一種新的監(jiān)控告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、一種新的監(jiān)控告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：當(dāng)前監(jiān)控告警系統(tǒng)大都是根據(jù)用戶具體某一種應(yīng) 用需求而設(shè)計(jì)的，這限制了系統(tǒng)應(yīng)用擴(kuò)展性。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)一種新的系統(tǒng)。系統(tǒng)中相應(yīng)的傳感器對(duì)監(jiān)控區(qū)域的信息 數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)首 先根據(jù)收到的各傳感器數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行判斷并向 告警裝置發(fā)送相應(yīng)工作指令，然后將接收到的數(shù)據(jù)打包發(fā)送 給后臺(tái)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域各項(xiàng)數(shù)據(jù)的可視化 以及告警狀態(tài)的可視化。系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠根據(jù)具體應(yīng)用環(huán) 境組合搭配啟用系統(tǒng)傳感器，因此應(yīng)用圍得到極大擴(kuò)展。關(guān)鍵詞：傳感器；串行數(shù)據(jù)；監(jiān)控告警系統(tǒng)；門限值中圖分類號(hào)：TN948.64?34 ； TP368文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼：A文 章編號(hào)：1004?373X（ 2016）10?0124?05Design of a new monitoring and alarm systemYANG Yujie1，2， WANG Yali1，2， TAO You3（1. College of Computer and InformationEngineering ，Henan Normal University ，Xinxiang 453007， China ；，Xinxiang 4530072. Henan Engineering Lab of Intelligence Business& Internet of

3、 Things TechnologyChina ;3. China North Communication Technology Co., Ltd., Xinxiang 453007, China )Abstract : The current monitoring and alarm systems were mostly designed to meet the specific application requirement of the user , which limited the application scalability of the system. To solve th

4、is problem, anew system was designed. The corresponding sensor in the system is used to collect the information data of the monitoring area in real time, and sent the datato the single chip microcomputer (SCM for processing. The SCMfirstly judges the current environmental status according to the col

5、lected sensor data and sends the corresponding work instructions to the warning device , and then packs the received data and sends them to the application software of background computer to realize the visualization of the various data in monitored area and alarm status. The feature of the system i

6、s to combine and enable the sensor in the system according to the specific application environment, so itsapplication range is expanded widely.Keywords: sensor ; serial data ; monitoring andalarm system ; threshold value0引言近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展以及人們生活中對(duì)監(jiān) 控告警的應(yīng)用需求，促使監(jiān)控告警系統(tǒng)不斷朝著智能化、網(wǎng) 絡(luò)化的方向發(fā)展。然而現(xiàn)有的監(jiān)控告警系統(tǒng)的監(jiān)控變量單

7、一， 無(wú)法同時(shí)監(jiān)控多種環(huán)境變量，而且系統(tǒng)往往是根據(jù)不同的監(jiān) 控環(huán)境而設(shè)計(jì)的，因此會(huì)受到監(jiān)控環(huán)境的約束，從而影響整 個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用圍。同時(shí)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)能夠進(jìn)行協(xié)同感知。在入侵活動(dòng)發(fā)生時(shí)，前端傳感器節(jié) 點(diǎn)能通過數(shù)據(jù)處理中心將報(bào)警信息傳輸至后臺(tái)監(jiān)控中心，后 臺(tái)監(jiān)控中心對(duì)入侵行為進(jìn)行識(shí)別并執(zhí)行與之對(duì)應(yīng)的預(yù)警動(dòng) 作，實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)、實(shí)時(shí)主動(dòng)地防護(hù)，這樣的系統(tǒng)將 成為下一代監(jiān)控告警系統(tǒng)的發(fā)展方向。為改善當(dāng)前監(jiān)控告警系統(tǒng)的應(yīng)用不足，以及適應(yīng)下一代 監(jiān)控告警的發(fā)展方向，本文提出一種監(jiān)控告警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方 法。該系統(tǒng)是以多種傳感器為前端的信息采集裝置，以單片 機(jī)為數(shù)據(jù)處理和控制中心，同

8、時(shí)配有一套自主開發(fā)的后臺(tái)應(yīng) 用軟件。前端的傳感器實(shí)時(shí)采集監(jiān)控環(huán)境的信息并將這些信 息數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理分析，單片機(jī)將處理分析完畢 后的數(shù)據(jù)打包轉(zhuǎn)發(fā)至后臺(tái)應(yīng)用軟件，后臺(tái)應(yīng)用軟件根據(jù)這些 數(shù)據(jù)信息對(duì)監(jiān)控區(qū)域狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域狀態(tài)可 視化和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化。系統(tǒng)目前可同時(shí)接入7種不同的傳 感器分別監(jiān)控7種不同的環(huán)境變量。這 7種傳感器在實(shí)際應(yīng) 用中可根據(jù)不同的監(jiān)控需求而啟用，使得系統(tǒng)的應(yīng)用圍得到 極大的擴(kuò)展。開發(fā)的后臺(tái)應(yīng)用軟件能夠在后臺(tái)實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控 區(qū)域的各項(xiàng)監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息數(shù)據(jù)和告警信息可視化 以及對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。1系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1系統(tǒng)組成圖1為該系統(tǒng)的組成圖。系統(tǒng)由傳感器、單片

9、機(jī)、告警 裝置和兩臺(tái)安裝有監(jiān)控告警系統(tǒng)應(yīng)用軟件的PC( PersonalComputer)機(jī)組成。其中傳感器主要包含能夠采集溫度、濕 度、煙霧濃度、人體紅外、聲音、振動(dòng)、觸摸等信息的7種傳感器。告警裝置主要由正常狀態(tài)指示燈、告警狀態(tài)指示燈 和一個(gè)蜂鳴器組成。單片機(jī)與7種不同的傳感器直接相連接以便于控制傳感器工作，PC機(jī)對(duì)單片機(jī)控制，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程管理控制，安裝后臺(tái)軟件的PC機(jī)可通過接入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端的安裝相同后臺(tái)軟件PC機(jī)的互聯(lián)互通，以此達(dá)到遠(yuǎn)程化控制的目的。1.2系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)通過各傳感器實(shí)時(shí)采集環(huán)境信息數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)1。單片機(jī)首先根據(jù)收到的數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)控區(qū)域的環(huán)境狀 態(tài)進(jìn)行判定，當(dāng)某

10、一個(gè)或幾個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?；?達(dá)到預(yù)先設(shè)定的門限值，單片機(jī)就向告警裝置發(fā)出告警指令， 相應(yīng)的告警指示燈會(huì)發(fā)出告警信號(hào)。完成上述工作后，單片機(jī)將收到的各傳感器采集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一打包并采用串行方式發(fā)送給 PC機(jī)，PC機(jī)中的后臺(tái)應(yīng)用軟件根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷，同時(shí)控制工作界面會(huì)顯示當(dāng)前監(jiān)控 環(huán)境的狀態(tài)信息。聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)會(huì)將環(huán)境狀態(tài)信息發(fā)送上網(wǎng)， 便于進(jìn)一步的分析和使用。當(dāng)警報(bào)解除后，按動(dòng)圖1中的控制按鍵可以關(guān)閉告警，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1傳感器模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)首先要通過各種傳感器獲得環(huán)境信息數(shù)據(jù)，因此傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確度直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。為避 免各傳感器

11、之間的相互干擾及保證系統(tǒng)的靈活性，除了溫度 和濕度集成在一個(gè)模塊中，其他各傳感器均為獨(dú)立模塊。為 了方便系統(tǒng)的供電，各傳感器均采用5 V直流電源供電2。2.1.1溫濕度傳感器系統(tǒng)中采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器3采集監(jiān)控區(qū)域的溫度及濕度信號(hào)。DHT11部由感濕器件、NTC (NegativeTemperature Coefficient)測(cè)溫器件、集成單片機(jī)等原件組成，以串行方式輸出具有較高精準(zhǔn)度的信號(hào)數(shù)據(jù)。該傳感器的溫度量程圍為：050 C,濕度量程圍為：20%RW90%RH 溫度分辨率為1 C,濕度分辨率為1%RH溫度精度為土 1 C, 濕度精度為土 4%RH輸出的數(shù)據(jù)采用串行格式，在一個(gè)

12、大約4 ms的通信周期傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)為40 b。數(shù)據(jù)具體格式如圖2所示，其中校驗(yàn)和數(shù)據(jù)為前4 B數(shù)據(jù)和的低8位。DHT11只有在接收到單片機(jī)的使能信號(hào)并返回響應(yīng)信號(hào) 建立通信鏈路連接后才進(jìn)行一次溫濕度采集，并向單片機(jī)發(fā) 送采集到的40 b的溫濕度數(shù)據(jù)。在未建立連接前，該傳感 器不會(huì)工作4。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出時(shí)間大于 18 ms的低電平使 能信號(hào)后表示一個(gè)通信周期的開始。使能信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送80卩s低電平響應(yīng)信號(hào)，雙方正確讀取相應(yīng)信號(hào)后成 功建立通信連接，單片機(jī)切換到輸入模式準(zhǔn)備讀取傳感器發(fā) 送的數(shù)據(jù)。該過程相當(dāng)于外部處理器和傳感器之間的握手過 程，如圖3所示。2.1.2人體紅外傳感器人體紅

13、外傳感器采用一種探測(cè)性能好、價(jià)格低廉的被動(dòng)式紅外探測(cè)器 PIR ( Passive Infrared Sensor ) 5。工作 原理是：凡是溫度在絕對(duì)0 C( -273 C)以上的物體都能夠產(chǎn)生熱輻射，而溫度在 -2731 725 C之間的物體產(chǎn)生的 熱輻射光譜則在紅外光譜區(qū)，同時(shí)物體在不同溫度時(shí)的熱輻 射波長(zhǎng)也是不一樣的。一般人體的熱輻射紅外波長(zhǎng)為350卩m,其中一般的波長(zhǎng)分布在814卩m而PIR恰好能夠感應(yīng)812卩m的紅外變化。PIR作為一種被動(dòng)式紅外探測(cè)器， 本身不發(fā)射任何信號(hào)只是被動(dòng)接受來(lái)自環(huán)境的紅外輻射，通 電后經(jīng)幾秒適應(yīng)環(huán)境輻射后，環(huán)境無(wú)人或動(dòng)物移動(dòng)時(shí)，PIR受到的紅外輻射是穩(wěn)定

14、的，其輸出電信號(hào)也將保持穩(wěn)定。一 旦有人或動(dòng)物進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，將會(huì)引起 PIR輸出電信號(hào)發(fā)生 突變。PIR的探測(cè)距離大約為10 m，能夠有效滿足整個(gè)系統(tǒng) 的工作需求。雖然PIR能夠在監(jiān)控環(huán)境中出現(xiàn)人體移動(dòng)時(shí)輸出突變的 電信號(hào)，但是由于該信號(hào)十分微弱，同時(shí)攜帶的噪聲較多， 不能直接被識(shí)別。因此采用BISS0001芯片 對(duì)PIR輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理。當(dāng)探測(cè)到有人體進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，傳 感器輸出高電平，觸發(fā)報(bào)警器工作。2.1.3振動(dòng)傳感器電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的振動(dòng)傳感器在感應(yīng)到監(jiān)控環(huán)境出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)輸 出高電平，在未感應(yīng)到振動(dòng)時(shí)持續(xù)輸出低電平。電路如圖6所示。振動(dòng)開關(guān)在無(wú)振動(dòng)時(shí)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)感應(yīng)到振動(dòng)時(shí)將 處于閉合狀態(tài)。所以當(dāng)監(jiān)控環(huán)境無(wú)振動(dòng)時(shí)，