家庭无线控制报警系统概要.docx
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家庭无线控制报警系统概要.docx
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家庭无线控制报警系统概要
大连理工大学硕士学位论文家庭无线控制报警系统
姓名:
刘静申请学位级别:
硕士专业:
软件工程指导教师:
吴微20081206
大连理工大学专业学位硕士学位论文
摘要
智能化防盗技术经历了20多年的发展,无线防盗系统作为智能化小区建设必不可少的部分而得到普遍应用。
针对传统的防盗措施安全性差、价格昂贵、雇用人员多等劣势,本文融合无线控制和多传感器采集技术,研制了无线智能控制报警系统。
本系统由两大部分构成:
家庭智能报警部分和物业管理中心接警部分。
其中家庭智能报警部分由射频发射模块、射频接收模块、音频放大电路、语音电路、DTMF收发电路、短信收发模块六部分构成。
物业管理中心接警部分在前一模块的基础上又增加了显示单元和RS232接口单元。
其工作原理是通过单片机将各种智能传感器如红外传感器、门磁传感器的信号进行采集整理,无线传送到家庭智能报警主机,触发中断处理程序,以实现各种功能的报警。
本系统利用单片机控制技术和无线网络技术,采用无线数据传输方式,不需重新布线,特别适用于已装修用户,及布线不方便的场合。
本系统基于电话网络,但是与电话互相独立,不会影响电话的正常使用,并通过语音提示操作,人机交互友好。
测试结果表明,本系统的软硬件均运行正常。
关键词:
无线防盗系统;单片机;传感器;DTMF;中断
大连理工大学专业学位硕士学位论文
FamilyWirelessControlAlarmSystem
Abstract
Intelligentanti—thefttechnologyhasbeendevelopedfor20years.Asanessentialpartofintelligentresidentialconstruction,anti-theftwirelesssyStcmhasbeenuseduniversally.Compared
I/loretothetraditionalanti—theftmeasuresthatarepoorsafeandexpensiveandhirestaff,thewirelessalarmsystemthatusedWirelesscontrolandmulti-sensoracquisition
thispaper.isdevelopedin
Thesystemhastwo
policeandpropertymajorsectionsandtheyarefamilypartintelligencealarmtotheismanagementcenteralarm.Familypartintelligencealarmconstitutedbysixparts.Theyarebythelaunchofradio
voicefzcquencymodules,RFmodules,audioamplifier,andreceivingoftextmessages.Property
arecircuits,DTMFtransceivercircuit,sending
onmanagementmodule
signaIcenteralarmparthastwomorepartsthatdisplayunitandRS232interfacethebasisofthefamilypartintelligencealarm.Theprincipleofitsworkistheorcollectedbyinfraredsensorsmagneticsellsorsistransportedtothehostfamilysmart
procedurestoachievethevariousfunctionsalarm.The
alarm.signalCantriggerinterrupthandlingof
ThesystemusesMCUtechnology,wirelessnetworktechnologyand
basedonwirelessdatatransmissionwi血omre-wiring,particularlyithasbeenappliedtothedecorationUSerandtheplaceofinconvenientcabling.Thesystemis
telephone
istelephonenetworks,butindependentofanditwillnotaffectthenormaluseofthetelephonethroughvoiceprompts,anditfriendlyhuman—computerinteraction.
Testresultsshowthatthesystem’Shardwareandsoftwareareoperatingnormally.Keywords:
Anti-nle俞wirelesssystem;MCU;Sensor;DTMF;Break—II—
大连理工大学学位论文独创性声明
作者郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下迸行研究工作所取得的成果。
尽我所知,除文中已经注明引用内容和致谢的地方外,本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果,也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。
学位论文题目:
塞庭丞缦控劐塑鳌丞统
作者签名:
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学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
学位论文题目:
作者签名:
塞庭歪堡控剑捏聋爱统..叁习盏
导师签名:
数日期:
日期:
兰塑堡年—坐月—L日竺墨年—监月』二日
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引言
随着科技信息的发展,无线智能防盗系统是智能化小区建设必不可少的部分并为小区住户的安全提供可靠的保障。
在传统的防盗措施中,人们安装防盗门、防盗窗,小区物业公司雇佣了大量的保安人员,但非法进入社区作案的事件仍时有发生,这些案情的发生非常隐蔽,等到发现时已经造成严重的财产损失。
这些都显示出传统的安防方式存在着很大的疏漏。
小区管理极为重要的内容之一是确保住宅、住户的安全。
在新的时代.我们要依靠科技来保护家人和财产,采用无线智能防盗系统可以使您在拥有美好舒适生活同时,确保人身安全和财产安全。
随着国家智能化小区建设的推广,防盗系统已成为智能小区的必需设备,特别是近几年,安全防范的迫切需要给家庭防盗报警系统留下了越来越广泛的市场Ⅲ。
智能化防盗技术经历了20多年的发展,已从原来的初步阶段步入到快速发展阶段,由模拟监控系统快速的发展成为现在的数字化、网络化、智能化。
智能化防盗技术的主要内涵是其服务的信息化、图像的存储和处理、数据的存储和处理等等。
一个完整的智能化安防系统主要包括门禁、报警、监控三大部分。
防盗系统的主控制器就是利用单片机对各种传感器、探测器所采集的信号进行存储与分析,以达到智能控制的目的幢1。
从国内来看,比较高档的一般为进口货,价格昂贵,且多为有线连接方式。
国内产品尽管不少,但多为模拟电路形式,且结构和功能简单,可靠性差,难以联网。
本文利用单片机控制技术和无线网络技术,开发一种具有联网功能的无线智能防盗系统。
采用无线数据传输方式,不需重新布线,特别适用于己装修用户,及布线不方便的场合。
本系统基于电话网络但是与电话互相独立不会影响电话的正常使用,并通过语音提示操作,人机交互友好。
智能化防盗技术的发展与进入二十一世纪信息技术的腾飞正迈入一个全新的领域,智能化安防技术与计算机之间的界限正逐步消失。
目前,智能化防盗技术的发展己取得了瞩目的成就,随着企业和住宅小区需求的凸现,数字化智能报警当前面临新的发展契机‘州]。
家庭无线控制报警系统
1无线智能控制报警系统总体方案设计
无线智能防盗系统的设计思想
无线智能控制报警系统是指人们利用现代科技采用多种传感器采集技术,将警情信1.1息按照一定的模式进行分析并将判断结果通过数据传送出去的安保技术集成。
已成为智能化小区建设中不可缺少的部分。
它可以尽早的发现很多突发事件,并做出相应的报警。
给物业或用户事先设定的电话拨打报警电话,并通过GSM网向用户手机发送短消息通知家中的警情,同时在家中发出警笛声以驱赶非法入室的不速之客。
本系统是通过单片机将各种智能传感器如:
红外传感器、门磁传感器的信号进行采集整理通过无线方式传送到家庭智能报警主机,触发中断处理程序,以实现各种功能的报警,如红色LED示警、外置警灯警笛报警、还可以利用现在发展迅速的移动通信网的SMS(短消息业务)向用户发从手机短信通知用户家中的情况,并且自动摘机电话通知物业部门和事先设定的报警电话陆1。
它具有如下特点和功能:
(1)电话自动拨号与语音报警;
(2)无线遥控布防、撤防,密码可自行设定;
(3)远程操作,异地监控;
(4)无线发射接收;
(5)报警拨号个数、顺序可自行设定;
(6)短信报警通知用户。
设定报警部分为本系统主体工作部分,即实时监控房内安全情况,在软件上表现为主循环,当有振铃信号或设定信号时才中断,去执行相应操作。
在此我们需要对人体的红外辐射敏感并且抗干扰(如小动物等)的传感器,为此我们选用被动式红外热释电传感器,并在它的辐射照面覆盖特殊的菲泥尔滤光片,使环境的干扰受到明显的控制作用。
提高了系统的灵敏度,使系统的可靠性大大提高。
设定部分的功用是存储报警时需要拨打的电话号码,用户可以设定几个电话号码,系统根据具体情况可以依次拨打设定的电话号码。
并设定主人身份验证密码。
为了设定方便直观,设计键盘。
控制部分,当有电话打入时,电话振铃检测电路检测到有振铃并等待系统默认的振铃次数后,控制器自动摘机,并在语音电路的提示下依次输入用户的操作密码和操作指令。
DT肝收发电路将接收到的DTMF信号解码后的数字信号送入CPU,若密码有误,系
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统自动挂断电话;当密码正确时,则按语音提示依次完成一系列操作。
当操作完成时,单片机根据返回的确认信息去控制系统进入布防还是撤防状态,使得远程操作过程得以实现。
1.2无线智能控制报警系统的总体框图
无线智能防盗系统由传感器、GSM移动通信网、家庭智能报警器和物业管理中心接警主机,及相关的控制管理软件组成,图1.1为家庭无线智能控制报警器方框图,图1.2为物业管理中心接警主机方框图。
.图I.1家庭智能报警器框图
BlockplanofhouseholdintelligemalarmequipmentFig.1.1
图I.2物业管理中心接警主机方框图
Fig.1.2Blockplanofreceivingalarmhostoflogisticsmanagementcenter
家庭无线控制报警系统
家庭智能控制报警器方框图和物业管理中心接警主机方框图的组成基本相同,只是物业管理中心接警主机多了显示和RS232接口,以实现与PC机相连接,达到网络监控小区的功能。
以下我们仅详细介绍家庭防盗报警器的组成。
1.3方案模块论证
1.3.1传感器
(1)被动式热释电红外传感器
现代的人体探测系统中,常用的有被动式热释电红外探测器和微波雷达探测器,二者各有优缺点。
被动式热释电红外探头具有无辐射、器件功耗小,隐蔽性好、价格低等优点:
缺点也很明显,容易受各种热源、光源干扰,被动红外穿透力差,人体的红外辐射容易被遮挡,不易被探头接收,环境温度和人体温度接近时,探测灵敏度明显下降,有时甚至造成短时失灵。
(2)微波雷达传感器
微波雷达探测器是一种将微波收、发设备合置的探测器,工作原理基于多普勒效应。
微波的波长很短,在1咖’1000rm之间,因此很容易被物体反射。
微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应,即经反射后的微波信号与发射信号会产生微小的偏移,此时可认为报警产生。
如果安装恰当就很难被破坏,而且可以隔墙监视;缺点是安装要求较高,如果安装不当,微波信号会穿透墙壁而导致频繁误报,且易受无线电波的干扰。
(3)玻璃破碎探测器
利用压电陶瓷片的压电效应可以制成玻璃破碎入侵探测器。
对高频的玻璃破碎声音(10k一--15kHz)进行有效检测,但该产品灵敏度非常难调,灵敏度过高,易被室外因风吹雨打所导致误报警;灵敏度过低,易导致因盗贼轻轻拉开窗户力度过轻而未感测到振动性产生漏报警。
(4)超声波传感器
利用人耳听不到的超声波(20000Hz以上)来作为探测源的报警探测器成为超声波探测器,它是用来探测移动物体的空间探测器。
安装超声波探测器的空间密封性要求高,不应有大容量的空气流动,不能有过多的门窗且需紧闭。
应该避开通风设备及气体的流动。
超声波对物体没有穿透性,因此使用时应避免物体的遮挡。
(5)门磁传感器一4一
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门磁是接近开关的一种,可以是光电的,也可以是永磁的。
光电的成本高,永磁的原理就好像继电器的原理一样,当门磁相对应时,因永磁体相互吸引报警器的开关处于断开位置,当门磁分开时,报警器的开关因无磁体吸引受内部弹簧的拉力影响,使开关闭合,报警器工作,产生报警。
门磁传感器是防盗门比较理想的装置。
基于以上原因比较斟酌在本课题中检测电路中的传感器淘汰了微波雷达传感器、玻璃破碎探测器、超声波传感器。
而采用效果较好的被动式热释电红外传感器和门磁传感器相结合的方法,应用于家庭室内防盗门,可以大大提高系统的可靠性,可有效地实现室内防盗报警的功能。
1.3.2接收与发射模块
(1)红外通信
红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。
它一般由红外发射和接收系统两部分组成。
发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号,而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收,就构成红外通信系统。
由于红外波长较短,遇到障碍物不易衍射,所以无法避开障碍物,只适合短距离无障碍物之间的通信。
(2)基于2.4GHz频段的无线通信局域网
2.4GHz频段的无线通信模块有Zigbee,WⅡI,BlueTooth等,这些模块的共同特点面对是多个接入点的系统,依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高,单相对单个通信模块,无线通信模块成本较高。
(3)基于幅度监控(ASK)的无线收发模块
基于幅度键控(ASK)模块的模块有RF2401、RF905、PT2262(PT2272)等。
这些模块的收发依靠对高频电路完成幅度键控(ASK调制)相当于调制度为100%的调幅。
这些模块发射的距离~般在几十米到上百米之间。
在本设计中选用PT2262和PT2272来完成传感器与主控器之间的通信。
1.3.3DTMF收发电路
一般常用的电话双音频(DTMF)编解码集成电路有8870、8880、8888等。
cM的同型号芯片与m’的内电路完全相同,价格便宜但性能稍差(廉价工艺带来的)。
对于DTMF有限的几种常见芯片而言,llT的设计是最好的,实际指标上不去是设计问题。
IdT88系列对晶体的参数要求较高,前级电路的增益和阻抗匹配也有讲究,正确处理的话其参数在同类产品中是最优的,而且是业界的标准。
家庭无线控制报警系统
市面上用的较多的DTMF收发电路是MT8888。
MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路,它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器,可发出16种双音多频DTMF。
课题中采用MT8888来作为DTMF的收发电路。
1.3.4语音电路
(1)分离元件构成的语音电路
由分离元件构成的语音电路包括语音接收头、放大器、滤波器、单片机、存储器、模数转换、数模转换等组成。
分离元件语音电路具有体积大、成本高、性能差、可靠性差等缺点。
(2)语音合成芯片.
ISD语音芯片采用多电平直接模拟量存储技术,每个采样值直接存储在片内单个EEPROM单元内,无需经过A/D或D/A转换,因此能非常真实的再现语音、音乐、和效果声。
避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和金属声。
现语音提示与报警功能。
1.3.5短信收发模块
目前,国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecome的WM02系列、西门子的TC35系列、爱立信的DMl0/DM20系列、中兴的ZXGMl8系列等,而且这些模块的功能、用法差别不大。
其中西门子的TC35系列模块性价比很高,并且已经有国内的无线电设备入网证。
。
基于分离元件语音电路的缺点以及语音合成芯片的优点,本设计中选用ISDl420实
所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。
1.4方案模块功能说明
从图1.1家庭智能报警器框图上很容易看出,整个系统可以分成检测电路、射频接收模块、射频发射模块、音频放大电路、语音电路、DTMF收发电路、及短信收发模块。
其各模块的功能如下:
1.4.1检测电路使用被动式红外热释电传感器和门磁传感器作为检测信号的输入电路。
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(1)被动红外热释电传感器。
具体原理是人体都有恒定的体温,会发出特定波长10um左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
人体发射的lOuⅢ左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件,这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
此信号在经过后继电路的放大,信号整形和处理利用。
(2)门磁传感器。
无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方,它由两部分组成:
较小的部件为永磁体,内部有一块永久磁铁,用来产生恒定的磁场,较大的是无线门磁主体,它内部有一个常开型的干簧管,当永磁体和干簧管靠得很近时(小于5nun),无线门磁传感器处于工作守候状态,当永磁体离开干簧管一定距离后(一般大于5n凹n),无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码(也就是数据码)的315MHz的高频无线电信号,主机通过识别这个无线电信号的地址码来判别是否是同一个报警系统的,然后根据自身识别码(也就是数据码)确定是那一个无线门磁报警。
这样可以一方面提高系统的可靠性,防止干扰。
另一方面将出现警情的具体地址显示的非常准确,防止保安人员出现盲目状态。
1.4.2射频接收模块
利用解码芯片,接收由传感器发来的报警信息,通过解码器(PT2272)解码后得到报警传感器的地址和数据类型。
只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收。
解码输
“’出的数字代表传感器的类型。
1.4.3射频发射模块
当有传感器探测发现警情时,将信号输送到编码芯片,使用(PT2262)编码芯片输出编码信号,通过射频发射出去,再由主机的射频接收模块接收报警信号。
编码芯片PT2262发出的编码信号由:
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。
地址码必须与家庭控制主机内解码芯片相同,以区分家庭控制器;数据码可用于区分传感器类型。
1.4.4音频放大电路
当有警情时通过音频放大电路来放大声音以推动喇叭发出警笛声。
1.4.5语音电路
选用ISDl420语音芯片作为基本录、放音电路,所有的地址线均设置为O,放音的起始地址是0。
当按下S3键,录音开始,数据铁O地址开始存储,直到存储器满或按键松开为止。
当按下S1键,则开始放音。
可实现分段录音和分段放音。
家庭无线控制报警系统
1.4.6DTMF收发电路
实现电话线远程通信,并实现自动拨号、忙音识别、铃声识别、远程按键数字信号识别和远程报警识别等功能。
选用MT8888双音多频(DTMF)收发电路,与单片机及音频放大电路组合,实现各种信号音的检测及DTMrF信号的产生,并将DTMF信号送到电话线上向远处发送。
1.4.7短信收发模块
SMS(短消息业务)是GSM网的一项新增业务,它通过控制信道传输数据,支持点到点消息业务和消息广播业务。
且它有很多的优点:
通信费用低、信道建立时间短,数据传输快、更为重要的是它的覆盖范围广且移动性好嘞。
本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i,此模块性价比很高,并且已经有国内的无线电设备入网证。
.f.4.8存储器、键盘
随时进行修改。
.储存器存储报警时需要拨打的电话号码,可以储存多个设定主人身份验证码,并可
1.5本章小结
本章分析了无线智能控制防盗报警系统的总体设计方案,从实践出发提出现有的各种报警系统存在的问题,针对现有报警系统的优缺点,存优去短,提出无线智能报警系统应该具有的功能。
从而将报警系统划出具体的总体框图,提出系统的总体各个模块,对方案模块进行具体论证,从设计模块的具体元件优缺点出发优筛选出模块的型号。
分别对模块进行分析,为下一步具体模块的外围电路设计打下基础。
一8一
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2单片机介绍及外围电路的设计
本次设计是用AT89C51单片机为核心实现报警控制。
通过它的引脚对语音电路和
DTMF收发电路实现控制,其中主要用到了P3口的替代功能。
所以我们要先对AT89C51
的各个引脚有一个全面的认识,以及它的一些替代功能。
2.1
89C51单片机的引脚功能介绍
如图2.1所示为AT89C51单片机40引脚双列直插形式,各引脚功能如下口吲:
PlDPi.1P12P13P114P1j
VCCPO.DP0.1
砖2
P03P04
Pl正P0jPlJ
碰玎肿
P3}D承xD
P3.1厂rzDP3二_mlrr0
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E坍阳
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p33m盯l
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XTAllGND,19C31
P2.4,P23
P22I】2JP2∞
图2.I
Fig.2.I
AT89C51引脚图
Pin笛signmcntdiagramofAT89CS!
(1)电源和晶振:
Vsr接地。
Vcc——运行和程序校验时加+5V。
XTALl——输入到振荡器的反相放大器。
XTAL2——反相放大器的输出,输入到内部时钟发生器。
当用外部振荡器时,XTAL2不用,XTALI接收振荡器信号。
(2)控制线,共4根。
①输入:
RS卜复位输入信号,高电平有效。
在振荡器工作时,在RST上作用两个机器周
期以上的高电平,将器件复位。
一9一
家庭无线控制报警系统
EA/Vpr片外程序存储器访问允许信号,低电平有效。
在编程时,其上施加21V的编程电压。
②输入,输出:
ALE/PRO卜地址锁存允许信号,输出。
用做片外存储器访问时,低字节地址锁存。
ALE以l/6的振荡频率稳定速率输出,可用做对外输出的时钟或用于定时。
在EPROM编程期间,作输入。
输入编程脉冲。
ALE可以驱动8个LSTTL负载。
PSEN~片外程序存储器选通信号,低电平有效。
在从片外程序存储器取指期间,在每个机器周期中,当PSEN有效时,程序存储器的内容被送上P0口(数据总线)。
PSEN③输出:
可以驱动8个LSTTL负载。
(3)I/O口:
4个口,32根
单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口,分别是PO、P1、P2、P3,各具有特殊的电路结构,每位均有自己的锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。
这种结构,在数据输出时可锁存,即输出新的数据之前,通道口上原数据一直保持不变,但对输入信息是不锁存的,因此从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止。
在这四个
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