王立红，谢忠刚

（1.辽宁工业大学电气工程学院，辽宁锦州 121001；2.鞍钢集团矿业弓长岭有限公司选矿分公司，辽宁辽阳 111008）

0 引言

随着科学技术的发展以及人们对生活环境安全性要求的不断提高，住房安全这一话题被广泛提及[1-2]。人们采取了许多措施来保障安全，以往的做法是安装防盗门、防盗网，存在有碍美观、不符合防火要求等不足之处[3]。CAN总线是一种可以支持多个节点的现场总线，通信速率快，传送距离远，可挂接多个控制设备，因此得到了广泛的应用[4-6]。本文以AT89S52 单片机为智能节点的控制核心，配以防盗检测模块、防火检测模块和可燃气体检测模块等构成用户端报警器。报警器将报警信息通过CAN总线上传至上位机，上位机通过LCD 显示屏显示警情发生的楼号和门牌号，并开通自动语音拨号电路拨打预留电话。上位机通过RS-232接口电路连接到小区管理中心主机，实现联网控制。

1 系统控制方案设计

1.1 系统总体控制方案设计

小区住宅安全报警系统总体方案如图1 所示，每个用户端报警器为一个智能节点，通过CAN总线与上位机通信，上位机与智能节点之间的信息传递是双向的。

1.2 用户端报警控制方案设计

图1 系统总体方案框图

用户端报警控制方案如图2 所示，防盗检测通过将热释电红外传感器模块安放在住宅的门窗处，达到对外来人员入侵检测的目的。传感器与住户端单片机的I/O口连接，通过单片机I/O口读取热释电红外传感器返回高低电平的变化，判断是否有人员入侵。防火检测采用双重检测方法，一种是通过温度传感器检测环境温度，与设定的温度阙值比较判断火灾是否发生并进行报警；另一种检测方法是采用烟雾检测模块对烟雾进行检测，检测能力灵敏，工作稳定，受干扰小，适合长时间高强度检测[7]。一旦有煤气泄漏等情况发生，便会引发火灾，此时可燃气体检测模块便会检测到险情，在火灾尚未发生时进行报警，从而达到对火灾的预防作用。系统还配有密码控制电路和工作状态指示灯。

图2 用户端报警控制方案框图

1.3 上位机控制方案设计

上位机控制方案如图3 所示，单片机通过CAN 总线接口接收到用户端发送的报警信息，蜂鸣器响发出声音报警，同时LCD 显示屏显示报警用户的楼号和门牌号等信息。为了减少用户的损失，系统增加了一个自动语音拨号模块，拨通发生危险的业主的手机号码，第一时间将警情通知到位，同时通过小区管理中心主机实现联网控制。

图3 上位机控制方案框图

2 系统硬件设计

用户端和上位机的单片机均采用AT89S52 单片机，其具有集成度高、体积小、功耗低、功能扩展容易、使用灵活方便、抗干扰能力强、性能可靠、价格低廉等特点，在小型电子产品设计及研发上有着广泛的应用。用户端的首要功能是对外来人员入侵进行检测与报警，检测功能主要是由热释红外传感器完成。由于热释红外传感器的型号不同，其探测距离和灵敏度等均会有所差异。经过多次现场测试，综合探测距离与检测灵敏度的双重考量，采用HC-SR501 型热释红外传感器安装在门窗等3 处，将其“OUT”信号输出端口分别与单片机的P2.5、P2.6、P2.7 三个引脚进行相连即可。温度检测由 DS18B20 完成，其测温范围为-55～+125 ℃ （-67～+257°F），误差为±2 ℃，其量程完全符合实际应用情况[8]。

此模块的另一重要特点是当测量温度在-10～+85 ℃时，其测量误差在±0.5 ℃以内，能够达到更高的测量精度，在火灾这种紧急情况的检测中能够发挥更加稳定可靠的检测作用。DO口为数据传输口，用来向单片机传输实时温度数据，与单片机P2.2引脚相连；烟雾检测采用MQ-2气体传感器，其具有双路信号输出的功能（模拟量输出及TTL电平输出）。本文采用TTL电平输出，“DOUT”为数字信号输出接口，与P2.3口相连，用于向单片机发送烟雾是否达到预设值的数据。通过对模块电路板上集成的电位器的调节，能够达到对模块灵敏的调节作用。

可燃气体检测由MQ-5气敏传感器完成，采用输出TTL电平信号的“DOUT”端与单片机的P1.1口相连，当模块检测到环境中可燃气体浓度过高时，便会将输出信号线上的电平拉低，单片机实时检测与此信号线所连接的I/O口的状态，一旦检测到低电平，便会判断出发生警情，进而进行报警操作。

自动语音拨号电路采用GSM自动拨打电话模块，模块插入手机卡之后便能够像手机一样，在接收到触发信号时自动拨打预设电话，并将提前录制好的报警语音进行播放。该模块有9 个外置接口可分别与杜邦线进行连接，其中接口“E”为使能端口，当单片机P1.0 口为低电平时有效，模块将读取与其A0～A7 信号传输接口相连的P0 口的8 位数据，确定拨打的预设电话。当模块接收到完整数据后，便会自动进行拨打预设电话并播放预设录音，在完成工作后模块将自动复位将各数据接口电平拉高，等待下一次信号传输。

CAN 总线接口电路由CAN 总线控制器SJA1000、CAN 总线收发器82C250、光电耦合器6N137 和一些外围电路构成。SJA1000 接收单片机发出的数据，处理成CAN 总线协议的格式后传给82C250。82C250 是发送器和接收器的组合，将SJA1000 提供的数据转化成电信号并通过CAN 总线发送出去，以供其他网络节点使用。同时，82C250也可以将接收到的CAN总线上的数据传送给SJA1000，由SJA1000将这些数据提供给单片机作进一步处理。

密码控制电路分为密码存储电路和开锁驱动电路，开锁驱动电路由单片机P3.4引脚控制。当用户输入的密码正确时，单片机P3.4引脚置低电平输出开锁信号，控制开锁驱动电路，达到开锁目的。密码存储电路的主要作用是用来存储密码、提供校验码，以便在密码错误的时候给密码锁提供一道安全的屏障。存储电路采用ATMEL公司推出的容量为512 kb的串行可擦除、可编程的存储芯片AT24C512，采用总线传输方式，结构简单、处理高效。预先在芯片中编译一个初始密码，只有密码输入正确后开锁。

3 系统软件设计

系统软件采用C 语言编程，用户端程序流程如图4 所示。首先是各传感器模块初始化，同时检测是否有外来人员入侵，温度、烟雾、可燃气体浓度是否超过阈值，若超过阈值，则发出声音报警并将报警信息发送到上位机，上位机进行相应的处理。

图4 用户端程序流程图

图5 上位机程序流程图

上位机程序流程如图5 所示。上位机一旦接收到用户端发送来的报警信息，便会发出声音报警，提醒物业管理人员，并将报警位置信息送到LCD 显示屏显示，同时拨打预留电话及时将警情通知业主，将损失降至最低。

4 结束语

本文设计的小区住宅安全报警系统实现了外来人员入侵检测报警和火灾检测报警等主要功能，通过CAN总线与上位机通信。通过物业端的LCD 显示屏对报警信息进行详细显示，并通过自动语音拨号电路将警情通知给业主。系统具有通信距离远、通信速率高、安装灵活方便等特点。