基于單片機(jī)的智能家庭安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種基于DTMF技術(shù)的單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的智能家庭防盜報(bào)警器，該系統(tǒng)能利用現(xiàn)有的公共電話網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控家中的情況，并且家中發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)能及時(shí)將信息傳遞給主人，具有方便、安全的優(yōu)點(diǎn)。

1.引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對(duì)家庭住房的防盜、防劫、防火設(shè)備的重視程度也在不斷提高，所以現(xiàn)代社會(huì)有更多的人需要對(duì)偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警。為了有效的保證居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用無(wú)處不在的電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，將AT89S51單片機(jī)、ISD4000集成語(yǔ)音芯片、HT1602液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片及集成電路組成的雙音多頻撥號(hào)電路等有機(jī)地結(jié)合在一起，構(gòu)成一種功能先進(jìn)、實(shí)用、成本低廉的家庭智能防盜報(bào)警器。

2.電路組成框圖和基本工作原理

2.1電路組成框圖

智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)是由無(wú)線發(fā)送/接受模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音模塊、DTMF解/編碼模塊等構(gòu)成，系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)硬件總體框圖

2.2電路基本工作原理介紹

當(dāng)家中發(fā)生警情時(shí)，此時(shí)家中設(shè)定的無(wú)線模塊或者其他傳感器模塊會(huì)發(fā)出異常信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)接受到信號(hào)后立即發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警信號(hào)來(lái)威懾侵入者，同時(shí)將單片機(jī)自動(dòng)撥打預(yù)先存儲(chǔ)在24C02中的電話號(hào)碼給主人或者小區(qū)物業(yè)報(bào)警，以便及時(shí)采取防盜措施避免財(cái)產(chǎn)損失。

當(dāng)主人在異地想*家中的情況或者遙控家中的電器的開(kāi)關(guān)時(shí)，只需要撥打家中的固定電話號(hào)碼，因?yàn)樵搱?bào)警系統(tǒng)的電話接口是并聯(lián)在電話機(jī)上的，若鈴聲響五次后無(wú)人接通(具體次數(shù)可由軟件設(shè)定)，則該報(bào)警系統(tǒng)就自動(dòng)模擬摘機(jī)，在主人輸入預(yù)定的密碼后，就可以家中的動(dòng)靜以及控制家中電器的關(guān)、斷。

當(dāng)主人在家無(wú)須設(shè)防時(shí)，該報(bào)警系統(tǒng)還可以顯示時(shí)鐘、溫度等等，還可以設(shè)定起床鬧鈴等多重功能，這些都可以結(jié)合軟件和相關(guān)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.系統(tǒng)部分電路功能介紹

3.1 MCU模塊

MCU器件采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51芯片，如圖2所示。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，具有高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。

圖2 MCU模塊電路圖

3.2無(wú)線模塊

無(wú)線模塊主要是是處理紅外、無(wú)線信號(hào)。包括門窗磁報(bào)警模塊、火災(zāi)探測(cè)模塊、有害氣體探測(cè)模塊等傳感器模塊。

在這里主要講解門窗磁報(bào)警模塊，門窗磁探測(cè)器選用無(wú)線門磁，由一塊永磁體和門磁主體(內(nèi)部有一個(gè)常開(kāi)型的干簧管)兩部分組成，其無(wú)線接受模塊的傳感器應(yīng)用電路圖如3所示。

圖3無(wú)線門磁接受模塊傳感器電路圖

H1是一個(gè)干簧管，當(dāng)門閉合時(shí)，H1吸合，C1兩端點(diǎn)位相同，Q1截止，Q2也截止;當(dāng)門打開(kāi)時(shí)，干簧管觸點(diǎn)打開(kāi)，有一個(gè)電流流過(guò)Q1的發(fā)射極、R32(和H12并聯(lián))、C1、R31、地，使得Q2飽和導(dǎo)通，輸出低電平0給單片機(jī)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.3報(bào)警模塊

P3.2(INT0)連接防盜探測(cè)器，用來(lái)檢測(cè)盜情，如果盜情發(fā)生，觸發(fā)外部中斷0，MCU接到報(bào)警信號(hào)以后，開(kāi)始啟動(dòng)LED等閃爍報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)100dB的聲音報(bào)警，來(lái)震懾入室的小偷，同時(shí)把信號(hào)送給電話模塊，告訴主人或者報(bào)警中心有小偷入室。

3.4液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD1602來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要功能是用來(lái)顯示時(shí)間、日期、家里的溫度、以及報(bào)警的時(shí)候顯示報(bào)警的類型等功能。

圖4液晶顯示電路圖

3.5語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊的采用ISD4000芯片，其連接電路圖見(jiàn)圖5所示。

圖5語(yǔ)音芯片連接電路圖

3.6 DTMF編碼/解碼模塊

報(bào)警器電路與用戶電話機(jī)共用一條電話線。選用HT9200B做DTMF編碼器，HT9170做DTMF解碼器，其應(yīng)用電路圖見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 HT9200B電路圖

圖7 HT9170B電路圖

給HT9200B提供確定的4位二進(jìn)制數(shù)(比如電話號(hào)碼)，從D0--D3輸入，就可從13腳輸出相應(yīng)的DTMF信號(hào)， 并將DTMF信號(hào)送到電話線上， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)功能;HT9170的功能主要是將輸入的DTMF信號(hào)變換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，解碼遠(yuǎn)程電話按鍵信號(hào)，傳送到單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，即雙音多頻信令，基本上在全世界范圍內(nèi)使用在按鍵式電話機(jī)上，一個(gè)DTMF信號(hào)由兩個(gè)頻率的音頻信號(hào)疊加構(gòu)成。其中DTMF信號(hào)與電話按鍵關(guān)系見(jiàn)圖8所示。

圖8 DTMF信號(hào)與電話按鍵關(guān)系圖

3.7 電話接口模塊

電話接口模塊包括振鈴檢測(cè)電路、摘機(jī)控制電路以及回鈴檢測(cè)電路。

振鈴檢測(cè)是指當(dāng)振鈴一定次數(shù)(比如5次，可由軟件設(shè)定)后，若無(wú)人接聽(tīng)，則由主人輸入密碼，密碼輸入正確后，則由單片機(jī)自動(dòng)模擬摘機(jī)，以查看家里的情況，若密碼連續(xù)3次輸入不正確則強(qiáng)行掛機(jī)。

圖9振鈴檢測(cè)電路圖

振鈴檢測(cè)電路電路圖見(jiàn)圖9所示，25Hz的交流振鈴信號(hào)經(jīng)過(guò)整流以后，再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓，送入光電耦合器，再輸出方波信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷0，用軟件判別振鈴信號(hào)。

模擬摘機(jī)檢測(cè)電路電路圖見(jiàn)圖10所示。該電路利用三極管來(lái)模擬電話摘機(jī)。當(dāng)Q4基級(jí)為低電平時(shí)，Q3的集電極和發(fā)射機(jī)斷開(kāi)，為掛機(jī)狀態(tài);電平時(shí)當(dāng)Q4基級(jí)為高電平時(shí)，Q3的集電極和發(fā)射機(jī)飽和導(dǎo)通， 為摘機(jī)狀態(tài)， 于是電話信號(hào)送入。

圖10模擬摘機(jī)檢測(cè)電路圖

而回鈴音、忙音、線路錯(cuò)誤音等電話進(jìn)程音是載波為450Hz的信號(hào)，各種信號(hào)不同的只是調(diào)制的周期、占空比不同，所以對(duì)這些信號(hào)的檢測(cè)是檢測(cè)450Hz的信號(hào)的周期和占空比。該電路利用鎖相環(huán)LM567 構(gòu)成檢測(cè)電路(LM567 的中心頻率調(diào)450Hz)，當(dāng)輸入信號(hào)為450Hz時(shí)候，LM567輸出低電平， 送入單片機(jī)利用軟件區(qū)別各種信號(hào)， 其檢測(cè)電路見(jiàn)圖11所示。

圖11回鈴音檢測(cè)電路圖

4.程序流程圖介紹

本課題總體流程圖如圖12所示。

圖12總程序流程圖

在這里著重說(shuō)說(shuō)主循環(huán)模塊的流程圖，見(jiàn)圖13所示。

圖13主循環(huán)流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信， 無(wú)須重新布線、方便、無(wú)電磁污染、環(huán)保、成本低;該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定可靠， 具有很好的實(shí)用價(jià)值。