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基于单片机的智能家居安防监控系统设计与实现

作者:未知

  摘 要:为了解决传统家居安防系统存在的布线困难和维护费用高的缺点,提出了一种基于单片机技术的智能家居安防监控系统。设计了以52单片机为控制核心的智能家居安防系统。通过DTMF公用电话网和CAN 总线传递的多节点家居安防系统设计方案。智能家居安防系统集防火、防盗、防燃气为一体, 可实现自动检测与自动语音拨号报警。详细介绍了DTMF收发电路、通话电路和CAN 总线传输等电路。本系统还能显示险情种类信息的功能,并且能够在现场对火灾进行铃声报警的功能。
  关键词:AT89S52单片机 家居安防 控制器 计算机技术 IC 卡技术
  1.AT89S52单片机简述
  AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
  2.系统总体构成
  单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够迅速、准确地监测到住宅的异常状况, 经确认后及时传送到控制器, 再由单片机来控制电话接口电路, 实现虚拟摘机,自动拨打预先设置的电话号码进行语音报警并通知管理中心。当监测到对方回应后, 自动恢复警戒状态。
  3 硬件设计
  系统主控部分采用AT89S52单片机, 无需扩展外部存储器,看门狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息,数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。
  3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元
  系统并于电话线两端, 时刻处于监控状态, 不会影响电话的正常工作。当系统接收到振铃信号时,会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若3次振铃后无人接听, 则系统进入自动摘机状态。
  3. 2 DTMF收发单元
  DTMF收发电路采用DTMF信号编/解码芯片MT8880[ 5] 芯片,单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警。
  MT8880提供了与微处理器相连的接口, 以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入, 由R27、R28和C16 组成, 其输入电压增益为1, 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成。它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP 与单片机P3. 5 脚相连。当MT8880接收到有效的双音多频信号时, 单片机进行中断处理。MT8880 的IN - 端和通话电路TEA 1062 的QR 端相连, MT8880 的TONE端和TEA1062的DTMF端相连。
  3.3通话单元
  通话电路使用电话机专用通话集成电路TEA1062。送话时, 语音信号(来自ISD1420)通过M IC + 引脚输入, DTMF信号(来自MT8880)通过DTMF引脚输入, 经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到电话外线上。受话时, 信号通过消侧音网络, 从IR 引脚输入, 放大后从引脚QR 输出, 分两路: 一路送到ISD1420的ANA IN 端供语音录制用,另一路送到MT8880的IN - 端提取DTMF信号。
  3. 4 CAN 总线数据传输单元
  CAN 总线数据传输单元由两部分构成, 一部分是CAN 控制器, 实现对总线数据的交互与控制, 另一部分是CAN 数据收发器, 实现数据的网络传输。
  单片机AT89S52通过控制CAN 控制器来实现对总线的访问, 同时还负责功能单元的测量和控制。 AT89S52 通过中断方式访问CAN 控制器SJA1000, 为了增强CAN 总线节点的抗干扰能力,SJA1000通过高速光耦6N137 与CAN 总线驱动器PCA82C50 相连。PCA82C50 的CANH 和CANL引脚各自接了一个5 的电阻与CAN 总线相连, 可以起到限流作用, 以免PCA82C50受到�^电流冲击。
  4 软件设计
  系统的软件采用模块化设计, 主要包括主程序模块、CAN 通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、DTMF收发模块等, 这里主要介绍主程序和CAN通信模块设计。
  4. 1 主程序设计
  主程序主要完成各功能模块的调用, 检测系统输入, 然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化, 如MT8880、ISD1420、SJA1000、相关标志位等。
  5室内安防子系统组成
  (1)门磁感应器:一般装在门及门框上,若有人非法闯入,家庭主机报警,管理主机会显示报警地点和性质。
  (2)红外线幕帘探测器:主要装在窗户和阳台附近,探测非法闯入者,采用红外探头,通过薄薄的一层电子束来保护窗户和阳台。
  (3)热感红外探测器:一般安装在客厅,通过检测人体温度来报警。
  (4)燃气探测器:安装在厨房,当煤气泄漏到一定浓度时而报警。
  (5)烟感探测器:安装在卧室和客厅,检测家居环境烟气浓度而报警,可作为消防报警。
  (6)紧急求助按钮:一般装设在较隐蔽地方,家庭发生紧急情况(如打劫),直接向保安中心求助。
  6设备安装
  (1)家庭控制器:暗装(或明装)在墙内(上),其底边距地面1.4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0.5m以内),且容易操作(包括设防与撤防)的地方。   (2)可燃气体探测器:安装在厨房内的燃气管道、灶具附近,当住户使用的是天然气,燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300mm以内的地方;当住户使用的是液化石油气,燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。
  (3)感温探测器:设置在厨房内,它吸顶棚安装。
  (4)感烟探测器:设置在起居室、卧室等房间内,它吸顶棚安装。
  (5)紧急按钮开关:设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上,及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内,其底边距地面0.5m�1.2m。
  (6)门(窗)磁开关:安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。
  (7)被动红外侵入探测器或被动红外/微波双技术探测器:安装在住户的主要通道、重要的房间内,它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。
  7系统调试
  在系统联调中,最重要的一个环节就是供电电源的正确性(不能断路、短路,供电电压要符合设备的要求)。经多次的实验证明,这是一个既常见又重要的问题。其次就是信号线路的连接正确性、极性的正确性、对应关系的正确性(例如输入、输入的对应关系),需要用到的测试工具万用表。当系统联调出现问题时,应判断是哪一个设备系统出了问题,这样就会化整为零的解决问题。在系统�调的过程中,可以同时完成某些性能指标的测试,应对需测试的地方做出一个记录。当单个设备的初步检测完成后,就可以进入整个系统的调试,实现功能性。
  8.结束语
  实验结果证明,采用AT89S52单片机为核心,基于CAN 总线和DTMF技术的新型智能家居安防系统, 使原来小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。将家庭生活相关的各种应用子系统有机的结合在一起,为人们提供更加舒适、高效、便捷、安全的现代居住环境。
  参考文献
  [1][宿国栋,靳伟].30 kW 双转子永磁发电机磁场有限元研究
  [2]安全技术防范原理、设备与工程系统.北京:电子工业出版社.
  [3][金文光]等.安防系统工程方案设计.西安:电子科技大学出版
  [4]天煌教仪.楼宇智能化安装与调试实训指导册
  作者简介:
  彭辉(1982年7月),男,汉族,重庆合川人,本科,重庆工程职业技术学院实验师,主要从事电子电气专业实训教学

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