安防报警系统的设计与分析

金 熠，肖艺锋，宋宗峰，刘素梅

(广州工商学院，广东 佛山 528000)

0 引言

在智能化系统中，与居民日常生活安全问题最息息相关的就是安防报警系统，它是以保障生命财产安全为目的建立起来的系统。本文所设计的安防报警系统集红外传感器信号监测、传输、处理为一体，运用时下新兴技术，可以用来解决家庭防盗安全问题，增加了住户的安全感，从而提高生活质量。此系统具有很大的市场潜力和应用价值，在未来的发展中具有很好的发展前景。

1 国内外发展现状

从全球安防行业的市场结构看，其主要分为实体安防和信息技术安防两个板块。家用安防系统的发展，大致经历了从复杂得多线型安防系统、采用微处理器控制的总线型安防系统到使用先进计算机控制技术的智能型安防系统，系统的灵敏性和可靠性都在逐步提高，适用的环境也越来越多。

20世纪50—70年代，国外一些较发达的国家研制出了相关的ADEMCO、VICON等视频图像技术，随着计算机数字技术、生物识别技术以及互联网的快速发展，安防报警系统得到快速发展，如用于家居方面的欧洲占主导地位的楼宇自动化和家庭自动化标准、国际通用的智能家居电力载波协议X-10等，西门子公司推出了Guarto Easy新型安全防范系统，将声光、防火防盗等多种技术融合[1]。

智能安防报警系统在国内的发展开始于20世纪90年代，根据最新智研咨询发布的《2020—2026年中国智能安防行业发展动态分析及未来发展前景报告》数据显示[2]：在国家政策的大力支持下，全民安防理念已经基本形成，民众对安防的意识有所提高，随着5G超高速、低延迟等优势以及物联网、大数据、云计算等新技术、国内芯片技术的成熟，智能安防监控设备的成本逐年下降，智能安防民用市场成为未来商家争夺方向。

2 系统设计

本文设计的安防报警系统利用AT89C51单片机，采用HR-SR501人体感应模块和ZigBee技术。当有人闯入时，单片机接收到来自人体感应模块的高电平脉冲,将这些数据传送到CC2530模块，CC2530模块利用ZigBee无线通信完成发送给用户手机信息，同时激发声光报警电路。本设计一般设置在窗边、门边等可限制人员流动的地方。

系统由AT89C51单片机、CC2530、HR-SR501传感模块、声光报警模块及其他软件系统组成，以下为系统结构图和主要电路图(见图1—2)。

图1 系统结构图

图2 主要电路图

2.1 系统相关硬件分析

2.1.1 人体感应模块

相比其他感应模块，选用HC-SR501人体感应模块，其可调节的灵敏度可以避免灵敏度过高或过低对系统造成干扰，该模块采用全自动感应，当有人进入感应范围时输出高电平，人离开感应范围时则自动延时关闭高电平，输出低电平。模块内选用热释电红外传感器，其LHI778热释红外探头利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，具有高灵敏度和优越的信噪比，抗干扰能力强，对7～20 μm波长范围的红外线比较灵敏。人的体温一般为37℃，此时辐射最多的红外线波长为10 μm。LHI778热释红外传感器内部含两个反极性串联的探测元件，并在探测元件前设有一个菲涅尔透镜，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，再与放大电路配合将信号放大70 db以上，转换成电压信号输出。人一旦侵入探测范围内(即避障区外)，热辐射能量发生改变，随之信号发生强弱变化，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号放大处理后而发生报警。

2.1.2 CC2530微控制器

CC2530微控制器是比较常用的Zigbee芯片，内含有Zigbee模块，Zigbee技术是一种新型的短距离无线通信技术[3]，具有自组网、低成本、低功耗、低延时等特点。拥有良好的射频收发性能，具有更强的抗干扰性。

2.1.3 声光报警部分

采用555定时器声光报警电路，其电路含两个定时器，可实现异步工作，在电路激发后指示灯闪烁，同时蜂鸣器发出间隙的鸣叫。

2.2 软件实现相关程序分析

按上述工作原理和相关硬件分析，本文所设计的安防报警系统的主程序工作流程图如图3所示。

程序实现的功能是当有人员闯入或越过到达检测范围时，LHI778热释红外探头即可感知到人体温度，单片机监测到传感器传送来的脉冲信号，经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路，警报可通过手动停止的方法停止，程序可循环工作，等待下次信号来时报警系统持续工作。

图3 主程序工作流程图

3 结语

本文设计的安防报警系统可作为智能陪护系统的补充，实现了对人群的保护，提高了使用者的安全感，能在发生盗窃等意外情况下及时通知用户，从而把损失降到最低。但由于该系统选用HR-SR501人体感应模块，其模块采用双元探头，当人从正面或在垂直面移动使，双元检测不到红外光谱变化，感应会不灵敏，因此安装感应器时要与人活动多的地方平行，同时应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的棱镜，以免干扰信号产生误动作。

系统选用的被动式热释电红外探头本身不发射任何类型的辐射，器件功率很小，运用在居家环境中可减少对使用者的辐射影响。之后可将系统结合ZigBee协议来发送用于红外安全检测数据的系统方案，将获取的数据发送至客户端，例如APP、WEB、小程序，抑或是可以通过网络协议，腾讯物联等云进行软件上的处理。