1、基于LABVIEW的家庭安防系统的设计与研究 家庭安防虚拟仿真系统设计与研究 二一三年六月摘 要进入21世纪，随着我国经济社会的快速发展和城镇化、现代化、国际化进程的加快，城乡居民生活水平日趋提高，居住条件日益改善，人们对居住环境的要求也日见增高。本设计是以家庭环境为对象的智能监控器，实现住宅安防系统的功能。家庭安防系统是智能小区安防系统最重要的组成部分，也是智能家居自动化的重要组成部分。家庭安防系统是指通过各种报警探测器、报警主机、摄像机、读卡器、门禁控制器、接警中心及其它安防设备为住宅提供入侵报警服务的一个综合性系统。其包括了三大子系统:防盗报警子系统，视频监控子系统，火灾自动报警子系统。
2、本设计利用LabWIEW平台设计出了一种家居安防系统，利用LabVIEW仿真软件模拟出当住宅有警情发生时，实现安防系统的功能。其中包括：（1）具有防盗报警功能；（2）系统具有初步的时间记录和追忆功能，能够记录最近发生的5-10事件的发生时间、地点、原因；（3）声光报警，并提供1-2路开关量输出，记录；（4）火灾自动报警与煤气探测；（5）分区设防、电子地图显示、语音提示等功能。 关键词:家庭安防,防盗报警系统,视频监控系统,火灾自动报警系统，LabVIEWABSTRACT字体不对Entering the 21st century, with the rapid development of so
3、cial economy in our country and the speeding up of urbanization, modernization, internationalization, increasingly improve living standards, urban and rural residents living conditions improving, people also became more and more high to the requirement of living environment. The object of this desig
4、n is based on family environment intelligent monitor, can realize the function of housing security system. Home security system is the most important part of intelligent residential security system, is also an important part of smart home automation. Home security system is to point to by a variety
5、of alarm detector, the alarm host, camera, card reader, entrance guard controller, turning center, and other security devices provide residential intrusion alarm service of an integrated system. It includes three subsystems: anti-theft alarm subsystem, video surveillance subsystem, automatic fire al
6、arm subsystem. This design use LabWIEW platform designed a home security system, using LabVIEW simulation software to simulate when the housing has a case, we can realize the function of security systems. Including: (1) with anti-theft alarm function; (2) the system has a preliminary time record and
7、 recall functions, can record the recent five to ten events time, place, reason; (3) the sound and light alarm, and provide 1 or 2 way switch output, record; (4) the automatic fire alarm and gas detection; (5) partition fortification, electronic map display and voice prompt function.翻译的还是很不好，80%的句子都
8、有问题，你找个英语好点的同学好好给你看下KEY WORDS: home security system,Intrusion alarm system,video surveillance systems, automatic fire alarm system，LabVIEW.第一章 设计概述1.1设计应用背景随着人类社会生产力的发展、经济的繁荣、社会财富的剧增,居民的安全防范意识已普遍提高。然而在我们身边，每天都不同程度地存在着社会犯罪现象，入室盗窃、抢劫，甚至爆炸、杀人放火、灭门惨案等恶性案件时有发生。因此越来越多的家庭会选择安防报警系统。以前，传统的家庭安全防范的概念，就是装上坚固而又笨
9、重的防盗门、窗、锁，来抵御外来入侵者。然而道高一尺、魔高一丈。随着犯罪分子作案手段的多样化、智能化和狡诈性、先进性，传统的实体防护手段已难以适应现代家庭安全防范的需要。而且，一旦发生诸如煤气泄漏、火灾等意外事故，防盗门、窗反而成了居民逃生的屏障。安防报警系统包括防盗、消防、气体泄漏报警和紧急按钮。防盗一般是指在家庭的入口，如门、窗安装探测器，在室内安装红外探测器；消防一般指在室内安装烟雾探测器，气体泄漏一般指在厨房或浴室安装气体探测器。紧急按钮是供给家庭成员有紧急事件时报警的按钮。随着智能家居的普及正在慢慢提高，随着国外产品的不断涌入，今后我国的智能家居安防将走智能化、人性化、全面化，未来的智
10、能家居安防系统发展情景必然十分广阔。1.2研究目的和意义信息时代的到来，高新技术的迅猛发展，世界正面临由工业经济向知识经济转变的重大历史时期，城市数字化和智能化是历史发展的必然趋势。智能住宅的概念源于美国，1984年美国建造了第一幢建筑-都市大厦。继美国之后，1985年8月日本东京建成的青山大楼则进一步提高了建筑的综合服务能力，该建筑采用了门禁管理系统、安全防火防灾等系统。20世纪90年代初在我国开始了“智能建筑热”，并迅速得到发展。全国已经建成了一些一流的智能化建筑和住宅小区。如上海的金茂大厦，上海博物馆，世界广场等。智能住宅安防报警系统是智能家具的重要组成部分。安全防范是关系到千家万户生命
11、和财产安全以及社会稳定的大事。同时家居安防也是目前“城市数字化工程”的基础基石。因此，家庭安防系统设计与开发具有很强的研究价值，是未来智能家居的基本要求。通过家庭安防虚拟软件的设计与研究旨在开发功能先进、运行可靠、实用、方便、成本低廉的家庭安防系统。在对目前市场上家庭报警系统优点与不足的基础上，研发了一种实用的家庭多功能智能报警系统,该系统需费用低廉，开发周期短，操作极为方便，良好的性价比，让更多的家庭拥有安全舒适的环境。1.3国内外研究现状和发展趋势 家庭安防系统一般由防盗报警、视频监控、可视对讲、防火等几部分组成，通常情况下，消费者会根据自己的经济情况和实际需求选择性地配置家庭安防系统，以
12、满足远程查看视频和发送报警两大需求。家庭安防系统大致分为联网和单户两大类型，联网型家庭安防报警系统是多个小型报警系统经过联网组成社区型的安防报警系统，它以家庭报警主机为核心，连接多种探测器，当出现警情时以有线或无线方式向主人、物管中心等发送报警信息。单户型家庭安防报警系统是以家庭单户为独立单位的报警系统。在不同的国家家庭安防的发展也有所不同。 1美国北美安防产业在家庭安防方面采用了联网报警服务模式1，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业，事实证明这是一种很成功的经营模式。在美国的家庭安防市场中，ADT是值得关注的公
13、司。该公司是当地最大的安防跨国公司，其从上世纪30年代开始拓展简单的防盗报警业务；到了70年代公司对其产业的整体发展方向做出重大调整，成为联网报警服务商，建立了首家网管中心；进入90年代公司引用大量新兴技术，如网管技术、系统集成技术和电子技术，逐渐发展成为一家举世闻名的联网报警服务商，建立了十分先进的联网报警服务平台，在美国、加拿大、英国、香港、台湾等15个国家和地区设立分公司，目前ADT全球入网用户已经达到1000万户，其中家庭用户600万户，商业用户400万户，年营业额超过115亿美元。 2日本日本家庭报警服务业非常发达，其中西科姆公司是本行业毋庸置疑的龙头老大。从六十年代起西科姆就在日本
14、开始了安全服务的运营，八十年代初西科姆把目光转向家庭安全服务市场，并于1981年正式推出了其综合家庭安全服务。目前西科姆仅在日本的联网报警用户超过130万户，其中商业用户占三分之二，家庭用户占三分之一，年营业额超过50亿美元。西科姆公司在联网报警服务方面主要采用以下两种模式运营：设备购买和设备租赁。 3韩国韩国的智能家居做得非常好，这同韩国先进的电子技术分不开，同时也要归功于该国政府对智能小区和智能家居的政策扶持。韩国政府之所以大力扶持智能家居，除了提高民众的生活水平之外，更重要的是它能够有效减少犯罪率，提高家庭与社会之间的信息流通速度，对政府的管理有很大益处。韩国政府规定在汉城等大城市的新建
15、小区必须具有智能家居系统这一子项目，因此韩国产生了像三星、LG等知名的智能家居品牌。在韩国的智能家居系统中视频监控和防盗报警是系统的核心部分，得到了广泛的应用。在国内随着智能化技术发展到今天，已取得了令人瞩目的成就，随着小区和住宅小区的需求的凸显，数字化智能安防系统当前面临新的契机，由于数字化智能安防行业的特殊性，国家对智能安防产业的发展一直给予政策上的鼓励。近年来，为了解决企业和住宅小区的安全防范问题，建设部、公安部、两部先后签署下达了多种相关文件，以强化企业和住宅小区的智能化安全防范设施。1.4本设计章节安排 本设计以家庭环境为背景，通过对家居安防系统的研究后，利用LabVIEW软件平台设
16、计出一套家居安防报警系统。其主要内容包括： 第一章简单的介绍了一下本设计应用的背景、本设计研究的目的和意义以及国内外的研究现状和发展趋势。 第二章主要讲安防系统以及各子系统的组成，以及各个系统所能实现的功能。详细的描述了防盗报警子系统，视频监控子系统以及火灾自动报警系统的基本工作原理，前端探测器的工作原理等。 第三章叙述安防系统方案的设计、设备的选型布置。其中系统方案的设计包括系统的设计思想、设计目标、设计依据、所能实现的功能以及各子系统的设计。设备的选型原则，布置原则也在此章中详细的陈述出来。 第四章叙述系统程序的设计包括：LabVIEW的介绍、前面板的设计、各主要功能程序的设计。其中详细表
17、达了红外与视频监控子系统，消防与煤气监控子系统的程序设计。 对本设计的总结将在第五章中给出。第二章 家庭安防系统2.1系统的组成家庭安防系统是智能小区安防系统最重要的组成部分，也是智能家居自动化的重要组成部分。家庭安防系统是指通过各种报警探测器、报警主机、摄像机、读卡器、门禁控制器、接警中心及其它安防设备为住宅提供入侵报警服务的一个综合性系统。其包括了三大子系统:防盗报警子系统，视频监控子系统，火灾自动报警子系统。2.2防盗报警子系统2.2.1防盗报警系统概述用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员报警的区域部位，显示可能采取的对策的系统，称作
18、防盗报警系统2。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能够通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。防盗报警系统一般由探测器、区域控制器、和报警控制中心3部分组成。最底层是探测器和执行设备，负责探测非法入侵人员，有异常情况时发出声光报警，同时向区域控制器发送信号。区域控制器负责对下层探测设备的管理，同时向控制中心传送区域报警情况。通常一个区域控制器、探测器加上声光报警设备就可以构成一个简单的报警系统。2.2.2防盗报警系统的基本要求1）实现对设防区域的非法入侵进行实时监控，可靠和正确无误的报警和复核。误报警应降低到可以接受的极低限度。
19、2）3）为预防抢劫或人员受到威胁，系统应设置紧急报警装置和留有与110公安报警中心联网的接口。4）5）系统应能按时间、按部位、区域任意编程、设防或撤防。6）7）系统能显示报警部位、区域、时间，能打印记录、存档备份，并能提供与报警联动的监控电视、灯光照明等控制接口信号，最好能够通过多媒体实时显示现场报警及有关联动报警的位置。8）9）防盗报警系统主要用于出入口的入侵警戒、周界防护及建筑物内区域、周界防护及建筑屋内区域、空间防护和对贵重实物目标的防护。10）2.2.3防盗报警探测器的基本要求1）防盗报警探测器应具有防拆保护和防破坏保护功能。防盗报警探测器受到破坏时，拆开外壳或信号传输线短路、断路以及
20、并接其他负载时，探测器应能发出报警信号。2）3）防盗报警探测器应具有抗小动物干扰的能力。在探测范围内，如有小动物类似的红外辐射特性的物体，探测器不应产生报警。4）5）探测器应具有抗外界干扰的能力。干扰包括外界光源、电火花、常温气流、发动机噪声等。6）7）防盗报警探测器易在下列条件下工作：8） 室内-10-55 相对湿度95% 室外-20-75 相对湿度95%2.2.4防盗报警探测器的基本工作原理 1、门磁开关门磁开关是探测器最基本、最简单有效的装置，它是一个开关，常用的有微动开关，磁簧开关，一般装在门窗上。开关可分为常开和常闭两种，常开式常处于开路，当有情况时开关就闭合，使电路导通启动报警，这
21、种方式优点是平时开关不耗电，缺点是如果电线被剪断或接触不良将使其失效。常闭式则相反，平常开关为闭合，异常时打开，使电路断路而报警。该方法优点是，在线路被剪断或有故障时会启动报警，当罪犯在断开回路之前选用导线将其短路，就会使其失效。一般在门磁探测上，大多数采用磁簧开关，用常闭方式。2、玻璃破碎探测器3、玻璃破碎探测器通常利用压电式拾音器，装在面对玻璃的位置。它只对高频的玻璃破碎声音进行有效的检测，不受玻璃本身震动的影响。其原理是，把不同类型、不同尺寸、不同厚度的玻璃打碎，将它们的声音音频采集并以数字形式记录下来，编成文件，采用特殊软件进行分析。然后将检测到的信号进行模数转换进行分析，就可以确认每
22、一个事件是一个有效的玻璃破碎，还是一个误报。4、双技术探测器5、双技术探测器，又称为双鉴探测器，是将两种探测器技术结合在一起，由复合探测来触发报警，即只有当两种探测器同时或者相继在短暂时间内都探测到目标，才可发出报警，进一步提高报警可靠性。目前使用较多的有微博-被动红外双鉴探测器和超声波-被动红外双鉴探测器。由于组件内有两个独立的探测器技术作双重鉴定，所以避免了单技术探测器因受环境干扰而导致的误报警。双鉴探测器必须在两种探测器检测出报警目标时才能发出报警信号。微波探测器主要敏感于运动物体上，而被动红外探测器主要敏感于具有一定温度的物体。所以双鉴探测器能够很好的把人体活动目标区分出来，而对树木、
23、灌丛的扰动有很大的抑制，使误报率大大减少。2.2.5报警接收与处理主机 报警接收与处理主机也称为防盗报警主机，它将某区域内的所有防盗防入侵传感器组合在一起，形成一个防盗管区，一旦发生报警，则在防盗报警主机上可以一目了然反映出报警区域所在。报警控制器应具有以下功能：1）布防与撤防功能2）布防后的延时功能3）防破坏功能 对于一般的小型用户，其防护部位少，一般采用小型报警控制器。小型报警控制器具有如下特点：1）防区一般为4-16路，探测器与主机采用点对点直接连接。2）3）能在任何一路信号报警时，发出声光报警信号，并显示报警部位与时间。4）5）对系统有自查能力。6）7）市电正常供电时能对备用电池充电，
24、断电时自动切换到备用电池上，以保证系统正常工作。系统还应具有欠电压报警功能。8）9）能预存2-4个紧急报警电话号码，发生紧急情况时，能依次向紧急报警电话发出报警信号。 10）2.3视频监控子系统2.3.1系统功能视频监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。它可以通过遥控摄像机及辅助设备（云台、镜头）直接观看被监视场所的一切情况，把被监视场所的图像、声音内容同时传到监控中心，使被监视的情况一目了然。视频监控子系统还可以与防盗报警系统等安全防范体系联动控制，使防范能力更加强大。特别是近几年，多媒体技术以及计算机图像处理技术的发展，使视频监控系统在自动跟
25、踪、实时处理等方面有了长足的发展，从而使视频监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位。2.3.2数字式视频监控系统的组成数字式视频监控系统主要由摄像与处理、控制计算机、硬盘录像机3部分组成可与防盗报警系统结合。其系统结构图如下：摄像机图像处理与传输主计算机压缩处理切换控制硬盘记录解压缩分割显示报警探测器传输系统联网传输图1.1数字式视频监控系统结构图2.3.3数字监控计算机主机数字监控计算机主机由硬盘录像机、图像切换装置和网络传输接口3部分构成，具有多画面处理、放录像、矩阵控制、探测器报警、远程传输等多种功能，为此需要在PC平台上集成以下3类卡板，以实现数据的快速交换。1）图像输入、
26、压缩及处理板块2）3）切换控制板块4）5）连接与远程传输板块6）2.3.4IP摄像机以及IP网关IP摄像机是内置有 IP服务器可以直接连接到网络上的摄像机，也被称为网络摄像机。使用IP摄像机可以在现有的以太网上传输视频和音频，在指定的IP地址后，也可以在网络上的任何一个位置通过浏览器在本地或远程网络上调阅图像，多个用户可以同时调阅同一图像，图像传输速率可以达到25帧/s。调阅的图像即可显示在计算机屏幕上，也可以显示在常规监视器上。IP摄像机的IP地址及图像的各种参数均可以预先设置好，这样在现场安装时就可以做到即插即用。与IP摄像机一样，IP网关实现了低成本的音视频以及报警信号的传输，发射和接受
27、采用多播方式在以太网上传输双向音频和视频，有效的减低安装布线成本。如果事先设置好IP地址，摄像机的安装可以做到即插即用。通过配置可以将IP网关当做编码器或者解码器来使用，有时IP网关也被称作视频服务器。当做编码器使用时，可以将最多4路模拟视频信号同时上网，并可以直接在计算机上查看图像。将网关当做解码器来使用时，可将数字视频信号转换成模拟的视频信号，在普通的监视器上显示图像。2.4火灾自动报警系统2.4.1火灾自动报警系统的组成对于不同形式、不同结构、不同功能的建筑物来说，系统的结构模式不一定一样。应根据建筑物的使用性质，火灾危险性、疏散和扑救难度等按消防有关规范来进行设计。在结构上，一个火灾自
28、动报警系统通常由火灾探测器、区域报警器、集中报警器等三部分组成。由于家庭建筑面积小，保护对象为一个区域，所以使用区域报警系统。火灾探测器，安装于火灾可能发生的场所，将现场火灾信号（烟、光、温度）转换成电信号，为区域报警器提供火警信号。区域报警器是接受一个探测防火区域内的各个探测器送来的火警信号，集中控制和发出警报的控制器。集中报警器一般设置在一个建筑物的消防控制中心室内，接收来自各区域报警器送来的火警信号，并发出声、光报警信号，起动消防设备。联动设备火灾报警控制器记录蜂鸣器火警铃故障信号灯光字牌手动报警按钮探测器图1.2实用火灾自动报警灭火联动系统框图图1.2为一个实用火灾自动报警灭火联动系统
29、框图。系统主要由火灾探测器、手动报警按钮、火灾自动报警控制器、声光报警装置、联动装置等构成，火灾自动报警控制器还能记忆与显示火灾与事故发生的时间地点。2.4.2火灾自动报警系统的工作原理火灾自动报警系统的工作原理见图1.3。安装在保护区的探测器不断地向所监视的现场发出巡测信号，监视现场的烟雾浓度、温度等火灾的参数，并不断的反馈给报警控制器。当反馈信号送到火灾自动报警系统，反馈值与系统给定值即现场正常状态时的烟雾浓度、温度及火光照度等参数的规定值一并送入火灾报警控制器进行运算。与一般控制系统不同，火灾报警控制器在运算、处理信号时人为的加上一段延时，在这段延时时间内对信号进行逻辑运算、处理、判断、
30、确认。当确认发生火灾时，火灾自动报警系统发出声光报警，显示火灾区域，打印报警时间、地点。同时向火灾现场发出警铃报警与语音报警。确认火灾后，火灾报警控制器才发出系统控制信号，驱动灭火设备，实现快速、准确灭火。灭火联动现场警铃控制器报警显示器报警声光火灾探测器 现场正常状态整定值 火警按钮火警电话图1.3火灾自动报警系统工作原理图2.4.3火灾探测器及其工作原理火灾探测器是火灾自动报警和消防联动控制系统最基本最关键的部件之一，对被保护区域进行不间断地监视和探测，把火灾初期阶段能引起火灾的参数尽早、及时和准确的检测出来并报警。（1）第三章 家庭安防系统方案设计3.1系统方案设计3.1.1系统设计思想
31、家庭安防系统是智能住宅小区安防系统最重要的组成部分，也是智能家居自动化的重要组成部分。主要包括入侵报警子系统，视频监控子系统，火灾自动报警子系统等3。通过在前端安装的门磁探测器，双鉴探测器，玻璃破碎探测器，感烟探测器，煤气探测器，摄像机等设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑相连，进行安防信息管理。当发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃气泄露、玻璃破碎等紧急事故，探测器就会立即获知，并通过报警器发出声光报警，来有效的吓退盗贼的入侵。同时显示相应的报警区域，系统还将报警的信息传到小区安保中心，安保中心接到警情后立即处理，迅速识别报警的类型、地点、用户，并在电子地图上显示出来。系统具有24小时不间断设防能力，任何被破坏的迹象都会报警。3.1.2系统设计目标1）通过前端安装的探测器对住宅进行昼夜设防，当有警情发生时，系统会发出声光报警，摄像机进行拍摄。2）记录警情发生的时间、地点、原因，并能通过电子地图显示出来，供户主查看。3）能够实现多种设防模式，系统操作简单，工作性能可靠。 3.1.3系统设计依据根据国家有关法规的要求，系统应具有性能稳定，工作可靠，经济适用的特点。1 智能建筑设计标准GBJ08-47-952 民用建筑电气设计规范 JGJ/T1-923 建筑
