卧旗水闸机电设备智能防盗系统设计

陈 铣,洪 侃,高小娅

(温州市鹿城区西向排洪工程建设指挥部,浙江 温州 325007;2.杭州广川科技有限公司,浙江 杭州 310020)

1 问题的提出

由于卧旗水闸地处温州市城乡结合部,机电设备容易被盗,将明显增加水闸投入运行后的管理难度和运行成本。为此,运管单位迫切需要一种智能化程度较高、性能安全可靠的防盗监控报警系统。目前在各类工程中应用较多防盗监控报警系统主要分为基于单片机或PC二类;现有单片机类防盗系统虽然价格便宜、结构简单,但因其功能只是单纯的报警,导致盗贼可以逃离现场而系统却无法取得有效的盗窃图像证据;PC类防盗系统虽然比较先进,但其建设成本高、需要AC220V电压供电及对操纵人员有一定的专业技术基础要求;正是由于在使用功能或环境等方面的局限性阻碍了上述两类系统在水利工程中有效应用[1]。因此针对这2类系统的缺陷,我们提出了一种智能型防盗监控报警系统的设计方案,本设计采用单片机为系统核心,以数码照相机作为盗警现场取证设备[2],具有体积小、功耗低、可靠性高、安装方便、使用寿命长、可自动照相及建设成本相对较低等优点,尤其适合在位置相对偏僻、机电设备数量多且管理难度大的水利设施中使用。

2 系统工作原理

系统主要由2部分组成:分别是用于监测机电设备状况的设备端和位于中控室的中心监控端[3]。

系统主要工作流程为中心监控端上电后,中心监控端的AT89S52单片机通过自带串口分时给各个机电设备端发出连接请求,以确认设备端的工作是否正常。一旦有设备端没有响应,中心监控端将会报警,并将出现故障的设备端号显示在液晶屏上,便于维修人员检查维修。当设备端都正常工作的时候,中心监控端进入正常工作状态。设备端在上电自检工作完成后即进入睡眠状态,只有当传感器检测到设备异常信号或者接收到中心监控端发出的命令时才被唤醒并做出响应,其中当检测到异常信号时,将在发出报警信息的同时触发照相机拍照,响应结束后继续进入睡眠状态。

智能防盗监控报警系统硬件结构原理如图1所示。

图1 智能防盗监控报警系统硬件结构原理图

3 硬件设计

系统硬件主要包括检测、控制和报警响应3个模块。

3.1 检测模块

检测模块采用人体热释电红外传感器[4],其工作原理是一般人体都有恒定37℃的体温,所以会发出特定波长10 μ m左右的红外线,该红外传感器的红外探头以非接触形式检测人体发射的10 μ m左右的红外线并将其转化为电压信号;其红外感应源采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射后温度发生变化时会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检验处理后即可产生报警信号;结构示意如图2所示。该传感器使用时1端接电源正极,3端接电源负极,2端为信号输出。该传感器将2个极性相反、特性一致的探测元串联在一起,目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用2个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。当有红外辐射至传感器的2个探测元上时,传感器输出电压信号供控制电路使用。

图2 热释电红外传感器结构示意图

3.2 控制模块

控制模块采用主从式控制结构,以AT89S52单片机为核心控制器件。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器,串行口很适合主从式通信结构,与工业级C51系列单片机完全兼容,拥有灵巧的8位CPU和在线编程Flash,能够为控制应用系统提供灵活高效的解决方案。

在本设计中,由中心监控端和设备端的单片机组成多机系统,采用总线型主从方式,即系统中有1个单片机作为主机,其余为从机,从机服从主机的调度和支配,但同时又可单独完成各自的任务。各设备端都接有相应的单片机(从机),接受来自与各机电设备对应的红外传感器检测信号,并对信号进行实时的处理,判断设备的状态,如果发生异常,会及时触发蜂鸣器和照相机,并向中心监控室的监控端单片机发出盗警信号,触发报警。

3.3 报警响应模块

报警响应模块主要包括拍照、警号输出装置和LCD显示装置。拍照装置采用数码照相机;警号输出装置采用蜂鸣器;LCD显示器采用图形点阵式,可以显示图形和汉字。当传感器检测到设备异常信号或者接收到中心监控端发出的命令时,单片机会做出判断并响应,依次触发照相机、蜂鸣器、LCD显示器,自动进行拍照、报警和显示功能。

4 软件设计

软件设计主要是单片机程序的设计,本系统利用单片机的实时控制功能,对现场进行实时监控,对照相机、报警器等装置进行实时控制。其中单片机采用主从式结构进行编程[5],选用PL/M-96汇编语言,可以直接利用CPU的硬件特性进行程序设计。

从机以中断方式和主机通信,通过系统的自检测、自校准功能及信号的采集,主机对各个设备端以轮询方式从设备端获得信息,来达到实时监控的目的,并确定是否进行拍照和报警。软件流程设计如图3所示。

图3 系统软件流程图

5 结 语

基于AT89S52单片机的智能防盗监控报警系统,同时应用红外传感技术和数码照相机技术,可根据人体发出的红外线信号,通过红外传感器检测红外信号并转化为电信号,由单片机对检测信号进行处理,从而达到监测机电设备防盗安全状态的目的。与一般防盗报警系统相比,更适合在水利工程中应用。

[1]新型智能防盗系统的设计.http://info.secu.hc360.com/2005/05/09182172110-2.shtml.

[2]印建宏,张荣标,贺小明.基于GPRS的野外农用变压器防盗监控系统 [J].微计算机信息,2010,26(32):145-147.

[3]陈曦.路灯电缆防盗系统的研究[J].信息化研究,2010,36(6):56-58.

[4]谢卫华,宋蛰存.基于单片机的家庭智能防火防盗系统的设计[M].机电产品开发与创新,2009,22(6):148-150.

[5]陈小兰,肖化,石海军.基于PIC单片机的防盗监控器 [J].华南师范大学学报:自然科学版,2000(2):52-55.