摘   要: 介绍了防盗防火安全监控系统硬件设计和软件设计的主要方法和内容，讨论了探测器信号处理的一些关键技术。

    关键词: 监控系统 探测器 控制器 信号处理

    近年来，防盗防火安全监控装置已成为银行、商店、办公室、居民区、宾馆、库房等普遍应用的设备，为维护社会治安、保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用。但是由于经济、技术的各种原因，各个监控公司设计的监控系统不尽合理的情况比较普遍。因此，怎样针对现场具体情况，设计性能可靠、价格合理的监控系统是一个值得研究的问题。同时在探测器信号处理方面也存在一些技术上的问题，例如有些系统老是发生误报或者漏报。在长期的现场工作中，我们对这些问题进行了系统的研究。以下是我们在进行系统设计和信号处理时所采用的基本方法。

1监控系统硬件设计

  监控系统设计主要包括监控系统的功能设计、探测器选用、控制电路设计、经济效益分析与优化设计。一个监控工程性能与质量的好坏，造价的多少，设计阶段起着决定性的作用。现以我们设计的一个卷烟厂的监控工程为例介绍如下。

1.1监控系统的功能设计

  (1)该卷烟厂的监控目标有以下内容：

  ①一个烟叶库房，面积约800 m2。

  ②一个成品库房，面积480m2。

  ③厂部办公楼内需监控的房间18间，每间16m2。

  (2)监控功能要求由厂方提出，经与设计方讨论后确定为：

  ①　烟叶库房、成品库房全方位安全监视，布防时间内有人进入禁区就报警，同时开启该区域的照明灯，开启摄像机进行图像摄取，值班室内的警笛鸣叫，监控器屏幕上显示报警区域的图像，录像机并行工作，将现场图像摄录下来。

  ②　办公楼内需监控的房间安装防盗探测器，将探测信号送往值班室，一有警情，警笛要鸣响。监控器屏幕上要显示报警房间的编号，以便值班人员及时处理。

  ③　对发生警情的时间地点要同时存入数据库内备查。

1.2探测器选用

  根据以上功能要求和防火防盗安全监控规范，设计的布防设备分别为：

  (1)烟叶库房

  火灾探测器烟叶具有引燃特性，火灾初期主要是引燃冒烟，利用感烟探测器可在初期就发出告警信号。选用设备为：离子感烟探测器12个。分为3个防区，每个防区约270 m2，选用覆盖80m2的探头，每个防区需要4个这样的探头即可全面覆盖。

  防盗探测器在库房的两个大门内侧安装人体雷达探测器各1个，靠雷达微波探测防区。在四周围墙安装红外对射探测器4对。墙上的8个窗户用被动式人体热释电红外探头（以下简称红外探头）封锁，其价格只有红外与微波双鉴探头的1/3，而且寿命长，灵敏度高，但因其对老鼠这样的小动物近距离时也能报警，因此要注意安装位置和朝向，只要使其工作面避开地面，就能可靠的工作，不会发生误报。

  彩色摄像机在两个大门内离门6 m远处的立柱上正对大门安装摄像机各1个，库内两端墙壁上正对库内安装摄像机各1个，可以对大门和库内的情况进行实时监视和录像，也可在有警情时自动录像。

  (2)成品库房

  与烟叶库房的设计基本相同，因其面积较小，需要的探测器的数目较少一些而已。

  (3)办公楼房间监控设备

  因其数目较多，在保证性能条件下，应选用价格较低的产品以降低造价，应选用被动式人体热释电红外探头为宜，每个房间一个探头即可。

1.3控制电路设计

  根据以上所选探头的种类、数目和各探头报警信号的特点，才能确定控制电路的内容和信号采集方式，因此，必须先对全部探头进行详尽的统计分类。

  红外探头有两类，一类报警信号输出是高脉冲，另一类是低脉冲，两种价格相同，可任选，但一经选定，就得按所选方式设计信号采集电路。本例确定选用低脉冲报警者。

  离子感烟探测器报警信号为高电平，一旦报警，就一直保持高电平，直到断电重启才能撤除报警信号，恢复平时的低电平状态。

  根据输出的报警信号的状态，红外对射探测器也有两种，一种是高电平，一种是低电平，在遮挡物移开后，信号消失，恢复原态。本例确定采用报警输出低电平者。

  人体雷达探测器报警信号为低电平，一旦报警，即使目标物移开后，信号也要维持10 s左右。

  根据前述可知，该烟厂所确定的探头种类、数量和输出信号如表1所示。

根据表1就可以设计控制电路。该控制电路的结构框图见图1。

  由图1可知，本监控系统需要1个监控主机，3个区域控制器（办公室控制器、成品库房控制器和烟叶库房控制器）。

  监控主机选用工业控制计算机，其配置如下:

  CPU： PⅢ500;

  内存： 128 MB;

  硬盘：20 GB;

  彩色显示器: 15 英寸;

  内置图像卡、输出驱动卡等。

  监控主机接收到报警信息后，立即启动警笛与警灯，对报警点开灯、录像、显示报警点编号、显示现场图像，并将以上数据与当时的时间存入数据库内。值班人员根据屏幕上的信息可立即赶往现场处理。监控主机还能通过电话线将报警信息传递给需要报告的部门（例如保卫科、公安科等），以便组织人力及时处理，减少损失。数据库内的信息可长久保存备查。由于图像数据量很大，虽然经过大幅度压缩（采用MPAGII标准压缩）但硬盘只能存储十几个小时的图像，因此在使用中要注意经常清理硬盘，把不用的内容及时删除。也可以使用普通录像机进行录像，以用户的要求而定。整个系统是一个分布式系统，通过RS485接口组成一个局域网，由外带屏蔽线的双绞线作为网线，传输控制命令和报警信息。视频信号通过视频线传输。

    平时值班人员也能操作监控主机，开启某一防区的摄像机，对该区域进行监视或录像。

  18间需监控的办公室设计为1个布防单元，由一个可监测20路的区域控制器控制。成品库房由一个可监测20路并有4路图像自动切换功能的区域控制器控制。烟叶库房由一个可监测26路并有4路图像自动切换功能的区域控制器控制。这些控制器采用中断方式工作，在布防时间段内任一路发生报警时，都会导致中断，控制器执行中断服务程序。中断服务程序首先对报警信号进行再次检测，确认为报警时，再检测是哪一路发生报警，再通过通信接口，将报警信息发送到值班室的监控主机上，该信息是发生报警的探头的编号。区域控制器的组成和电原理框图见图2。

2监控程序设计与调试

2.1工作平台与程序语言的选用

  监控主机工作平台为Windows 98，应用程序可以用C++Builder或者用VC来编制，这些软件开发环境好，人机界面好，集成化程度高，全部采用可视化编程技术，编程方便，程序可继承性好，可移植性好，开发速度快，效率高。所编制的程序界面美观，操作简便，可以实现所有复杂的功能。

    区域控制器采用PLM51语言或者C51语言编程，PLM语言是Intel公司开发的专用于其51系列和96系列单片机的高级语言。该语言的最大特色是：

    （1）模块化结构；

  （2）语言可读性好；

    （3）编译代码效率高，同样功能的程序，PLM语言的代码约为C语言的60%~70%；

  （4）具有C语言的所有功能，还具有C语言所没有的重要功能，例如可直接指定数组在存储器内的存放单元地址，这一点C语言是无法实现的，这给数据库的管理和使用带来极大的方便；

  （5）能实现汇编语言的所有功能，代码效率与汇编语言的相近。但比汇编语言简练、方便、安全；

  （6）可以方便的与C语言和汇编语言接口。

  区域控制器程序框图见图3。

2.2信号处理与程序调试

  防火防盗监控系统的所有探测器的输出信号都是开关量，有无警情很容易识别。但是由于信号线上受到空间电磁波的干扰，例如附近电焊机的工作、附近手机的工作等，会导致误报。

  因此必须对信号进行特殊的处理，在硬件上设置滤波电路、信号的上拉或下拉处理电路，甚至采用比较器进行处理。同时在软件上设计二次检测程序，以确保既不误报，也不漏报。以提高系统的可靠性。

  根据经验，在硬件检测无误后，系统能否稳定可靠的运行，主要取决于程序的质量，一个经验丰富的程序员所编制的程序，会考虑到各种因素，采取各种措施，使系统能够抵抗各种干扰。我们原则上不愿意出现程序跑飞而靠看门狗复位使系统从头执行程序的情况，因为这对于控制系统是非常危险的。如果受控对象正在某种动作中，由于程序跑飞而突然失控，很容易造成事故。根据经验，执行事件时的时间匹配至关重要，例如受控设备的启停，会产生大到靠硬件电路无法屏蔽的电磁干扰，这时在芯片外部的数据总线、地址总线、控制总线上会有相当大的激励干扰信号，如果这时还对总线进行操作就很可能出错，使程序跑飞或进入死循环。如果这时留出足够长的等待时间以使外部总线完全恢复平静，再往下继续执行就可保无事。因此建议在对灯光、摄像机等外设进行启停操作后，延长足够的等待时间，再执行后面的操作。当然，我们还必须在电路中设计硬件看门狗，以防万一死机。在软件中按程序执行的时间段，每02 s左右，编入一段喂狗语句。硬件看门狗的等待时间为03 s。这些时间段,是我们根据防火防盗的需要设置的,对不同的系统,这个时间段是不一样的。在程序中还要加入程序陷井，重要参数的重装入等。这些工作对提高程序的抗干扰能力具有重要意义。

3  结语

  由于篇幅所限，对于安全监控系统的设计只能作以简单的介绍。安全监控的现场情况各不相同，即使现场情况相同，用户的要求也不尽相同。要根据实用、可靠、先进、经济的原则，为用户设计出适用的方案和优良的硬件与软件。

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