智能监控防盗报警系统

0 引言
    智能防盗报警系统在维护国家、集体以及个人的财产安全上所发挥的作用越来越重要。因此，研究功能完善、性能稳定、操作方便的智能防盗报警系统越来越成为人们关注的焦点。
    本文的设计主要基于遥控系统、红外传感器监测报警系统、单片机应用系统实现。

1 系统特点
    系统功能包括遥控系统功能及监测报警系统功能两部分。
    遥控系统由遥控器待机／解锁键、数字键、操作键和功能键四部分组成。遥控器在超过一定时间没有任何操作时，遥控键盘将被锁定，数码管显示也被关闭，遥控系统进入自动待机省电模式。这时，只有将两个解锁键同时按下才能将遥控键盘解锁而重新正常工作。数字键包括数字0到9，用于报警电话号码、密码的输入。
    操作键包括上翻键、下翻键、清除键、返回键、选择键、主页键。操作键的选择键能够进行各级菜单和功能选择；上翻键、下翻键能够进行各级菜单目录和报警电话薄循环浏览；返回键能够退回上一级所选的子目录，直到主页；主页键能够在任何菜单状态下直接返回主页。
    功能键包括菜单键、监测布防／撤防键、系统开机／关机键。功能键能够实现监测报警系统的报警电话编辑、添加与删除，密码设置与修改，监测布防与撤防、系统开机与关机及短消息或者电话拨号远程报警方式选择。
    遥控器发射的按键数据在软件层进行了帧协议封装，在硬件层进行了红外发射、接收信号的调制解调，使遥控器能以较高可靠性进行无线数据传输，能够进行多路遥控。只要相同的接收系统支持，便能进行多路遥控，因而可以方便地将诸多需遥控操作的设备用同样的遥控器进行统一管理。
    监测报警系统能够并行实时监测及报警多路警情。警情定时采集频率为1．67kHZ。各路警情能够单独监测、报警。因此，具有良好的并发处理及实时处理性能。红外信号调制解调实现了抗光照、温度等环境干扰，日夜警情监测。现场报警电路在继电器的控制下能够发出高分贝的尖叫，以对盗窃者采取有效的制止措施。经过系统三总线技术扩展，监测报警系统拥有32K的数据存储器、大量的外部扩展I／O口、液晶显示等丰富的外设资源。扩展的32K外部数据存储器能够与智能防盗报警设备通信系统实现大容量信息的通信，因而为扩展警情图像采集、存储，GPRS彩信传输警情现场画面功能提供了硬件系统支持。此系统具备快捷的遥控操作、方便的系统设置、可靠的警情监测、实时的多路报警、丰富的外设资源、灵活的扩展改装等突出的特点。

2 系统硬件设计
    本系统硬件设计包括遥控系统和监测报警系统的硬件设计。遥控系统硬件设计由电源电路，矩阵键盘扫描电路，待机、解锁电路，红外无线传输发射电路，数码管显示电路组成；监测报警系统硬件主要进行了系统各模块警情监测、系统扩展、液晶显示、现场报警、红外遥控接收等模块以及系统整体硬件电路的设计。
2．1 系统硬件总架构
    智能防盗报警设备由遥控系统、监测报警系统、单片机扩展系统、液晶显示及报警通信系统五部分组成。系统硬件总体结构如图1所示。

2．2 红外遥控模块
    红外遥控器采用AT89C52RC单片机进行控制。硬件由遥控键盘扫描电路、单片机待机解锁电路、电源电路、数码管键值显示电路、单片机最小系统电路以及红外数据发射电路组成。

    遥控器的工作原理主要包括：遥控键值由矩阵键盘扫描电路捕获读入；通过软件消除按键抖动并对长按键复用进行识别；获取键值后按照自定义的无线传输协议进行帧封装；将帧信号进行38kHz调制；启动发射程序发射红外调制信号；遥控数据发送完成应答；将发射数据显示至数码管，并且进行重复发射数据识别和特别显示；启动遥控器进行空闲监视，计数超时则自动进入待机省电模式；等待解锁中断恢复正常工作。如图2所示，遥控键盘扫描电路、遥控待机／解锁电路、电源电路、数码管键值显示电路、单片机最小系统电路以及红外发射电路组成了完整的遥控器电路。

2．3 系统扩展模块
    监测报警系统采用AT89C52RC单片机，片内拥有8K ROM。本设计采用全译码方式编址，扩展了32K的数据存储器RAM。扩展电路如图3所示。

    此外，通过74LS573锁存器扩展了大量的I／O口。为了节省逻辑门器件，在高32K字节地址中采用部分译码方式编址，部分译码由P2．6、P2．5、P2．4通过译码器74LS138进行地址译码。
2．4 红外收发模块
    红外发射电源电路如图4所示，其发射由信号端IR S控制，IR S为高电平时红外发射管IR关断，为低电平时IR导通发射红外波。在IR S端加载38kHz方波信号便能对红外发射波进行频谱调制。38kHz调制方波采用硬件设计方案产生。由555定时器设计的多谐振荡电路获得。EN端控制方波信号的产生和停止。EN=1，电路正常工作，38K S端产生38kHz方波信号。EN=0，38K S端只输出高电平。

    红外接收传感器能够感应红外发射传感器发射的红外光，并产生对应的电信号。红外接收模块由红外接收管、前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器、整形电路和输出放大电路组成。由于红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此要增加高增益放大电路。红外接收传感器的电路如图5所示，当红外接收传感器感应到经38kHz调制的红外光波时输出低电平，否则输出高电平。

2．5 传感器信号处理
    传感器信号处理包括监测区域调节和多路并行实时监测。每个红外发射传感器以60张角发射红外信号，当红外接收传感器在其发射区域时，能够进行有效检测。现场环境中需要合理地分配传感器发射和接收的位置。本设计通过用7420与门芯片对多路信号进行硬件并行处理，可以根据实际情况加入红外发射和接收传感器进行并行监测。加大监测区域和排除监测盲区。
    警情信号由扩展的外部I／O读入。外部I／O口的设计采用数据总线采集方案，端口地址与外部数据存储器统一寻址，使用与外部数据存储器同样的指令来方便读写。每次读写为两个指令周期，能快速实时地从扩展外部I／O读入多路警情信号，并行采集到的警情数据通过位循环移位测试方式扫描多路警情信号。警情分析采用统计判决波消除毛刺，提高了监测可靠性。某路警情发生并触发报警执行后，其它各路监测信号继续实时扫描监测，并发性能良好。

3 系统软件设计
    系统软件整体结构图由遥控子系统和监测报警子系统组成。遥控系统软件设计包括矩阵键盘按键捕获扫描程序、键盘消抖和复用程序、红外发射信号调制程序、休眠唤醒触发及处理程序、按键显示程序等。监测报警系统软件设计包括中断管理程序、红外遥控接收程序、时钟及延时管理程序、外扩I／O端口的位、字节读写程序、ME卡的NVRAM读写程序、警情监测程序、现场报警控制程序、远程通信报警触发程序、液晶显示驱动程序、遥控操作调度程序等。
    本系统涉及的中断事件有遥控系统的待机、解锁中断、遥控红外发射脉冲定时中断、红外信号方波调制定时中断，以及监测报警系统的警情采样中断、红外遥控接收中断、UART通信接收中断、UART通信发送中断、开机、关机中断等组成。
3．1 红外数据收发程序
    本系统设计采用红外传输技术，通过单片机定时器设计红外38kHz调制载波，然后对遥控器和主控系统分别设计传输收发协议。收发协议定义流程图如图6所示。

3．2 监测报警功能程序
    图7所示为监测报警系统的软件流程图。警情监测采用系统中断最高优先级进行定时警情采样，在初步监测到警情后采取干扰消除措施进一步分析，当确认警情发生后将该路警情登记到警情管理变量中。同时触发现场报警和远程报警。

4 系统仿真
    完整系统仿真电路由PROTEUS软件设计。仿真电路能够对除遥控发射调制解调电路和传感器监测电路外的硬件设计方案和软件设计方案进行测试和调试。系统整体仿真电路如图8所示。

5 结束语
    本文叙述了一个红外遥控器和多路防盗监测报警系统的设计，此系统能够实现遥控器对防盗监测报警系统报警电话的编辑、添加、删除及全部删除，短消息或电话拨打远程无线报警方式选择，防盗监测布防及撤防，系统启动及关闭以及用户操作权限的密码管理功能。
    报警、丰富的外设资源、智能的系统诊断、灵活的扩展改装是本系统的主要优点。本系统在可靠性、稳定性、实时性、并发处理性、节能性等指标测试中均达到了满意的效果，具备了运用于实际防盗报警场合的价值和最终面向产品开发的优势。