博物馆监控防盗报警系统

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博物馆监控防盗报警系统一、引言    采用本文介绍的方案，对某市的博物馆进行声敏监控报警系统的设计。该博物馆为3层建筑，要求监控的范围包括展厅、库房、办公室、楼梯以及走廊。按照监控设计图的要求在指定部位安装了空间声敏传感器和脚步声敏传感器，其余设备安装在中央控制室。该工程已于2005年8月完成安装与调试，12月通过专家验收。运行结果表明，该系统报警反应时间小于0.1秒，完全符合GB50348-2004国家标准的规定，系统运行稳定，性能良好。    博物馆声敏监控报警系统的研制成功，为我国安防提供了一种新的监控报警手段，使安全等级标准中要求的技术手段真正落实，大大提高了安全技术防范的可靠性，对于中小博物馆及室内监控和防盗具有重大意义。     二、技术分析与系统工作原理     1、技术分析     "声敏监控报警系统"以声音作为防盗报警的手段，其先进性主要表现在以下几个方面：     （1）消除死区     一般情况下声源发出的声波波长远大于声源的尺寸，声波以球面波的形式向四周均匀传播。基于声波的这种物理特性，将分析和处理声音信号作为防盗报警的手段，可以消除报警死区。     （2）误报率极低     声敏监控报警系统通过控制报警门限，并对采集的声音信号进行相关性分析和频谱分析，在不影响设备灵敏度的前提之下有效的降低了误报率，大大地提高了安全技术防范的可信度。     （3）隐蔽性强     传统的周界防护手段易被破坏，一旦遭到破坏，这些技术手段将无法使用。"声敏监控报警系统"的声敏传感器可以埋于地下，形成地上地下的立体防护，且隐蔽性强。     （4）预警与自动报警     监控环境下的场所，闭馆时是安静的，任何声响均被视为异常。主机采集到异常的声音信号后进入预警状态，对信号进行分析，达到报警条件时自动触发报警。自动报警功能可以防止由于监控人员精力不集中造成的损失。     2、系统工作原理      以主控计算机和信号控制主机为控制核心。空间声敏传感器和脚步声敏传感器采集音频信号，经过音频传输控制线传送到中央监控室；区域控制器将模拟音频信号转换成数字信号，信号进入系统控制主机，再由高速数据采集卡进行信号采集，由主控计算机进行分析、判断报警位置并在屏幕上显示，在数据库中记录；监控区域的声音由播放模块播出，同时经声卡进入主控计算机录音记录。根据布防的需要，前端的空间声敏传感器和脚步声敏传感器被合理的分布于监控现场，担负实时数据采集的任务，区域控制器也可根据需要适当的增减。这样的结构具备高度的结构化和模块化的特性，易于系统的扩展和升级。     三、硬件设计     1、传感器     前端的传感器包括空间声敏传感器和脚步声敏传感器。传感器采集信号的精度不准确，会造成报警位置判断的偏差，因此要求前端的传感器必须具备高的精度并且各个传感器的物理特性必须高度一致。本系统采用SMS-1声敏双监传感器，该传感器具备体积小、灵敏度高、精度高、安装方便等特点。传感器的供电方式为DC12~15V，工作电流小于6.5mA，采用3芯屏蔽线缆与区域控制器相连。     2、系统控制主机     系统控制主机是硬件设备的核心部分，属自动化处理、手动控制式机型。系统控制主机把所有前端信号处理后，送主控计算机系统，同时声音播放模块将监控区域的数字信号变成模拟声音信号由扬声器传出。系统控制主机最多可接8个区域控制器，每个区域控制器可以连接8个空间声敏传感器和8个脚步声敏传感器，并且可以根据实际需要灵活的增减区域控制器和前端传感器。系统控制主机的供电方式为AC220V（50Hz），实际功耗小于30w，通过232接口与主控计算机进行通讯。     3、主控计算机系统     主控计算机系统的核心是一台工业控制计算机（工控机），并配备了监视器、打印机、光盘刻录机，通过DIN-50S端子板连接数据采集卡。工控机主要承担声音信号的采集与分析、报警点判断、报警的记录、操作的记录、监控区域声音的录制与回放等任务，并提供一系列的查询、各种记录的打印与备份、用户信息的管理等功能。工控机还要与信号控制主机进行通讯，指导信号控制主机向下层设备发送命令。     四、软件设计     1、功能介绍     主控计算机是本系统的控制核心。软件设计必须考虑系统运行的稳定可靠，数据处理的快速准确，避免出现死机、误报警、多线程冲突、录音失败等现象。本系统采用MicrosoftVisualC++6.0（简称VC）设计，经过需求分析，主控计算机软件系统应该实现的功能主要有以下几个方面：     （1）快速反应，迅速报警：根据GB50348-2004国家标准的规定，报警系统的报警反应时间应该小于2秒[2]。     （2）经过分析声音信号，判定是否是误报警。对于正确报警，要确定报警位置，并且显示报警点移动的轨迹。     （3）从系统开机运行开始，自动录制监控区域的声音，并且可以回放已经录制的声音文件。     （4）可以动态调节报警门限值。      （5）自动记录监控人员的操作情况以及监控区域的报警情况，并且可以分类查询、打印这些信息。     （6）具备用户登录功能，每个监控人员都有自己的用户名和密码；实行3级用户级别，不同类型的用户拥有不同的操作权限。各项操作应该以菜单方式驱动，做到显示醒目，操作方便。根据软件工程的思想，软件设计时要做到结构化、模块化，按照功能要求对各个模块合理划分，定义好模块之间的接口，这样编写的代码质量较高，容易维护，并且有利于复用和扩展。从结构模块上划分，软件的设计如图2所示；从功能角度，软件的设计框图如图3所示。     2、声音信号的采集与处理     声音信号的采集与分析处理是软件系统的关键环节。由于实时性的要求，信号的采集与处理必须做到快速、准确。选用AD-LINKPCI-9118高速数据采集卡，采样率可达330k/s，采用DLL方式驱动，直接调用底层函数，减少了数据封装环节，加快了处理速度。应用多线程技术，将数据采集和分析放在单独的线程函数中执行，这样可以使数据的采集和分析与主控计算机和其它设备的通讯同时进行，又不影响数据库的读写和其它的操作。利用消息传递机制解决线程之间的通信和各线程同步的问题。系统完成232接口的初始化之后创建数据采集和分析线程，等待启动线程的事件。进入实时监控状态时，启动数据采集和分析线程。主控计算机发送命令要求系统控制主机打开指定的模拟通道，采集并分析一组传感器信号，然后主控计算机发送指令要求系统控制主机打开下一组模拟通道，进行第2组数据采集和分析。以此类推，当完成所有监控区域数据采集和分析后，即可准确判断出报警位置。实践证明，采用这样的方式可以大大加快信号的采集和处理速度。     数据采集和分析线程如下：     UINTAI_PCI9118_ReadAnalyseData(LPVOIDpParam)     {     //等待主线程触发事件     ...     //AD_LINK_PCI_9118数据采集卡参数配置     ...     //采用DLL方式驱动数据采集卡，完成一组传感器的数据采集     Register_Card(PCI_9118DG,CardNumber);     ...     Release_Card(cardID);     //对采集的数据进行分析     if(device==SENSOR_SPACE){...}//空间传感器的情况     elseif(device==SENSOR_FEET){...}//脚步传感器的情况     //发送消息通知主线程采集分析完成      ...     }     声敏监控报警系统要保证报警的准确性，减少误报。如果只从硬件的角度考虑，难以避免误报现象，因此必须在软件中对采集的信号进行分析。     本系统采用的方法主要是对声音信号进行相关性分析和频谱分析，并设置报警门限值进行判断。实践证明，这样处理可以明显的降低误报率。     3、数据库设计     记录在数据库中的内容主要包括系统的参数值、监控人员的用户名密码信息、监控人员的登录情况、监控人员对系统的操作情况、防区内的报警情况等。数据库中存放的重要信息必须经过加密处理。为保证数据库的一致性，关系模式经分解达到3NF。分解采用3NF综合算法，该算法分解具有无损连接性并且保持函数依赖[4]。ADO数据库接口已经将一些底层的操作进行了封装，可以方便的使用这些接口，无需编写操作数据库的底层代码，采用ADO方式实现数据库。     4、与系统控制主机的通讯     VC下有多种方法可以实现串行通讯，如利用WindowsAPI函数、利用MSCommActiveX控件等。本系统在软件实现时基于MSCommActiveX控件的原理，自行开发了串口通信组件。采用事件驱动法调用相应的响应函数。使用组件时在StdAfx.h文件中用#import指令生成组件的智能指针，在App类的InitInstance函数中调用AfxOleInit函数，在串口通讯类的头文件中包含生成的智能指针。