家用無線防盜器的設(shè)計(jì)

1、題 目： 家用無線防盜器的設(shè)計(jì) 1.1課題的研究背景隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對其住宅的要求也越來越高，表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適、溫馨的住所，而且對其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。然而經(jīng)濟(jì)的快速增長也帶來了相當(dāng)大的負(fù)面社會效應(yīng)，城鄉(xiāng)、區(qū)域收入差距進(jìn)一步拉大，社會結(jié)構(gòu)、社會治安日趨復(fù)雜，社會矛盾開始凸顯1。隨著流動人口迅速增加，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現(xiàn)出了增長趨勢，并且危害越來越嚴(yán)重，人們越來越渴望有一個安全生活的空間，但是犯罪分子的作案手段越來越高明，他們甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那種依靠安裝防盜門窗、或靠人防的防范方式越來越不能滿足人們

2、日常防范的要求；這時，傳統(tǒng)的家庭住宅顯然己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求2。人們迫切需要一種智能型的家庭安全防范報警系統(tǒng)，能可靠的進(jìn)行日常安全防范工作，及時發(fā)現(xiàn)各種險情并通知戶主，以便將險情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣人們便可安心工作，同時也保證了居民的生命財(cái)產(chǎn)不受損失。于是有關(guān)家庭、辦公室和倉庫等處的安全防范和自動報警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視，現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了各種名目繁多的報警裝置，但多由于可靠性較差、造價高或使用復(fù)雜而難于普及3。而隨著電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，單片微機(jī)以其具有體積小、價格低、集成度高、性價比高等突出優(yōu)點(diǎn)已在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機(jī)床、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面

3、得到了廣泛應(yīng)用。因此利用單片機(jī)和一些簡單的外圍器件來開發(fā)一種適合于家庭、倉庫、銀行等重要場所的低價位、運(yùn)行可靠的多功能智能型安全防范報警系統(tǒng)，對室內(nèi)出現(xiàn)的入室盜竊事件自動發(fā)出報警信息并通知戶主進(jìn)行及時處理已經(jīng)勢在必行4。1.2防盜報警系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類已經(jīng)步入了信息時代，智能化住宅也應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等各種技術(shù)的發(fā)展為智能建筑的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面社會上廣大的開發(fā)商、工程業(yè)主等也逐漸加大了智能建筑的投資。住宅智能化現(xiàn)在還沒有確切的定義，它一般包括住宅安全自動化，通信自動化，保健自動化和管理自動化。安全技術(shù)防范行業(yè)是智能住宅

4、安全自動化的一個重要內(nèi)容，隨著近幾年國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，安防行業(yè)得到快速發(fā)展5。在我國，家庭安全防范報警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)中實(shí)現(xiàn)安全管理的基礎(chǔ)，根據(jù)我國建設(shè)部的規(guī)定，主要包括電視監(jiān)控、防盜報警、求救求助、煤氣泄漏報警、消防報警等內(nèi)容。家庭智能報警便是其中的一項(xiàng)內(nèi)容，報警器應(yīng)具有多個探測器接口，可接收紅外及微波探測器、感煙探測器、溫度探測器、煤氣泄漏探測器等傳來的報警信號，然后通過通訊網(wǎng)絡(luò)將報警信息傳送到相關(guān)人的通訊設(shè)備上，以使災(zāi)情得到及時處理，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全6。報警設(shè)備主要是在兩方面發(fā)展較快，一方面是探測器技術(shù)和探測器的發(fā)展，一方面是遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的發(fā)展。探測器的發(fā)展主要表現(xiàn)在出現(xiàn)了被

5、動紅外、超聲波和微波三種不同的探測技術(shù)，各種不同類型的探測器也紛紛涌現(xiàn)。這方面最有前途的是復(fù)合式探測器，即在同一個封裝盒里安裝兩種以上不同的探測器，兩者組合后誤報率將會大大降低7。復(fù)合式探測器一般有超聲波/被動紅外復(fù)合式探測器、微波/被動紅外復(fù)合式探測器。遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)在出現(xiàn)了有線式報警系統(tǒng)、無線式報警系統(tǒng)，報警聯(lián)防網(wǎng)絡(luò)等。目前我國有關(guān)報警系統(tǒng)方面的產(chǎn)品也愈來愈豐富8。按照報警系統(tǒng)的規(guī)?？煞譃樾∫?guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模報警系統(tǒng)。小規(guī)模防盜報警系統(tǒng)近年來在市場上較多見，例如無線式系統(tǒng)。它具有安裝方便、簡單，一次性投資小的特點(diǎn)，但它存在覆蓋面積小、誤報率高等問題，使用場合受到一定限制。但由

6、于此類產(chǎn)品具有體積小、耗電低、成本低、功能單一等優(yōu)點(diǎn)，對于一些簡單的報警場合和個人家庭，具有很大的市場潛力，目前此類產(chǎn)品在市場上非常活躍9。中規(guī)模防盜防警系統(tǒng)，例如閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)，無論從功能上，還是從結(jié)構(gòu)上，都介于小規(guī)模防盜報警系統(tǒng)和大規(guī)模防盜報警系統(tǒng)之間。其報警功能、有關(guān)技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)性能與真正的報警系統(tǒng)相比還較差，與微機(jī)系統(tǒng)相比，此類系統(tǒng)缺乏人機(jī)界面、圖形功能和管理功能，性能價格比較低10。目前市場上有不少此類產(chǎn)品，例如美國C&K 公司的2300 系列，美國ADEMCO 公司的4110 系列防盜報警系統(tǒng)，國內(nèi)此類產(chǎn)品如康必特電子技術(shù)研究所生產(chǎn)的CPT-302 傳呼報

7、警系統(tǒng)，中國金辰安全技術(shù)公司研制的TW-A 防盜驅(qū)逐報警系統(tǒng)等。大規(guī)模防盜報警系統(tǒng)一般都是指微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能充分發(fā)揮微機(jī)的作用，利用微機(jī)軟件靈活多變，人機(jī)界面友好，管理操作簡單、方便，圖形豐富等特點(diǎn)而做成的監(jiān)控軟件，可監(jiān)控?cái)?shù)十個甚至上百個控制分機(jī)，性能價格比較高。國外此方面的系統(tǒng)研究得較早，有系列的商品，如美國C&K 公司的“MONITOR”監(jiān)控軟件等。國內(nèi)在此方面的系統(tǒng)較小，產(chǎn)品沒有形成系列化和商業(yè)化，只有一些簡單的微機(jī)軟件監(jiān)控系統(tǒng)11。1.3課題的研究目標(biāo)和意義雖然安防技術(shù)飛速發(fā)展，但是我國的智能住宅的普及程度相對國外來講，還有很大差距。眾多家庭的安防防范還是主要依靠安

8、裝防盜窗、防盜門以及人工防范。這樣不僅有礙美觀，不符合防火的要求、而且不能有效地防止壞人的侵入?，F(xiàn)在全國都在開展建設(shè)安全文明小區(qū)的活動，提出取消防盜門窗，“走出牢籠”的口號12。采取技術(shù)手段防范和打擊不良行為不失為一種行之有效的方法。可是，現(xiàn)實(shí)生活中防盜裝置并未在一般企事業(yè)單位和個人家庭中得到十分廣泛的應(yīng)用，沒有發(fā)揮此類防盜裝置應(yīng)有的作用。究其原因，除認(rèn)識上的問題外，主要是防盜產(chǎn)品的性價比不能適應(yīng)社會的要求13。如銀行、大型商場、倉庫采用的帶攝像、報警、監(jiān)聽，甚至門窗自鎖等功能的防盜系統(tǒng)，性能雖好，但價格不菲，非一般企事業(yè)單位和個人家庭所承受。我們對現(xiàn)有的國內(nèi)外相關(guān)專利進(jìn)行了查詢和比較。目前可

9、查的專利主要有紅外線防盜網(wǎng)，反射式紅外線防盜網(wǎng)，無線主動紅外防盜報警窗14。從國內(nèi)來看，比較高檔的一般為進(jìn)口貨，價格昂貴，且多為有線連接方式。國內(nèi)產(chǎn)品盡管不少，但多為模擬電路形式，且結(jié)構(gòu)和功能簡單，可靠性差，難以聯(lián)網(wǎng)15。近幾年也出現(xiàn)了一些比較先進(jìn)的國產(chǎn)產(chǎn)品，如安裝有圖像傳感器基于彩信的家用無線報警系統(tǒng)、紅外防盜報警系統(tǒng)、短距離的無線報警系統(tǒng)、基于短信的無線報警系統(tǒng)。本文綜合之前各種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，利用單片機(jī)控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種無線智能防盜系統(tǒng)，真正的適合家庭使用。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶，及布線不方便的場合。本系統(tǒng)基于電話網(wǎng)絡(luò)但是與電話互相獨(dú)立不會影響

10、電話的正常使用，并通過語音提示操作，人機(jī)交互友好。智能化防盜技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)入二十一世紀(jì)信息技術(shù)的騰飛正邁入一個全新的領(lǐng)域，智能化安防技術(shù)與計(jì)算機(jī)之間的界限正逐步消失。目前，智能化防盜技術(shù)的發(fā)展己取得了矚目的成就，隨著企業(yè)和住宅小區(qū)需求的凸現(xiàn)，數(shù)字化智能報警當(dāng)前面臨新的發(fā)展契機(jī)16。目前關(guān)于家庭防盜的專利和產(chǎn)品仍具有如下缺陷：1、基于彩信的防盜系統(tǒng)需要電腦的支持，而且圖像傳感器的價格不菲，在家庭普及不太現(xiàn)實(shí)。2、基于短信或彩信的防盜系統(tǒng)，由于手機(jī)接受短信時反應(yīng)不夠明顯，不能及時的引起用戶的注意通知戶主，且萬一手機(jī)關(guān)機(jī)沒有進(jìn)一步的措施。3、這些系統(tǒng)還有一個共同的缺點(diǎn)，容易出現(xiàn)誤報，往往由于小動物進(jìn)

11、入或窗簾的飄動而報警，從而引起不必要的恐慌。4、繁雜的布線，不僅安裝不方便而且影響居室的美觀。5、布防撤防的過程繁瑣，不利于操作17。為了解決以上問題，我們選擇設(shè)計(jì)了家用無線防盜報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合紅外微波探測技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在出現(xiàn)異常情況時，自動依次撥打設(shè)置好的電話通知用戶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、利用了家庭中十分普及的電話和手機(jī)作為支撐，因而成本低廉、性能可靠、功能易于擴(kuò)充、應(yīng)用范圍廣；2、采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，無需繁雜的布線，安裝方便，不會影響居室的美觀同時也不易被犯罪者察覺；3、由于采用模塊化設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)不同的需求和經(jīng)濟(jì)承受能力，購買相應(yīng)的模塊組成滿足要求

12、的報警器；4、擯棄了一一對應(yīng)的監(jiān)控模式，用戶只要增加前端報警模塊的數(shù)量即可實(shí)現(xiàn)多場景監(jiān)控，避免了不必要的浪費(fèi)；5、自動撥號報警，在布防狀態(tài)時，當(dāng)有人非法侵入，主機(jī)會自動撥通電話通知用戶，報警電話可設(shè)四組。一組電話遇忙不通，則自動轉(zhuǎn)撥下一組，撥通后立即播放事先自行錄制的報警求援錄音。6、采用復(fù)合傳感器檢測，大大降低了誤報的可能性18。1.4論文的主要研究內(nèi)容本論文需要研究的內(nèi)容主要有以下幾個方面：1、分析目前市面上的家用防盜報警器的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的各種不足；2、根據(jù)系統(tǒng)功能要求并且考慮產(chǎn)品的性價比，進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)方法，方便系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)和升級；3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，包

13、括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設(shè)計(jì)等。主要內(nèi)容包括：電源電路設(shè)計(jì)、無線接收發(fā)射電路設(shè)計(jì)、DTMF撥號電路設(shè)計(jì)、DTMF解碼電路設(shè)計(jì)、語音電路設(shè)計(jì)、電話接口電路設(shè)計(jì)、有線防區(qū)接口電路設(shè)計(jì)、內(nèi)置警號驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、人機(jī)界面顯示電路設(shè)計(jì)等；4、系統(tǒng)硬件的印制電路板(PCB)的設(shè)計(jì)；5、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)主程序、無線自適應(yīng)解碼模塊、內(nèi)置警號音調(diào)軟件控制模塊、DTMF軟件解碼模塊、話線斷線無線呼救軟件模塊等功能模塊的軟件設(shè)計(jì)；6、系統(tǒng)硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)19；根據(jù)本課題欲實(shí)現(xiàn)的功能和所要研究的內(nèi)容，應(yīng)采取以下研究步驟來實(shí)現(xiàn)：1、進(jìn)行系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)與可行性研究、

14、合理的將整個系統(tǒng)劃分成各個功能模塊；2、各個功能模塊的電路原理設(shè)計(jì)、元器件(芯片)選擇與特性測試；3、各個功能模塊的軟硬件調(diào)試、各個功能模塊的整體調(diào)試、系統(tǒng)整體電路調(diào)試、系統(tǒng)整體軟件調(diào)試、最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試；4、抗干擾設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿于整個設(shè)計(jì)過程之中20。主要參考文獻(xiàn)：1 任杰基于彩信的無線紅外防盜報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)D河北工業(yè)大學(xué)，20072 胡敏強(qiáng)智能防盜報警主機(jī)的研制D廣東工業(yè)大學(xué),20093 李雪梅熱釋紅外無線報警器J山東紡織經(jīng)濟(jì) ，2006（3）：77-784 徐甲強(qiáng)，張全法，范福玲傳感器技術(shù)（下冊）M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20045 張麗，樊文生單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件抗干擾策略J通信技術(shù)，2

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17、8C/MT888C-1 integrated DTMF Transceiver with intel Micro interfaceEB/OL.1995-05.http:/www.EE.20 郭云志智能無線防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)J電子工程師，2008，34（3）：75研究方案：2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想對于單片機(jī)系統(tǒng)來說，要想其能夠可靠的工作，具有良好的性能，硬件設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵的地方之一。硬件就好比系統(tǒng)的骨架，只有硬件具有了高可靠性，才能支撐起軟件良好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要達(dá)到的功能。正是由于硬件系統(tǒng)的這種特殊地位，所以在硬件的設(shè)計(jì)過程中必須有一個可靠的設(shè)計(jì)原則。針對本系統(tǒng)的功能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和市場需要，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中

18、的基本設(shè)計(jì)原則如下：1、可靠性高高可靠性是系統(tǒng)應(yīng)用的前提，是防盜報警產(chǎn)品的生命線。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該將高可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，系統(tǒng)一旦失去了可靠性也就失去了產(chǎn)品的生命力。因此，針對系統(tǒng)在具體使用過程中可能存在的情況根據(jù)理論原理對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案深刻論證嚴(yán)格把關(guān)。2、性能價格比高本家用防盜器具有體積小、速度快、功耗低等特點(diǎn)，并且集成了豐富的硬件資源，具有很高性價比。在設(shè)計(jì)硬件時，盡量地做到簡化設(shè)計(jì)，減少元器件的使用數(shù)量，提高復(fù)用度。3、功能完備，操作簡便，高度人性化強(qiáng)大、完備的功能將受到更多用戶的歡迎，顯著增加產(chǎn)品在市場上的競爭力。在設(shè)計(jì)家用無線防盜報警器的硬件、軟件系統(tǒng)時，針對很

19、多同類產(chǎn)品的不足，相應(yīng)地增加了家用無線防盜報警器的功能。實(shí)現(xiàn)功能完備的同時，系統(tǒng)的操作使用上，盡量做到簡單、方便，高度的人性化。比如說設(shè)防時只需要撥動一個按鍵就可以；用戶在使用電話機(jī)鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置時，用戶每一步的操作都有恰當(dāng)?shù)恼Z音提示；系統(tǒng)狀態(tài)全面直觀，一目了然。4、功能可擴(kuò)展一個有廣泛使用性和強(qiáng)大市場生存力的系統(tǒng)必須在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時考慮以后系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。能夠?qū)崿F(xiàn)不用改變或者改變很少即可用于其它的場合，或者根據(jù)要求能夠增加系統(tǒng)的處理能力，使系統(tǒng)具有良好的可升級能力。只有具備可擴(kuò)展性，產(chǎn)品才能夠在市場上長時間的存在下去，否則會很快的被市場所淘汰。因?yàn)檫@樣的產(chǎn)品屬于階段性產(chǎn)品，只能滿足社會某個特定

20、時期的要求。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮到了以后的系統(tǒng)升級需要。 5、模塊化設(shè)計(jì)根據(jù)本系統(tǒng)是用于防盜報警的這一特殊應(yīng)用目的，系統(tǒng)盡量使用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)模塊化積木式組合與拆分的功能，便于以后的升級換代，減少二次投資，可以滿足報警場合的重要性和復(fù)雜度以及使用對象對功能和價格的選擇。2.2家用無線報警系統(tǒng)的總體構(gòu)成根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，家用無線報警系統(tǒng)劃分為以下功能模塊：前端信息采集模塊、核心控制模塊、無線傳輸模塊、電話控制模塊和外圍功能模塊等五個模塊。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。圖1家用無線報警系統(tǒng)組成框圖單元模塊的組成及功能如下：1、前端信號采集模塊它是一個紅外微波復(fù)合探測器。它作為整個報警系統(tǒng)的最前

21、端，完成觸發(fā)報警信號的工作。紅外探測器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，同時微波傳感器根據(jù)多普勒效應(yīng)將人體反射回來的頻率變化的微波轉(zhuǎn)化成電信號，兩種電信號相與得到的電信號作為報警信號發(fā)送到前端信息處理模塊。2、無線傳輸模塊在本設(shè)計(jì)中選用MC55來完成傳感器與主控器之間的通信，無線傳輸模塊包括無線接收模塊和無線發(fā)射模塊。3、核心控制模塊采用單片機(jī)AT89C51與各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和過程控制。它是整個系統(tǒng)的“心臟”，由它來接收報警信號并控制、協(xié)調(diào)各功能模塊的正常工作，考慮到系統(tǒng)的功能性、經(jīng)濟(jì)性等因素，采用的是低端的、性價比較高的AT89C51單片機(jī)。4、電話控制模塊撥號電路主要采用MITEL公司的編譯碼集成芯片MT8888來完成電話號碼的發(fā)送、配合單片機(jī)完成電話線上各種信號音的監(jiān)測等工作。5、外圍功能模塊語音電路采用美國ISD公司的高保真錄放一體化語音芯片ISDl420來完成報警時進(jìn)行語音提示的預(yù)存工作，根據(jù)警情的不同進(jìn)行相應(yīng)的提示語音錄存。其它的