器使用数字温度传感器DS18B20，5V直流电压供电。DS18B20的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B20时钟周期内能提供足够的电流，图10中采用一个MOSFET管和MCU的I/0口来完成对DS18B20的总线上拉，然后通过另一I/0对DS18B20进行控
39、制并取得温度值。图10 温度探测器电路图3.2.2光电感烟探测器本节着重探讨光电感烟探测器电路设计。作为发光器件，目前多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管，受光器件的阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是OPTEK公司的OP231和OP801SL光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电电压为1.5V，接收管使用5V的直流电压供电。1散射光式光电感烟火灾探测器的工作原理利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度与烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。对于由烟雾引起光散射的测量，特别是对于近距离产
40、生的光散射测量，因为烟雾的测量限于小的范围，对那些影响测量的干扰可以比较容易的消除，因此，利用光散射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。正常情况下，在发射与接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射管发出的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。集烟盒内壁为黑色粗糙面，可将盒内的光反射减至最小。集烟盒外侧开有气、烟对流孔，烟雾进口处敷以不锈钢网，以防止杂物进入集烟盒造成误报。在火灾发生时，当有烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器给出报警信号
41、电平。2光电感烟探测器电路设计红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。同时，较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。电路原理如图11所示。上电后，555振荡输出信号经过8050放大并反相，使红外发射管OP231上获得调制后的方波电压信号，电路设计中，振荡电路输出的方波信号为7ms的高电平和139ms的低电平输出，频率约为7Hz，设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准，同时满足低功耗要求。接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后，以变化电流的形式送给三极管9014，放大后的射
42、极电流变换成电压信号作为输出，其中输出端可变电阻用于调节输出为合适的电压信号以备计算机采样用。图11 散光型光电感烟探测器电路图3.2.3 CO气体探测器CO气体探测器是采用MQ-7一氧化碳气体传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点。电路图如图12所示。555振荡输出Q端驱动C9013给CO敏感元件的加热丝间断供电，节省功耗。由CO引起的敏感元件电阻的变化最终反应在输出电阻R5上。图12 CO气体探测器电路图4 用户端自动报警器设计4 用户端自动报警器设计4.1 用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图13所示，主
43、要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘/密码显示模块以及电源模块。本节着重介绍与自动拨号功能相关的硬件电路设计。图13 用户端自动报警器组成框图系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机。AT89C51采用COMS工艺，是一种低功耗、高性能的，与INTEL 8051系列单片机完全兼容的8位微控制器。AT89C51内部具有4K字节的Flash(闪速)存储器，可反复擦写，在设计程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统的开发与研制。4.2自动报警器电路设计4.2.1 AT89C51单片机简介1主要性能参数1）与MCS-51产品指令系统完成兼容2）4K字
44、节可重擦写Flash闪速存储器3）1000次擦写周期4）全静态操作：0Hz24MHz5）三级加密程序存储器6）1288字节内部RAM7）32个可编程I/O口线8）2个16位定时/计数器9）6个中断源10）可编程串行UART通道11）低功耗空闲和掉电模式2功能特性概述：AT89C51提供一下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工行串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同事，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时计数器、串行
45、通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3引脚功能说明Vcc：电源电压；GND：接地；P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓
46、冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，囚为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”；通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPT
47、R指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX RI指令)时，P2口线上的内容(也即特殊功能寄存器（SFR)区中R2寄存器的内容)，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流(IIL)。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表所示：表2 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将