基于RS485总线的智能小区周界防越报警系统的设计

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1.引言
         
        随着科学技术和经济的快速发展，人们对居家的概念已从最初满足简单的居住到注重对住宅的人性化需求，如安全、舒适、快捷、方便的智能小区，其中安全性是智能小区设计的首要目标。智能小区的安防系统担负着保护小区居民生命和财产安全的职责，由周界防越报警、视频监控、电子巡查、可视对讲、出入口控制、停车场管理等子系统组成，其中周界防越报警子系统是整个智能小区安防系统的核心之一。
       
        2.智能小区周界防越系统概述
       
        智能化住宅小区周界防越系统是为了防止有人从非法入口擅自闯入小区，以避免各种潜在的危险。为了对小区的周界进行安全防范，防止围墙或栅栏有可能受到破坏及非法翻越，提高周边的安全防范的可靠性，缩短发现非法入侵的时间，保证小区内各住户的财产及人身安全，根据小区周边地形及探测器功能安装红外对射探测器、震动探测器、光电对射探测器。当有人企图非法穿越小区周界时，报警探测器就会有信号输出，经监控模块将报警信号传送至小区管理中心的监探网络系统的监控主机，并在监控主机的电子地图上显示出报警的地点信号，通知值班人员及时采取制止入侵的措施，从而完成周边防越报警。系统主要包含的功能主件有：报警探测器，报警控制器和报警信息处理中心，系统结构图如图1所示。
       
       
        2.1 探测器
       
        探测器是整个系统的眼，鼻，用来感知外界的信息，将其转换成电平信号，向报警控制器传递[2].探测器的种类繁多，功能各异，住宅报警系统中常用的探测器有：红外对射探测器、振动探测器、光电对射探测器。红外对射探测器利用红外线经LED红外光发射二极体，再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离，由受光器接受。当光线被遮断时就会发出警报;震动探测器是以侦测物体振动来报警的探测器，可预置在墙体中在非法人员通过凿墙、挖洞时发出报警，可以通过非法人员产生的震动发出报警;光电对射探测器由发射器和接收器组成，通过发射器发出的光线直接进入接收器，当非法人员经过发射器和接收器之前阻断光线时，光电开关就产生开关信号发出报警。当报警控制器与探测器通常地理位置较近，可以用普通的两芯线或四芯线等进行连接。
       
        2.2 报警控制器
       
        报警控制器的作用是对探测器传来的信号进行分析、判断和处理。首先控制器将采集各输入端口的开关量，利用比较器将其转换为0、1状态信号，然后与初始状态比较，判断是否处于报警状态，并按照一定的协议向封装报警数据，发送给报警信息处理中心，通知保安采取紧急措施。
       
        2.3 报警信息处理中心
       
        报警信息处理中心的任务是对小区内各报警控制器发送的报警信息进行处理，它的主要功能包括自定义通讯协议的解释，在电子地图上显示报警详细信息，记录报警来源和应警情况，查询历史报警信息，进行系统信息管理等。小区保安人员根据报警信息，可以迅速获取报警地点、类型、周围环境等信息，采取紧急措施确保智能小区住户人身和财产安全。
       
        2.4 报警信息传输协议
       
        报警信息传输协议的选择是保证报警信息在网络中尽可能实时、可靠地传输的关键所在，电话线联网方式运营费用高、联网速度慢[3];固然TCP/IP报警联网方式具备安装灵活、方便快捷、稳定性及可靠性高的优势，然而TCP/IP报警现在多使用于居民小区，无线网络方式接入也多使用于某些住户已装修好不方便另外布线的区域，这种网络方式易受到网络病毒的影响，容易泄露报警信号，因此目前国内仍以专用总线制居多。
        3.设计思路
       
        本系统利用单片机芯片AT89S52开发设计了一个基于RS485总线的智能小区周界防盗报警系统，该系统所采用的单片机芯片造价低，扩展后前端有32个防区，完全能满足一个中小规模高端智能小区防盗报警系统功能上的要求，实现与目前市场上采用的XI7400报警主机相同的功能;该系统中前端报警信号通过RS485总线传输至报警信息处理中心，报警信号传输速率快，不容易受到网络病毒的影响，安全性独立性好;该系统中报警信息处理中心报警信息的显示采用模拟地图的方式实现，更加经济直观。结合智能小区周界防越报警系统的设计规范以及安防系统设计的基本原则，设计思路如下：
       
        3.1 基于RS485总线的周界防越报警系统的设计
       
        根据小区周界地形及区域功能性要求选用红外对射探测、震动探测器以及光电对射探测器，当有报警信号传入时，由挂在红外上面的下位机AT89S52识别防区地址，下位机AT89S52通过拨码开关被定义为单防区、双防区和八防区。再通过前端发送器MAX485转换模块接入RS485总线，信号通过RS485总线接入总控室，再通过后端接收器MAX485转换模块接收到信号，将信号传送给上位机AT89S52,上位机AT89S52接收信号并判断地址，控制其后端对应的的发光二极管闪烁，蜂鸣器发出响声提 醒管理官员，上位机根据所给的信号地址依次对应防区上的模拟地图(模拟地图与所对应防区事先对应)进行驱动发光，管理员可根据发光管的提示知道是哪个防区有报警，即可采取相应措施。经过硬件的调试，只要前段探测器探测到报警信号，就会触发报警，因为采用RS485传输不会受到网络病毒的影响，因此不容易产生漏报警的情况。此外采用RS485总线方式传输可以达到1.2km,超过距离也可通过添加中继器加以扩充，有效增加了所涉及的范围。RS485总线只有2根传输线敷设方便，且添加终端电阻后干扰较小，所以本次设计研究具有实用性、先进性和经济性，设计方案如图2所示。
       
       
        3.2 后端显示扩展
       
        AT89S52作为上位机时只有四个接口可以驱动发光二极管和蜂鸣器等报警输出，可实现24路防区的报警显示，若小区中报警点位多的话后端报警输出点位必然不够，因此需要扩展，我们采用的是利用单片机与74HC595等若干芯片实现对其进行扩展。
       
        3.3 报警信息处理中心模拟地图
       
        设计制作模拟地图，将各个防区对应报警点位都布置到模拟地图上，上位机根据所给的信号地址依次对应防区上的模拟地图(模拟地图与所对应防区事先对应)进行驱动发光，同时蜂鸣器也会发出提示音提示险情，当管理人员排除险情后才能停止报警。
       
        4.具体的实现电路
       
        4.1 前端报警信号传输与后端显示电路
       
        下位机AT89S52单片机P1口接主动/被动红外探测，单片机识别的语言是高级语言，即二进制。因此直接根据红外是否被出发作为二进制的开关量对前端的防区进行定义。当单片机AT89S52接收到红外传来的信号时，单片机用TXD、RXD端口将信号通过MAX485芯片的DI、RO接入到RS485的A、B总线上面，后端同样通过MAX485芯片A、B接收信号通过DI、RO接入到AT89S52单片机的TXD、RXD进行通信，实现对前端地址的识别。
       
        下位机AT89S52通过拨码开关可定义为单防区、双防区以及八防区模块，上位机AT89S52先根据前两位用来判断防区类型，再通过后六位来判断防区地址，后端上位机AT89S52接收到前端防区来的触发信号时，控制相应防区地址的报警输出光电二极管和蜂鸣器。后端接收的单片机RET端口接复位电路，当检查报警完毕之后管理员可按下复位按钮复位，重新进行下一轮的监控，硬件接线如图3所示。
       
       
        4.2 后端显示电路扩展
       
        485总线方式的有效传输距离为1.2km,防区可扩展到24路，一般的编译码器可实现8路防区的报警显示，为了能有效地扩展，在此课程设计中采用单片机并利用74HC595芯片对其进行扩展，如图4所示，可以扩展到128路。
       
       
        扩展芯片74HC595的11、12、13脚分别对应互接，为了进行扩展，前一个芯片的9脚连接下一个芯片的14脚，便可进行扩展。
        5.通讯模式
       
        本系统利用单片机的串行口实现了单片机之间的多机通信模式，由单片机构成的多机通信系统常常采用总线型主从式结构，在由多个单片机组成的本系统中，只有上位机单片机是主机，其余作为单防区、双防区、八防区地址模块的下位机都是从机，单片机的多机通信在通信过程中需要完成三部分的内容。
       
        5.1 地址识别过程
       
        在这一过程中主机发送的信息需要所有的从机都能接受，在设置串行口模式时，除从机要设置成多机通信模式，即SM2=1外，主机发送信息的第9位数据必须为“1”,即TB8=1.这是因为在多机通信模式下，从机只有接受到的第9个数据为“1”,才会将接受到的数据设置成有效，否则将视为无效数据将其丢弃。
       
        5.2 数据通信过程
       
        当主机与从机建立起联系后，接下来的工作就是数据通信，为了能够很好地完成数据传送，一般情况下，这时的主机与需要通信的从机都要设置为单机通信模式，并且在整个通信过程中，通信的双方都要保持发送数据的第9位为0,防止其他的从机接受数据。
       
        5.3 数据通信结束过程
       
        当某一前端报警信息上传完毕后，即主机与此从机之间的数据通信结束后，要将从机重新设置回多机通信模式，以便相应下一轮监控。例如在本系统中单防区从机的地址为51H,当主机呼叫该机时，开始数据通信：主机发送命令，从机接受到命令后向主机发送数据，当数据发送完成后，恢复从机的多机通信模式。
       
        6.结束语
       
        智能小区周界防越系统是智能小区安防系统的重要组成部分，该系统的完善与否也已成为衡量智能小区安防系统性能指标的重要依据。作者认为各智能小区可根据各自的规模大小选择周界防越系统实现方案，综合考虑技术的先进性和可靠性及经济上的可行性，选择适合自己的解决方案，对于中小规模高端智能小区而言本文提供的智能小区周界防越系统设计方案既满足了功能性要求又满足了经济性要求，可供大家参考。