1 引言
隨著我國國民經濟的快速發展, 人民生活水平的提高, 人們對家庭住房的防盜、防劫、防火設備的重視程度也在不斷提高, 所以現代社會有更多的人需要對偷盜、搶劫、火災、煤氣泄漏等事故進行監測和報警。為了有效的保證居民的生命財產安全, 我們設計了一款智能家庭防盜報警系統。該系統是利用無處不在的電話網絡進行監控,將AT89S51 單片機、ISD4000 集成語音芯片、HT1602 液晶顯示驅動芯片及集成電路組成的雙音多頻撥號電路等有機地結合在一起, 構成一種功能先進、實用、成本低廉的家庭智能防盜報警器。
2 電路組成框圖和基本工作原理
2.1 電路組成框圖
智能家庭防盜報警系統是由無線發送/ 接受模塊、報警模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、語音模塊、DTMF解/ 編碼模塊等構成, 系統硬件總體框圖如圖1 所示。
圖1 系統硬件總體框圖
2.2 電路基本工作原理介紹
當家中發生警情時, 此時家中設定的無線模塊或者其他傳感器模塊會發出異常信號給單片機, 單片機接受到信號后立即發出現場聲光報警信號來威懾侵入者, 同時將單片機自動撥打預先存儲在24C02 中的電話號碼給主人或者小區物業報警, 以便及時采取防盜措施避免財產損失。
當主人在異地想*家中的情況或者遙控家中的電器的開關時, 只需要撥打家中的固定電話號碼, 因為該報警系統的電話接口是并聯在電話機上的, 若鈴聲響五次后無人接通(具體次數可由軟件設定),則該報警系統就自動模擬摘機, 在主人輸入預定的密碼后, 就可以*家中的動靜以及控制家中電器的關、斷。
當主人在家無須設防時, 該報警系統還可以顯示時鐘、溫度等等, 還可以設定起床鬧鈴等多重功能, 這些都可以結合軟件和相關芯片來實現。
3 系統部分電路功能介紹
3.1 MCU模塊
MCU 器件采用ATMEL 公司生產的AT89S51 芯片,如圖2 所示。AT89S51 是一個低功耗,高性能CMOS 8 位單片機,片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000 次的Flash 只讀程序存儲器,具有高密度、非易失性存儲技術的特點, 芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash 存儲單元。
圖2 MCU 模塊電路圖
3.2 無線模塊
無線模塊主要是是處理紅外、無線信號。包括門窗磁報警模塊、火災探測模塊、有害氣體探測模塊等傳感器模塊。
在這里主要講解門窗磁報警模塊, 門窗磁探測器選用無線門磁,由一塊永磁體和門磁主體(內部有一個常開型的干簧管)兩部分組成,其無線接受模塊的傳感器應用電路圖如3 所示。
圖3 無線門磁接受模塊傳感器電路圖
H1 是一個干簧管,當門閉合時,H1 吸合,C1 兩端點位相同,Q1 截止,Q2 也截止;當門打開時,干簧管觸點打開,有一個電流流過Q1 的發射極、R32(和H12 并聯)、C1、R31、地,使得Q2 飽和導通,輸出低電平0 給單片機, 發出報警信號。
3.3 報警模塊
P3.2(INT0)連接防盜探測器,用來檢測盜情,如果盜情發生,觸發外部中斷0,MCU 接到報警信號以后, 開始啟動LED 等閃爍報警,同時啟動100dB 的聲音報警,來震懾入室的小偷, 同時把信號送給電話模塊, 告訴主人或者報警中心有小偷入室。
3.4 液晶顯示模塊
液晶顯示模塊采用LCD1602 來實現,主要功能是用來顯示時間、日期、家里的溫度、以及報警的時候顯示報警的類型等功能。
圖4 液晶顯示電路圖
3.5 語音模塊
語音模塊的采用ISD4000 芯片,其連接電路圖見圖5 所示。
圖5 語音芯片連接電路圖
3.6 DTMF編碼/解碼模塊
報警器電路與用戶電話機共用一條電話線。選用HT9200B 做DTMF 編碼器,HT9170 做DTMF 解碼器,其應用電路圖見圖6 和圖7 。
圖6 HT9200B 電路圖
圖7 HT9170B 電路圖
給HT9200B 提供確定的4 位二進制數(比如電話號碼),從D0--D3 輸入,就可從13 腳輸出相應的DTMF 信號, 并將DTMF 信號送到電話線上, 實現自動撥號功能;HT9170 的功能主要是將輸入的DTMF 信號變換為相應的二進制數,解碼遠程電話按鍵信號,傳送到單片機,實現遠程控制。
DTMF(Dual Tone Multi Frequency),即雙音多頻信令, 基本上在全世界范圍內使用在按鍵式電話機上,一個D T M F 信號由兩個頻率的音頻信號疊加構成。其中D T M F 信號與電話按鍵關系見圖8 所示。
圖8 DTMF 信號與電話按鍵關系圖
3.7 電話接口模塊
電話接口模塊包括振鈴檢測電路、摘機控制電路以及回鈴檢測電路。
振鈴檢測是指當振鈴一定次數(比如5 次,可由軟件設定)后,若無人接聽,則由主人輸入密碼,密碼輸入正確后,則由單片機自動模擬摘機,以查看家里的情況,若密碼連續3 次輸入不正確則強行掛機。
圖9 振鈴檢測電路圖
振鈴檢測電路電路圖見圖9 所示,25Hz 的交流振鈴信號經過整流以后,再經過穩壓,送入光電耦合器,再輸出方波信號給單片機的外部中斷0,用軟件判別振鈴信號。
模擬摘機檢測電路電路圖見圖10 所示。該電路利用三極管來模擬電話摘機。當Q 4 基級為低電平時, Q 3的集電極和發射機斷開,為掛機狀態;電平時當Q4 基級為高電平時,Q3 的集電極和發射機飽和導通, 為摘機狀態, 于是電話信號送入。
圖10 模擬摘機檢測電路圖
而回鈴音、忙音、線路錯誤音等電話進程音是載波為450Hz 的信號,各種信號不同的只是調制的周期、占空比不同,所以對這些信號的檢測是檢測450Hz 的信號的周期和占空比。該電路利用鎖相環LM567 構成檢測電路(LM567 的中心頻率調為450Hz),當輸入信號為450Hz 時候,LM567 輸出低電平, 送入單片機利用軟件區別各種信號, 其檢測電路見圖11 所示。
圖11 回鈴音檢測電路圖
4 程序流程圖介紹
本課題總體流程圖如圖1 2 所示。
圖12 總程序流程圖
在這里著重說說主循環模塊的流程圖,見圖13 所示。
圖13 主循環流程圖
5 結束語
本系統采用電話網絡進行通信, 無須重新布線、方便、無電磁污染、環保、成本低;該系統經過調試,運行穩定可靠, 具有很好的實用價值。