隨著微電子技術和計算機技術的發展，以及數據采集與處理技術的日益成熟，包括各種傳感器向溫度、濕度、紅外或者煙霧傳感器的大面積使用，給家庭防盜系統的設計提供了便利。通過這些新技術的組合和應用，可以實現一些家庭防盜需求。

隨著3G網絡在全國范圍內的大規模使用，3G網絡的高容量帶寬為各種數據業務的應用提供了物質基礎。文中設計系統直接查看家中的監控畫面，就是在3G網絡中完成的。而普通的語音和文字報警信息則是既可以通過傳統的2G網絡也可以通過3G網絡。

1、問題背景

隨著物質生活水平的提高，人們對于居住環境的安全、方便、舒適提出了越來越高的要求。以往保護家庭安全的做法是安裝防盜門、防盜網，既不美觀，又不符合防火要求，而且并不能有效防止犯罪分子對住宅的入侵，故利用高科技的電子防盜報警系統應運而生。在發生警情時，除了現場報警外，還可以直接呼叫主人預留的手機，對于3G手機，可以直接查看家庭監控畫面，以便警情得到迅速處理。另外，該系統也可預防火災、氣體泄漏等危險，它改善了傳統的防范設施只防不報的弱點，給家庭帶來全新的安全。

系統可以支持現場報警，還可以支持通過3G網絡訪問家庭計算機管理終端和進行現場視頻查看。如果將系統進行擴展，甚至可以通過手機對家庭中的所需傳感器進行操控。

2、系統的組成

家庭防盜自動報警系統主要由傳感器陣列、放大器陣列、采樣／保持陣列、A／D轉換器陣列、單片機系統、2G／3G模塊、攝錄系統以及監控計算機等設備組成。將家庭防盜自動報警系統分以下幾個組成部分如圖1所示。

（1）傳感器陣列是指在家庭防盜自動報警系統所容納的范圍的左右傳感器的總和，在家庭室內的所有傳感器都被連接到傳感器陣列上進行統一控制和管理。傳感器的正常工作以及感應靈敏度，直接決定了整個系統的靈敏度和報警正確率。常見的紅外傳感器的工作原理，是通過探測其他物體發射的紅外線轉換成電信號進行工作的，可分為主動式和被動式兩種。本系統可以通過室內布放的被動式紅外傳感器對入室的“盜賊”身上發出的紅外線進行探測的原理進行報警。選擇布放紅外傳感器的位置對本系統的識別率有較大的影響，該問題可以通過實驗解決。還有一種主動式紅外傳感器布放在窗戶和門的兩側，這類紅外傳感器通過一個發射器發射紅外線給另外一個接收，一旦有“盜賊”非法進入，切斷紅外線的傳播路徑時將會觸發紅外線傳感器動作。對于震動傳感器，可以通過感知其周圍的微小震動來觸發自己工作。

（2）放大器陣列是所有工作用放大器的總稱，它將各種工作用放大器集中起來進行統一管理。在本系統中，被檢測的物理量經由傳感器變換成模擬的電信號，往往是微弱的微伏級信號，不能被直接處理，所以要通過添加前置放大器對傳感器得到的電信號進行放大。

（3）采樣／保持陣列是采樣保持器的總稱。從放大器發出的電信號要經過采樣保持器進行采樣，并且要在測量時間內將該信號進行保持，以便有足夠的時間對測量信號進行處理。實際使用中需要通過測試來確定采樣保持器的采樣頻率和保持時間，以滿足家庭防盜自動報警系統的實時報警需要。

（4）A／D轉換器陣列包括了對所有從放大器發出的信號進行A／D轉換的功能，以便被計算機處理。至于A／D轉換器的分辨率，也要通過實際的測試來確定。

（5）單片機系統用來處理來自A／D轉換器的信號，并進行統一的編碼處理，以便之后計算機進行統一編程。另外，單片機系統同時要對來自A／D的數字信號進行統一的預處理，如加權、平均以及去除干擾信號的過程，以使發送給計算機的信號都是可以使用進行過編碼和預處理后的信號。

（6）攝錄系統是為監控家庭室內情況以及在必要時候攝錄“盜賊”作案現場，作為以后的犯罪證據使用，該系統可以不放在室內的需要重要監控保護的位置。

（7）2G／3G模塊是用于向外發射數據的模塊。在2G模塊下，監控計算機可以將報警信號以語音或者短信的形式發送到主人手機。在3G模塊下，監控計算機除了可以發送語音和短信報警信號外，還可以通過3G網絡進行室內視頻監看。

（8）監控計算機負責處理來自單片機系統的已編碼信號。已編碼信號按照預定格式進入到監控計算機后，監控計算機按照預定程序對這些信號進行處理，如果是常規信號，計算機只做日常采樣日志處理。如果是預置的“盜賊”威脅信號，則啟動預置的自動報警程序，并可以進行錄像。

3、系統工作原理

家庭防盜自動報警系統的系統報警流程圖如圖2所示。

（1）非法入侵階段。包括采取鑰匙、推拉以及暴力破換門窗進入監控區域的行為。在門和窗戶兩側，安裝主動式紅外線傳感器，只要有非法入侵，截斷紅外線傳感器的紅外線光束，都會觸發紅外線傳感器動作。

另外在房內，裝有被動式的紅外線傳感器和震動傳感器，當非法入侵在僥幸進入室內進行活動，將會觸發這兩種傳感器動作，從而產生報警信號。一旦報警信號產生，就會觸發預設流程。

（2）異常信號相對于正常信號。平時監控計算機只對正常信號做日常監測和日志記錄。一旦有非法入侵發生時，傳感器就會發出相應的異常動作信號，而這些異常信號經過放大、采樣保存、A／D轉換、單片機處理以及相應的編碼后，就會變成監控計算機可以直接讀取的異常信號。這些異常信號將會由單片機通過專用信號線直接發送給監控計算機進行下一步動作。

（3）監控計算機。當計算機接到異常信號后，將根據自己數據庫中記錄的報警類型和警情位置進行處理。比如，當入侵發生在正門時，計算機將根據初始數據庫的設置將正門的警情以及相應的報警種類發送給警情處理程序，有警情處理程序按照預定的設置完成整個報警。

（4）警情處理。監控計算機接到警情報告后，將會以聲光警告的形式對非法入侵進行聲光警告，同時啟動監控攝錄程序進行拍攝，并向報警平臺發送報警信息。如果入侵者中止侵入并退出，則聲光告警停止，但攝錄程序和報警程序繼續工作。如果聲光警告后，入侵活動仍在進行，則除上述流程外，還可以根據預設程序直接呼叫110。

在警情處理過程中，監控計算機將會通過2G／3G模塊向主人手機直接發送報警呼叫和預先編制好的報警位置和報警類型。如果使用3G模塊，則會通過3G網絡將攝錄機的視頻畫面直接傳到主人手機上，主人可以根據情況決定處理過程。

（5）警情反饋。當主人手機接到報警電話或短信時，可以根據預先編制的程序直接從電話或短信中獲知警情位置和報警類型。若是3G手機，可以直接實時查看監控攝像頭的監控范圍，從而決定是直接處理還是向公安部門報警求助。若是誤報警，可以通過手機方式經監控計算機將系統復位。

4 、系統軟件設計

系統的軟件設計比較復雜，可分為單片機模塊設計、系統控制模塊設計、警情處理模塊設計以及報警處理模塊設計4個部分。這里只對系統控制模塊初始化和警情處理模塊的中斷處理軟件設計流程敘述。

圖3給出了系統控制模塊初始化的流程圖。該過程將系統的各個部分進行初始化，保證系統的各個部分正常工作。在系統的日常工作中，按照預先設定的控制流程對各個傳感器端口進行檢測操作并計入日志。

圖4給出了警情處理模塊的中斷處理過程。從流程圖中的判斷語句可以看出，無論是報警還是報警后的反饋，都要求有相應的干預，否則系統將會反復地提醒直到主人通過手機發回反饋為止。

5、 使用案例

天藍花園是鄭州市北部的一居民小區，有1 000多住戶，南于遠離市區，治安環境較差。本系統采用和本地通信運營商提供的3G通道合作的基礎上在本小區實驗布放50戶設備，安裝成本每戶約2 000元。經過近半年的使用，設備工作良好，這些用戶不僅實現了零被盜，而且可以直接通過手機查看家中情況。所以，該系統不僅經濟，而且實用性強。

6、 需要注意的問題

（1）各傳感器動作閾值要預先試驗設定，避免誤動作。

（2）被動式紅外線傳感器的布放位置應該盡可能的兼顧整個室內面積。

（3）可以對聲光警告設定不同的級別以震懾非法侵入者。

（4）所有的預處理工作都交由單片機完成，送入計算機的為已編碼數據。

（5）可以增設煙霧、溫度、濕度等傳感器來增強告警種類。

（6）對于報警短信應預先設置理解的格式。

7、 結束語

設計了一種新型的家庭防盜自動報警系統。通過該系統可以實現家庭無人時的室內安全監控。另外，使用者可以利用3G網絡直接經由監控攝像頭查看自己室內的各種情況。同時，可以通過擴展程序對室內的相應部位進行編碼，通過手機甚至可以操作自己家內的譬如微波爐之類的電器動作。

責任編輯：gt