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摘 要 介紹了防盜防火安全監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計的主要方法和內(nèi)容，討論了探測器信號處理的一些關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞 監(jiān)控系統(tǒng) 探測器 控制器 信號處理
近年來，防盜防火安全監(jiān)控裝置已成為銀行、商店、辦公室、居民區(qū)、賓館、庫房等普遍應(yīng)用的設(shè)備，為維護(hù)社會治安、保障國家財產(chǎn)和群眾的安全發(fā)揮了重要作用。但是由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的各種原因，各個監(jiān)控公司設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)不盡合理的情況比較普遍。因此，怎樣針對現(xiàn)場具體情況，設(shè)計性能可靠、價格合理的監(jiān)控系統(tǒng)是一個值得研究的問題。同時在探測器信號處理方面也存在一些技術(shù)上的問題，例如有些系統(tǒng)老是發(fā)生誤報或者漏報。在長期的現(xiàn)場工作中，我們對這些問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。以下是我們在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和信號處理時所采用的基本方法。
1監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計
監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計主要包括監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計、探測器選用、控制電路設(shè)計、經(jīng)濟(jì)效益分析與優(yōu)化設(shè)計。一個監(jiān)控工程性能與質(zhì)量的好壞，造價的多少，設(shè)計階段起著決定性的作用�，F(xiàn)以我們設(shè)計的一個卷煙廠的監(jiān)控工程為例介紹如下。
1.1監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計
(1)該卷煙廠的監(jiān)控目標(biāo)有以下內(nèi)容：
①一個煙葉庫房，面積約800 m2。
②一個成品庫房，面積480m2。
③廠部辦公樓內(nèi)需監(jiān)控的房間18間，每間16m2。
(2)監(jiān)控功能要求由廠方提出，經(jīng)與設(shè)計方討論后確定為：
① 煙葉庫房、成品庫房全方位安全監(jiān)視，布防時間內(nèi)有人進(jìn)入禁區(qū)就報警，同時開啟該區(qū)域的照明燈，開啟攝像機(jī)進(jìn)行圖像攝取，值班室內(nèi)的警笛鳴叫，監(jiān)控器屏幕上顯示報警區(qū)域的圖像，錄像機(jī)并行工作，將現(xiàn)場圖像攝錄下來。
② 辦公樓內(nèi)需監(jiān)控的房間安裝防盜探測器，將探測信號送往值班室，一有警情，警笛要鳴響。監(jiān)控器屏幕上要顯示報警房間的編號，以便值班人員及時處理。
③ 對發(fā)生警情的時間地點(diǎn)要同時存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)備查。
1.2探測器選用
根據(jù)以上功能要求和防火防盜安全監(jiān)控規(guī)范，設(shè)計的布防設(shè)備分別為：
(1)煙葉庫房
火災(zāi)探測器煙葉具有引燃特性，火災(zāi)初期主要是引燃冒煙，利用感煙探測器可在初期就發(fā)出告警信號。選用設(shè)備為：離子感煙探測器12個。分為3個防區(qū)，每個防區(qū)約270 m2，選用覆蓋80m2的探頭，每個防區(qū)需要4個這樣的探頭即可全面覆蓋。
防盜探測器在庫房的兩個大門內(nèi)側(cè)安裝人體雷達(dá)探測器各1個，靠雷達(dá)微波探測防區(qū)。在四周圍墻安裝紅外對射探測器4對。墻上的8個窗戶用被動式人體熱釋電紅外探頭（以下簡稱紅外探頭）封鎖，其價格只有紅外與微波雙鑒探頭的1/3，而且壽命長，靈敏度高，但因其對老鼠這樣的小動物近距離時也能報警，因此要注意安裝位置和朝向，只要使其工作面避開地面，就能可靠的工作，不會發(fā)生誤報。
彩色攝像機(jī)在兩個大門內(nèi)離門6 m遠(yuǎn)處的立柱上正對大門安裝攝像機(jī)各1個，庫內(nèi)兩端墻壁上正對庫內(nèi)安裝攝像機(jī)各1個，可以對大門和庫內(nèi)的情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視和錄像，也可在有警情時自動錄像。
(2)成品庫房
與煙葉庫房的設(shè)計基本相同，因其面積較小，需要的探測器的數(shù)目較少一些而已。
(3)辦公樓房間監(jiān)控設(shè)備
因其數(shù)目較多，在保證性能條件下，應(yīng)選用價格較低的產(chǎn)品以降低造價，應(yīng)選用被動式人體熱釋電紅外探頭為宜，每個房間一個探頭即可。
1.3控制電路設(shè)計
根據(jù)以上所選探頭的種類、數(shù)目和各探頭報警信號的特點(diǎn)，才能確定控制電路的內(nèi)容和信號采集方式，因此，必須先對全部探頭進(jìn)行詳盡的統(tǒng)計分類。
紅外探頭有兩類，一類報警信號輸出是高脈沖，另一類是低脈沖，兩種價格相同，可任選，但一經(jīng)選定，就得按所選方式設(shè)計信號采集電路。本例確定選用低脈沖報警者。
離子感煙探測器報警信號為高電平，一旦報警，就一直保持高電平，直到斷電重啟才能撤除報警信號，恢復(fù)平時的低電平狀態(tài)。
根據(jù)輸出的報警信號的狀態(tài)，紅外對射探測器也有兩種，一種是高電平，一種是低電平，在遮擋物移開后，信號消失，恢復(fù)原態(tài)。本例確定采用報警輸出低電平者。
人體雷達(dá)探測器報警信號為低電平，一旦報警，即使目標(biāo)物移開后，信號也要維持10 s左右。
根據(jù)前述可知，該煙廠所確定的探頭種類、數(shù)量和輸出信號如表1所示。
根據(jù)表1就可以設(shè)計控制電路。該控制電路的結(jié)構(gòu)框圖見圖1。
由圖1可知，本監(jiān)控系統(tǒng)需要1個監(jiān)控主機(jī)，3個區(qū)域控制器（辦公室控制器、成品庫房控制器和煙葉庫房控制器）。
監(jiān)控主機(jī)選用工業(yè)控制計算機(jī)，其配置如下:
CPU： PⅢ500;
內(nèi)存： 128 MB;
硬盤：20 GB;
彩色顯示器: 15 英寸;
內(nèi)置圖像卡、輸出驅(qū)動卡等。
監(jiān)控主機(jī)接收到報警信息后，立即啟動警笛與警燈，對報警點(diǎn)開燈、錄像、顯示報警點(diǎn)編號、顯示現(xiàn)場圖像，并將以上數(shù)據(jù)與當(dāng)時的時間存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)。值班人員根據(jù)屏幕上的信息可立即趕往現(xiàn)場處理。監(jiān)控主機(jī)還能通過電話線將報警信息傳遞給需要報告的部門（例如保衛(wèi)科、公安科等），以便組織人力及時處理，減少損失。數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息可長久保存?zhèn)洳�。由于圖像數(shù)據(jù)量很大，雖然經(jīng)過大幅度壓縮（采用MPAGII標(biāo)準(zhǔn)壓縮）但硬盤只能存儲十幾個小時的圖像，因此在使用中要注意經(jīng)常清理硬盤，把不用的內(nèi)容及時刪除。也可以使用普通錄像機(jī)進(jìn)行錄像，以用戶的要求而定。整個系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，通過RS485接口組成一個局域網(wǎng)，由外帶屏蔽線的雙絞線作為網(wǎng)線，傳輸控制命令和報警信息。視頻信號通過視頻線傳輸。
平時值班人員也能操作監(jiān)控主機(jī)，開啟某一防區(qū)的攝像機(jī)，對該區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視或錄像。
18間需監(jiān)控的辦公室設(shè)計為1個布防單元，由一個可監(jiān)測20路的區(qū)域控制器控制。成品庫房由一個可監(jiān)測20路并有4路圖像自動切換功能的區(qū)域控制器控制。煙葉庫房由一個可監(jiān)測26路并有4路圖像自動切換功能的區(qū)域控制器控制。這些控制器采用中斷方式工作，在布防時間段內(nèi)任一路發(fā)生報警時，都會導(dǎo)致中斷，控制器執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序首先對報警信號進(jìn)行再次檢測，確認(rèn)為報警時，再檢測是哪一路發(fā)生報警，再通過通信接口，將報警信息發(fā)送到值班室的監(jiān)控主機(jī)上，該信息是發(fā)生報警的探頭的編號。區(qū)域控制器的組成和電原理框圖見圖2。
2監(jiān)控程序設(shè)計與調(diào)試
2.1工作平臺與程序語言的選用
監(jiān)控主機(jī)工作平臺為Windows 98，應(yīng)用程序可以用C++Builder或者用VC來編制，這些軟件開發(fā)環(huán)境好，人機(jī)界面好，集成化程度高，全部采用可視化編程技術(shù)，編程方便，程序可繼承性好，可移植性好，開發(fā)速度快，效率高。所編制的程序界面美觀，操作簡便，可以實(shí)現(xiàn)所有復(fù)雜的功能。
區(qū)域控制器采用PLM51語言或者C51語言編程，PLM語言是Intel公司開發(fā)的專用于其51系列和96系列單片機(jī)的高級語言。該語言的最大特色是：
（1）模塊化結(jié)構(gòu)；
（2）語言可讀性好；
（3）編譯代碼效率高，同樣功能的程序，PLM語言的代碼約為C語言的60%~70%；
（4）具有C語言的所有功能，還具有C語言所沒有的重要功能，例如可直接指定數(shù)組在存儲器內(nèi)的存放單元地址，這一點(diǎn)C語言是無法實(shí)現(xiàn)的，這給數(shù)據(jù)庫的管理和使用帶來極大的方便；
（5）能實(shí)現(xiàn)匯編語言的所有功能，代碼效率與匯編語言的相近。但比匯編語言簡練、方便、安全；
（6）可以方便的與C語言和匯編語言接口。
區(qū)域控制器程序框圖見圖3。
2.2信號處理與程序調(diào)試
防火防盜監(jiān)控系統(tǒng)的所有探測器的輸出信號都是開關(guān)量，有無警情很容易識別。但是由于信號線上受到空間電磁波的干擾，例如附近電焊機(jī)的工作、附近手機(jī)的工作等，會導(dǎo)致誤報。
因此必須對信號進(jìn)行特殊的處理，在硬件上設(shè)置濾波電路、信號的上拉或下拉處理電路，甚至采用比較器進(jìn)行處理。同時在軟件上設(shè)計二次檢測程序，以確保既不誤報，也不漏報。以提高系統(tǒng)的可靠性。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在硬件檢測無誤后，系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，主要取決于程序的質(zhì)量，一個經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員所編制的程序，會考慮到各種因素，采取各種措施，使系統(tǒng)能夠抵抗各種干擾。我們原則上不愿意出現(xiàn)程序跑飛而靠看門狗復(fù)位使系統(tǒng)從頭執(zhí)行程序的情況，因?yàn)檫@對于控制系統(tǒng)是非常危險的。如果受控對象正在某種動作中，由于程序跑飛而突然失控，很容易造成事故。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，執(zhí)行事件時的時間匹配至關(guān)重要，例如受控設(shè)備的啟停，會產(chǎn)生大到靠硬件電路無法屏蔽的電磁干擾，這時在芯片外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線上會有相當(dāng)大的激勵干擾信號，如果這時還對總線進(jìn)行操作就很可能出錯，使程序跑飛或進(jìn)入死循環(huán)。如果這時留出足夠長的等待時間以使外部總線完全恢復(fù)平靜，再往下繼續(xù)執(zhí)行就可保無事。因此建議在對燈光、攝像機(jī)等外設(shè)進(jìn)行啟停操作后，延長足夠的等待時間，再執(zhí)行后面的操作。當(dāng)然，我們還必須在電路中設(shè)計硬件看門狗，以防萬一死機(jī)。在軟件中按程序執(zhí)行的時間段，每02 s左右，編入一段喂狗語句。硬件看門狗的等待時間為03 s。這些時間段,是我們根據(jù)防火防盜的需要設(shè)置的,對不同的系統(tǒng),這個時間段是不一樣的。在程序中還要加入程序陷井，重要參數(shù)的重裝入等。這些工作對提高程序的抗干擾能力具有重要意義。
3結(jié)語
由于篇幅所限，對于安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計只能作以簡單的介紹。安全監(jiān)控的現(xiàn)場情況各不相同，即使現(xiàn)場情況相同，用戶的要求也不盡相同。要根據(jù)實(shí)用、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)的原則，為用戶設(shè)計出適用的方案和優(yōu)良的硬件與軟件。
參考文獻(xiàn)
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