智能门窗联动安防监控系统的设计

学号：11034020344毕业设计说明书智能门窗联动安防监控系统的设计Design of intelligentwindow-doorlinkage security monitoring and control system学院 计算机与电子信息学院 专业 电气工程及其自动化班级 电气11-3 学生 何家明 指导教师（职称） 熊建斌（副教授） 完成时间 2015 年1 月 1 日至 2015年 6 月 7日广东石油化工学院本科毕业设计诚信承诺保证书本人郑重承诺：智能门窗联动安防监控系统的设计毕业设计的内容真实、可靠，是本人在熊建斌老师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。学生签名： 年 月 日专业负责人批准日期毕业设计任务书院（系）：计算机与电子信息学院 专业:电气工程及其自动化班级：电气11-3班 学生：何家明 学号：11034020344 一、毕业设计课题 智能门窗联动安防监控系统的设计二、毕业设计工作自 2015 年 1月 1日起至 2015 年6 月 7 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院四、毕业设计的内容要求（1）无线遥控在室内任何位置均可无线遥控门窗（窗帘）的开、关和任意停留；（2）自动防风防雨当遇到大风来临或雨雪将至，窗户立即自行关闭，令您出门无忧无虑；（3）自动检控燃气当燃气监测器检测到煤气、液化气、等有害气体，智能控制器内微电脑自动发出相应的指令，将窗户、排气扇自动开启，同时发出警声并将警情传递给主人手机和保卫处；（4）自动检控火灾一旦有火灾发生，传感器会第一时间检测到烟雾信号，智能控制器发出指令 ，将门窗打开，同时发出警声并将警情传报警中心或给主人手机上。最终的成果：（1）系统方案的设计；（2）写好毕业设计说明书；（3）要吃苦耐劳，能静下心来做一些事情。 指导教师 熊建斌接受毕业设计任务开始执行日期 2015 年 1 月 1 日 学生签名 摘要摘要随着社会和科学技术的不断发展，人们的工作、生活和通讯、信息等关系日益紧密连接在一起。信息化社会不断使人们生活方式与工作习惯发生改变，也对传统的住宅环境提出了挑战，因为社会、科学技术以及经济的进步使得人们的观念发生改变。人们对家居的要求早已不仅仅限于物理空间，更为关注的是一个安全、快捷、舒适和智能化的居家环境。如今人们随着生活水平不断提高，越来越多的人追求更高质量的生活。在中国像北京、上海等这些发达城市，家居家庭智能化已经慢慢发展起来，让人们享受高科技时代带来的方便和居家安全感。智能门窗联动安防监控系统属于智能家居中重要的组成部分，该系统可以全面、具体地给住宅户带来更人性化的需求，满足人们对智能安防与家庭自动化的渴望。本论文给出了一套智能的门窗联动安防监控系统的方案。该系统包括了智能门窗的自动防风防雨和防盗系统，自动检测可燃气和火灾监控报警系统以及视频监控远程报警系统的内容，家庭内部通讯通过无线传感器网络来进行数据传输和发送。各个子系统中的相应检测传感器将报警信号通过无线网络传输给主控制芯片，然后由主控制器启动报警并可以通过GSM网络向用户发送警情，用户可以通过手机连接家庭网来进行控制，从而能实现远程监控的目的。关键字：智能门窗；安防；火灾监控；远程监控IAbstractAbstractWith the development of society and science technology ，which makes the relations of peoples work, life ,communication and information get closer together day by day. Not only the information society changes peoples life style and working habits, but also poses challenges to the traditional residential environment, because the progress of the society, science technology and economy makes people change this idea. The requirements of people to the residential home is not already limited to physical space, they pay more attention to a safe, efficient, comfortable and intelligent residential environment.Nowadays with the improvement of peoples living standard, more and more people pursue a better quality life. The developed cities likes Beijing and Shanghai in China, intelligent household family has developed slowly, which let people enjoy the high-tech era brings convenience and security at home. Intelligent doors and Windows linkage security monitoring system is the important part of the intelligent home security monitoring system ,and this system can comprehensively and concretely brings the more human demand to residential home people, satisfy peoples desire to intelligent security and home automation.This paper gives a scheme of intelligent doors and Windows linkage security monitoring system. This system includes intelligent doors and Windows achieve automatically stop wind -rain, automatic detection of combustible gas and fire monitoring alarm system, and the content of the remote video monitoring alarm system, communication in home through the wireless sensor network send and transmit the data. Each subsystem of the corresponding detection sensor through wireless network transmission alarm signals to the master control chip, and then the master controller start the alarm and can through the GSM network send alert to the user, the user can through the phone connection home network to control, which can achieve the purpose of remote monitoring.Key words: intelligent doors and Windows, security, fire monitoring, remote monitoring. III目录目录摘要I目录III第一章 绪论11.1引言11.2 智能门窗联动安防监控系统的国内外现状11.2.1 智能门窗联动安防监控系统的国外研究现状11.2.2 智能门窗联动安防监控系统的国内研究现状21.3 智能门窗联动安防监控系统面临的挑战31.4 论文的主要内容31.5 本章小结4第二章 系统功能与总体设计52.1 智能门窗联动安防监控系统原理52.2 系统总体设计与硬件电路62.1.1 系统原理框图设计62.1.2 系统中央控制器及硬件电路设计72.3 系统硬件清单82.4 本章小结9第三章 各个子系统硬件选用与设计103.1 智能门窗系统原理与硬件设计103.1.1 窗户窗帘无线遥控系统113.1.2 自动防风防雨系统153.1.3 窗户防盗报警163.1.4 智能门禁系统193.2 火灾监控系统203.2.1 可燃气体自动检测报警系统213.2.2 自动检控火灾系统223.3 视频监控系统273.3.1 灵动防线网络摄像机273.3.2 智能网络视频监控系统组成283.4 无线网络通信技术模块293.4.1 无线通信技术介绍293.4.2 基于ZigBee协议技术的无线传感器网络303.5 GSM通信模块333.5.1 TC35i GSM模块介绍333.5.2 基于GSM通信系统的硬件实现353.6本章小结35第四章 结论与展望364.1结论364.2展望36参考文献37致谢38第一章 绪论第一章 绪论1.1引言现在谈到智能家居，也许很多人都不会觉得陌生，因为如今智能家居发展很快，给人们生活带来很大的方便，所以得到人们广泛的认可和追求。如今对于住宅社区安防方面需求的增加，智能化的安防监控系统当前也面临新的发展契机。因为一方面市场需求很大，住宅户们希望自己家庭的安全防护能够得到更好的保护，对于这种新的保护方式往往与科技的发展进步有很大关系，这样才能够把最新的科学技术应用进去；另一方面由于目前市场上现有的智能化安防监控产品售价一般都很高，让住宅用户望而止步，这样阻碍了智能化安防监控的广泛应用。智能门窗联动安防监控系统属于智能家居中重要的组成部分，该系统可以全面、具体给住宅户带来更人性化的需求，满足人们对智能安防与家庭自动化的渴望。所以研究智能门窗联动安防监控系统具有很大社会效应和经济效应。随着社会的发展，城市的流动人口也在不断增加，然而各种的入室盗窃案件也频繁出现，所以现在很多人对于防盗问题十分关注。由于技术不足以及资金缺乏，现在很多城市居民住宅主要的防盗措施基本采用防盗窗和防盗网之类的机械式防卫设备，尽管其有一定的防盗功能，但这些防盗设备不仅对城市面貌造成一定影响，还存在一定的安全隐患以及其防盗功能不够全面等缺点。现在的社会生活节奏如此之快，也许很多人出门经常会忘记关窗，万一遇到个狂风暴雨天怎么办，后果可想而知了。还有出门着急在外面也许会担心家里煤气是否关紧，又万一着火引起火灾，后果就更严重了。当一天上班干完活拖着疲惫的身躯回到家时，你还会有心思去做开窗拉窗帘这种劳心费力的事？还有临时有事着急出门单独把小孩留在家，你是否会担心孩子贪玩爬窗户，如果有个万一就铸成大错将后悔一辈子了！诸如以上种种问题，现在急需有一种方案来解决人们生活中遇到的问题。所以智能门窗联动安防监控系统这个方案基本可以为你解决这些问题，让你出门无忧，回家无烦恼！1.2 智能门窗联动安防监控系统的国内外现状1.2.1 智能门窗联动安防监控系统的国外研究现状智能门窗属于智能家居中重要的组成部分。在国外大概20世纪80年代那时就有关于智能家居的研究，所以到现在国外对于这方面的理论和方案都比较成熟和健全。随着计算机技术和网络技术的飞快发展，智能门窗联动安防系统的研究也有了很大的突破和发展，基本上可以实现了家庭数字化和智能化。并且早在2003年，包括索尼、徽软、英特尔等IT、AV和通信领域在内的17家国际巨头公司联合成立了“数字家庭工作组”,他们的目的在与推动统一的数字家庭的网络连接、信息格式的标准建设，为智能家居的建设和发展做出了很大贡献。关于安防监控产品的研究开发与设计，国外很多公司已经具备了一套成熟完整的技术和方案，并且还在不断向更高层次，更方便先进的方向发展。霍尼韦尔公司总裁兼首席执行官Ben Cornett这样说：“我们公司的生产的安防产品拥有全球最多的模块和功能集成，尽管其他竞争公司将会很快推出与我们这类综合集成的家庭智能化自动化相类似的方案产品，不过到那个时候或许我们已经推出了下一代产品，所以我们始终遥遥领先我们的对手”霍尼韦尔公司的高度集成数字家庭系统是将家电网络、门禁、紧急呼叫、电子门锁、火警探测器、红外探测器以及触摸屏操作系统的终端连接起来，并且把安防系统、煤气阀控制、灯光控制、窗帘控制、场景联动控制甚至空调控制、信息家电控制、可视对讲以及远程通讯系统整合了在一起，并利用家庭网络系统和以太网作为传输平台，通过和社区的服务系统、社区各个子系统实现数据共享和联动控制，实现了真正意义的数字家庭。让智能化的住宅不仅给人们带来一个全新舒适的居家环境，还可以让人们体验到高科技带来的巨大居家安全感以及视觉上的色彩的享受感，使得人们在高科技的时代生活更加方便，更加幸福。对于国外关于这方面的研究发展和经验我们国家还是相当缺乏，需要我们后辈人的不断努力，潜心研究，才能让科技造福我国人们，也让人们体验科技带来的巨大方便和满足感。1.2.2 智能门窗联动安防监控系统的国内研究现状我们很多人都知道智能家居是在传统住宅基础上，利用现代通信技术、现代计算机技术和自动控制技术实现家庭内部各种信息采集、处理、传输和显示，从而实现自动化以及智能化监控。智能门窗联动安防监控系统是智能家居的重要组成部分，而视频监控是安防的首要任务。当今国内对智能家居控制器还没有一个统一的标准，所以现在智能家居控制器有多种不同的名称，如住宅智能化终端、家庭控制器等。但是不管采用哪种名称，其原理基本都是应用总线技术把家庭中各种与信息有关的家用电器、通信设备以及家用安防装置等连接到一个家居智能化的系统上，从而进行现场或异地的监视。由于当今我国贫富两极分化，治安形势也比较复杂。在我国很多大中城市中，差不多有70%家庭都安装的是防盗网和防盗门，但是像美国、日本等发达国家就比较少有家庭安装防盗门和防盗网。由于之前资金与技术方面的缺乏和不足，人们一直不看好国内生产厂商所生产的安防产品。但是现在安防企业和一些国内出名电商公司如海尔等都在研究和生产关于先进安防监控的产品，一旦安防产品推广到普通家庭后，应用家用门禁以及家庭远程视频监控报警系统这个市场并不比通信和家电产品小，所以预计未来视频远程监控系统会覆盖中国许多大中小城市。3系统功能及总体设计1.3 智能门窗联动安防监控系统面临的挑战智能门窗联动安防监控系统在智能家居中有着举足轻重的作用，存在巨大的发展潜力，但同时也存在许多难题。因为现在的安防监控系统五花八门，各自标准也不一样，这样实现起来就很难了。主要体现在以下方面：1）行业标准融合难的问题智能门窗联动安防监控系统是智能家居中一个重要的组成部分。智能家居里面包含的行业和领域很多，智能家居就好比是一个小型的家庭物联网，里面各项产品设备相互结合在一起，就需要将众多的厂商生产的设备集中在一个用户家庭中，实现人们所需要的服务。因此，就需要有一个完备的、统一的、可操作性强的行业标准来支撑整个智能家居行业的发展。可是就目前看来，我国智能家居很多厂商各自为政，没有制定完善统一的标准，还有几十国内厂商之间的合作有限，他们之间的竞争过度，这样不仅造成了彼此兼容成本提高，还白白浪费了很多资源。因此，智能家居跨行业和厂商间的产业链融合很重要。2）家庭网络与社区网络发展不成熟家庭网络和社区网络连接的成熟度直接影响智能家居安防监控系统的性能。因此，社区网络和家庭网络以及那些服务平台的搭建将是智能家居安防监控系统能否发展来的重要网络基础。而当前社区网络也不是很完善，家庭网络他的主要作用是信息和数据传输，真正应用于智能家居安防监控系统与社区实现的相关服务功能还是很难实现，所以对于可靠性强、大规模的、安全性要求高的智能家居安防监控系统的应用来说需要更进一步的改进和设计。当然，如今国家加大力度推广智能城市、智能社区的建设，所以相应的网络基础将会得到逐步完善。3）目前智能家居安防监控系统产品设计要有更具创新性的思路。当前对于智能家居产品的技术专业化程度一般高，这样就需要具备专业知识的人员才能进行安装、调试以及使用培训，所以用户就很难从使用这些产品中得到亲自体验和乐趣。因此，复杂性的技术问题要首先解决，这就需要专业人员设计出更多简单易用的产品出来；其次，应该更多注重用户需求和体验，设计出广大用户需要的、使用简便的产品。以上几方面问题的解决与否对于智能安防监控系统的实现与设计任重而道远。1.4 论文的主要内容本论文主要由绪论、系统功能与总体设计、系统硬件功能介绍与设计，结论与展望等四大章所组成。各章节主要内容安排如下：第一章 绪论。本章论述了本设计的目的和意义，介绍了智能门窗联动安防监控系统的现状和前景、智能门窗联动安防监控系统的国内外现状以及智能门窗联动安防监控系统面临的主要挑战和难题。第二章 对智能门窗联动安防监控系统实现的功能和组成方面做了总体介绍，列出系统所用到的探测器、传感器以及相应模块电路，并给出了系统功能如何实现的原理框图及相应硬件电路图。第三章 系统各硬件功能原理的介绍、相关电路设计，各种传感器和探测器的选择，分别介绍了智能门窗系统中自动防风防雨的设计、安防监控系统自动检测燃气和自动检控火灾报警的设计、视频监控系统、无线通信模块和GSM通信模块。第四章 结论与展望。1.5 本章小结本章介绍了智能门窗联动安防监控系统的研究背景和意义，还有当前国内外关于这方面的研究情况，并指出了现在面临的挑战和困难。最后说明了本论文各章节的具体内容安排。第二章 系统功能与总体设计第二章 系统功能与总体设计2.1 智能门窗联动安防监控系统原理智能门窗联动安防监控系统这种控制方法可以实现安防系统的智能化，也是智能家居中的重要组成部分。简单来说这种所谓的联动控制方法是指门禁系统，自动窗户系统与视频监控系统结合在一起，就是联动起来，从而能实现现代安防监控系统的智能化。视频监控这个子系统是安防系统中比较重要的部分，是一种必需存在的安防设备。如今安防系统实现网络化，也为智能门窗与安防监控系统实现联动提供了可行条件。因为网络化的智能门窗系统直接以TCP/IP协议为通讯标准，与安防监控系统直接进行通讯，这样就可以不再需要经过RS-485输出然后再进行转换。这样可以不仅节省了转换这个中间环节，提高效率，还更方便快捷实现监控，达到家居的智能化。智能门窗联动安防监控系统包括以下内容：（1）窗户窗帘无线遥控 人们可以在家里用遥控器来对窗户窗帘进行遥控，可以控制窗帘窗户任何位置停留于开、关。（2）自动防风防雨 当遇到大风大雨或雨雪天气，门窗可以自行自动关闭，这样人们就可以无忧放心出门，就不在需要担心由于着急出门遇到暴风雨才想起家里窗户没关好。（3）自动检测燃气 当燃气监测器检测到煤气、液化气、等有害气体，智能控制器内微电脑自动发出相应的指令，将窗户、排气扇自动开启，同时发出警声并将警情传递给主人手机和保卫处。（4）自动检测火灾 一旦有火灾发生，传感器会第一时间检测到烟雾信号，智能控制器发出指令，将门窗打开，同时发出警声并将警情传报警中心或给主人手机上。（5）视频安防监控 视频监控系统采用先进的网络摄像机技术，它具有传统摄像机的功能以及网络视频技术，这样不仅可以记录捕捉现场的画面，还可以通过网络将视频发送给用户。这样用户就可以在远程实时监控屋内情况，并对资料进行编织保存，实现远程监控功能。（6）无线通信技术 无线通信技术模块包括无线接收模块和无线发送模块。无线通信模块负责智能家居各个子系统中各种信号的接收与发送，实时在各个子系统中负责通信和信号传输，从而实现联动功能。2.2 系统总体设计与硬件电路2.1.1 系统原理框图设计本系统是介绍智能门窗的原理、设计和安防监控系统功能原理的介绍，通过无线通信技术吧智能门窗与安防监控结合在一起，使得门窗系统与视频安防监控系统可以进行联动控制，从而实现安防监控的智能化。智能门窗联动安防监控系统的组成包括：智能自动窗，自动门、视频监控、无线传输模块、GSM通信模块、防盗报警和火灾监控警报。系统框架如图2-1所示：门禁系统防盗门主控制系统摄像机视频监控可燃气体探测器可燃气体监控GSM短信远程报警火灾自动监控控火灾探测器GSM模块雨滴传感器防雨窗帘窗户风力传感器防风人体探测器防盗终端接收器电机无线遥控无线接收控制器图2-1 系统原理框图主控制系统的框图如2-2所示图2-2 主控制系统其中每个Zigbee无线节点对应系统中各个子系统的无线通信模块，把报警信号传输给控制芯片，再通过控制芯片处理后作出相应动作，如报警、发送警情短信给用户等。2.1.2 系统中央控制器及硬件电路设计（1）控制器选择 现在ARM 体系结构微处理器的普遍应用在消费类电子、通信、网络、工业控制这些领域中。由于ARM处理器具有性能突出、成本低、片内资源丰富等一系列优点，所以本次设计也是采用ARM处理器作为整个系统的中央处理器。通过对ARM处理器各种型号的比较，本系统设计采用三星公司生产的 S3C2440 ARM 9 处理器作为中央控制器。这款 ARM9系列处理器具有性价比高、功耗低等特点，可以运行多种嵌入式操作系统、信息处理速度快，资源丰富，适合作为智能家居系统的中央控制器。处理器硬件简单功能模型如图2-1所示。子系统控制器连接模块TCP/IP模块ARM处理器A9（型号S3C2440）GSM模块ZigBee无线模块串口图2-1 ARM处理器模型图（2）中央控制器外电路设计 本系统设计的各个子系统模块几乎都是需要接电源供电的有源模块，因此为系统的这些子系统模块提供电源是很重要的也是首要的任务。另外，本次设计系统的各子模块系统以 51 单片机作为微控制器，通过 ZigBee 模块与中央控制器进行连接。还有 ARM 处理器的串口和 51 单片机都是 TTL 电平的，而 ZigBee 模块、GSM 模块的串口是 RS232 标准的，所以在不同的电平标准之间进行通信就需要进行电平之间的转换，系统每个模块都会用到的转换电路。a)电平转换电路电平转换电路的功能是将 TTL 电平的串口信号和 RS232 电平的串口信号进行相互转换，从而实现型号之间的相互通信。本次设计采用的电平转换芯片MAX232是 MAXIM 公司生产的一种专门用于这种信号间转换的芯片。电路原理如图 2-2所示.图2-2 TTL/RS232电平信号转换电路原理图b）电源供电电路系统每个模块都要电源供电，一般家庭提供的电压为220v的交流电，所以需要进行转换为系统各个子模块提供合适的电源来供电。电源转换电路原理如图 2-3所示。图2-3 AC-DC 供电模块原理图7广东石油化工学院本科毕业（设计）论文：智能门窗联动安防监控系统的设计2.3 系统硬件清单（1）窗户窗帘无线遥控模块：AT89S51单片机，红外无线通讯，步进电机；（2）自动防风防雨：YG-002 型雨滴传感器，电阻应变片式压力传感器；（3）窗户防盗报警：主动式红外探测器，人体热释电红外探测，次声波-玻璃破碎高频声响双技术玻璃破碎探测器；（4）火灾监控系统：MQ-2可燃气传感器，光电感烟火灾探测器，DS18B20数字化温度传感器；（5）视频监控系统：灵动防线网络摄像机；（6）无线通信和GSM模块：ZigBee技术无线传感器网络，ZigBee新一代 CC2530处理器芯片芯片，TC35i GSM通信模块；（7）中央系统：S3C2440 ARM 9。2.4 本章小结本章介绍了智能门窗联动安防监控系统包含的各个子系统模块和其具体实现的内容，总结系统所用到的传感器、探测器和相关电路模块，最后给出了整个系统的原理框图。第三章 各个子系统硬件选用与设计智能门窗联动安防监控系统包括：智能门窗系统、视频远程监控系统、无线传输与接收模块、GSM通信模块、防盗报警和火灾监控报警系统。3.1 智能门窗系统原理与硬件设计智能门窗系统包括窗户窗帘无线遥控、防风防雨、窗户防盗报警和智能门禁系统。系统框图如3-1下：图3-1 智能门窗系统框块图智能门窗的微处理器控制系统采用AT89S51单片机来进行控制，实现多种信号之间的控制与传输。（1）AT89S51单片机介绍：单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机，是一种微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、总线、中断系统、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品，一般需要嵌入仪器设备内，故又称嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）。单片机具有如下主要特点：可靠性、高便于扩展、 控制功能更强、低电压和低功耗以及片内存储容量较小。（2）AT89S51单片机的最小系统单片机的最小系统主要由电源、复位电路、振荡电路及其扩展部分等组成。其原理图如3-2所示。图3-2 单片机最小系统原理图3.1.1 窗户窗帘无线遥控系统智能窗户无线遥控包括以下方面:单片机，无线遥控模块、步进电机。无线遥控系统框图如3-3所示步进电机窗户开、关无线遥控器无线信号接收模块及控制装置窗帘步进电机图3-3无线遥控系统框图1） 窗户窗帘无线遥控本模块介绍一款使用单片机管理的、无线遥控器控制的多功能窗帘窗户控制器。该控制器采用AT89S51单片机的最小系统设计，通过无线遥控技术控制单片机间接控制一个步进电动机工作来控制窗帘和窗户的拉开和关闭。根据本系统的特点，采用红外无线通信技术基本可以满足要求。窗户、窗帘控制器可以使用无线遥控器进行远程手动开、手动关和自动停止控制，两种工作方式可以方便地进行选择。红外无线通信技术由于红外遥控装置具有功耗低、功能强、成本低、体积小等特点，使得红外通信装置普遍应用于单片机系统中。红外数据通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。常用的有两种方法，一种是通过脉冲宽度来实现信号调制的 PWM，另一种是通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的 PPM。接收端将接收到的光脉冲转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。红外数据传输原理框图3-4如图所示：控制器接口编码器发射器接收器图3-4 红外数据传输原理框很多红外发射器是使用 Ga、As 等材料制成的红外线发射二极管，它能够通过的电流越大，发射角度越小，产生的发射强度就越大，红外通信距离就越远，通信距离正比于发射强度的平方。其构成如图3-5所示。红外发射器件在使用时通常要串联电阻，目的是分压限流，以保护红外线发射二极管。图3-5 红外接收器件内部构成输出的简单驱动电路如图3-6所示图3-6 驱动电路红外线接收器件的主要部件是红外线敏感接收管件，主要包括由独立接收管构成的器件、内含放大器的器件以及由集成放大器和解调器构成的器件。图3-7是由集成放大器和解调器构成的红外接受器件内部构成。图3-7 红外线接收器件接收器out接口与单片机串口相连，把信号输入单片机，有单片机进行控制后续的工作，如控制电机。红外发射接收电路与单片机连接电路如图3-8所示。图3-8 红外发射接收电路与单片机连接电路2）电机选择（1）电机介绍和确定a.直流电机：直流电机通电后就可以转动，但断电后惯性较大，当要停机时还会转动一定的角度才停下来。b.无刷电机：无刷永久磁体直流电机是同步电机，定子的磁场旋转速度和转子的机械旋转速度相同，虽然可以作为本系统所用的电机，但性能方面不精确。c.步进电机：步进电机的惯性很小，可以实现快速的启动和停止，而且步进电机的定位十分准确。在能力范围内，步进电机电机在正向旋转和反向旋转两圈后可以准确回到原来位置，不会产生由于旋转带来的误差积累，更重要的是，步进电机能直接通过数字信号来控制。对于以上三种电机的对比，考虑本次设计的特点，采用步进电机来控制窗户、窗帘更适合。（2）步进电机介绍由于于步进电机在简单的开环控制下就能达到足够的位置精度，运行中通过对绝对位置和步数两个参数的判断来进行位置控制，绝对位置就是步进机带动的执行机构运行到当前的位置，电机正转一步加1 ，反转一步就减1 。步数由起始位置到目的位置间的距离折算而成，电机每走一步，步数加1 ，当到达目的位置时，步数应正好为0 。还有同时还在窗户上安装相应的电气触点，用来进一步判断窗户的位置信息。为保证位置的精确控制，就必须避免失步和过冲现象的发生，同时执行机构要有一定的工作效率，所以电机速度采用加速、恒速、减速的运行过程，速度调节通过控制输入驱动芯片的脉冲频率决定，从机通过改变定时器0定时常数来改变脉冲频率。步进电机控制电路图如3-9所示：图3-9步进电机控制电路图步进电机控制原理方框如图3-10：步进电机功率放大器分配器控制器辅助电路图3-10步进电机控制原理框图3.1.2 自动防风防雨系统自动防风防雨系统包括刮风、下雨检测模块的原理与介绍。1）下雨检测模块本次设计的下雨监测采用YG-002 型雨滴传感器，这种传感器采用日本进口的特殊电子浆料和先进的厚膜技术制作的专门用于检测雨滴的一种新型传感元件。传感器与555 定时器组成单稳态电路，如图3-11所示。在实际安装时应把传感器放在适当的位置，这样保证能在刚下雨时就能接受到雨滴，当传感器接收到雨滴后，线路接通，电路由稳态转换到暂稳态，3 脚输出的信号用来触发中断。图3-11 雨水检测电路2）风力检测模块对于出现刮风状态的检测，设计中利用风压传感器，采用的是电阻应变片式压力传感器来采集风力强度信号，它的精度和灵敏度比较高。而且电阻式压力传感器相对于电容式传感器具有稳定性好，寿命长，对环境要求不高等优点。风力检测模块的安装要平行于窗户平面，这样才能风的压力作用在风力传感器所在位置。电路图如图3-12所示，由于四个应变片连成全差动电桥，灵敏度高，线性度好，当受力点位置变化时，桥内能自动补偿，从而提高传感器的精度，此外，当有风时，R1 和R4 拉升，电阻增大，R2 和R3 压缩，电阻减小，电桥失去平衡，输出电压Uo。即有：（1）又因为应变正比于压力F ，所以输出电压与风压力F成线性关系，输出电经过差分放大得输出电压Um，经AD 转换后可得测出风的级数。（2）U m 与预设电压进行比较，电压比较器输出电压用触发中断，调节预设电压可设置风力多大时，进行自动关窗。图3-12 风力检测电路图RT 和R5构成温度补偿电路，通过控制外加在桥路上的输入电压来达到温度补偿的目的。3.1.3 窗户防盗报警智能窗户是智能家居中不可缺少的一部分，虽然市场上存在有如节能膜类、隔音隔热防紫外线类、防风防雨类的这种自动窗，尽管这种窗户也有一定的防盗作用，但大多数都是机械式防盗。这些采用自动锁的窗户，其可靠性不高，功能很单一。因此对于这些窗户存在的缺点，现在提出了一套智能的家庭窗户管理方案，这种方案可以对室内室外进行监控、分析、显示和自动智能控制。为了可靠防止盗窃和入室，又有效降低误报的概率，本次设计的窗户防盗报警系统包含3个方面的内容，分别为：（a）主动式红外探测器警灯显示（b）人体热释电红外探测语音威慑（c）玻璃破碎检测报警警灯显示和警铃鸣响由于人体热释电探测易受室外温度等其他环境因素的影响，所以室外采用主动式红外探测器进行检测，而窗内则采用玻璃破碎检测和人体红外热释电效应进行监控。（1）人体入侵检测智能窗防盗需要检测是否有盗贼靠近，这样就需要设计安装特殊的人体检测的传感器来检测信号，然后通过控制电路发出警报来威慑盗贼，从而一定程度上阻止盗窃进一步发生，我们知道人体具有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长也就是10纳米左右的红外线，所以需要选择某一传感器准确地来检测人体辐射出的这种特定频率的传感器，本次设计选用人体检测传感器包括主动式红外探测器和人体热释电红外传感器。a）主动式红外探测器 红外探测器根据原理可以分为主动式红外探测器和被动式红外探测器。因为主动式红外探测器的探测距离要比被动式红外探测器的探测距离远，所以本次设计选用主动式红外探测器作为红外警情报警信号采集。主动式红外探测器有收、发装置两部分组成。主动式红外探测器中的红外发射装置内装置有振荡器，震荡器产生脉冲信号，经过波形变换及放大后，通过红外发光器件产生红外脉冲光线，然后通过聚焦透镜将红外光转变为较细的红外光束，向接收端发射。接收端的光电器件将接收到的红外光信号转换为电信号，经整形、放大后启动报警装置。主动式红外探测器原理框图如图3-13所示：红外报警主机控制电路红外发射装置红外接收装置红外信号传输主动式红外探测器图3-13 主动式红外探测器原理框图主动式红外探测器具有抗干扰能力较强、探测距离远、灵敏度高等这些特点，一般用于在室外进行周界入侵探测报警。主动式红外入侵报警器一般采用双光束或多光束进行发送和接收，这样可有效地区别小动物干扰，以降低误报率。当有人闯入警戒范围内，这样就会挡住红外光束，那么接收端就会因为接收不到发射器的红外信号而进入报警状态，接着就会把报警信号传到报警主机上。b）人体热释电红外传感器 介绍：热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数材料组成的探测元件。在探测器内装入一个或两个的探测元件，在将两个探测元件以反极性串联，这样就可以抑制本身温度升高而引起的误差干扰。传感器探测元件将检测并接收到的红外辐射这种模拟信号转变成微弱的电压信号，然后经装在探头内放大电路的场效管放大后向外输出。为了提升探测器的探测灵敏度和增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，就可以制成一种具有特殊光学系统的透镜。这样与放大电路进行配合，就能将信号放大70分贝以上，就可以测出更远范围内人的行动。工作原理：当人体热释电红外传感器探测人体发射的10纳米长左右的红外线时，通过菲泥尔滤光片增强后，再聚集到红外感应源的装置上，红外感应源上的热释电元件接收到人体红外辐射后温度发生变化时就会失去电荷平衡，就会外释放电荷，然后经过后续电路的检测处理后就进行关窗以及产生报警信号。优点：本身不会产生任何类型的辐射，它的器件功耗比较小，隐蔽性能良好，价格比较便宜。抗干扰性：a）防小动物干扰 把探测器置于窗户合适的高度，对探测器合适周围内地面上地小动物，不会产生报警。b）抗电磁干扰这种探测器的抗电磁波干扰的能力符合GB10408中4.6.1de 要求，一般手机产生的电磁波干扰不造成传感器误报。c）抗灯光干扰如果探测器在一定灵敏度的范围中，受到几米范围外某些H4卤素灯的照射，不会发生报警。（2）玻璃破碎检测玻璃破碎探测器利用振动传感器在玻璃破碎时发出的2khz特殊频率,感应出报警信号。同时为了避免室内玻璃器皿破碎、电话铃、闹钟以及其它一些声音引起误报警信号,所以本次设计采用的玻璃破碎探测器具有双探测技术。声控-震动这类型传感器是把声控与震动两种探测技术结合在，当传感器同时检测到玻璃被打碎时产生的高频声音信号和玻璃被敲打引起的震动信号，才会输出报警信号。次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，当探测器同时检测到敲击玻璃引起的次声波信号和玻璃破碎时发出的高频声响信号，才会产生报警。下面介绍次声波-玻璃破碎高频声响双技术玻璃破碎探测器。次声波是一种频率低于20赫兹的声波，属于不可闻波。当轻轻敲击门、窗处的玻璃，会产生一个频率很低的弹性振动波，还有在室内一些日常活动也会产生相应的次声波，这些弹性振动波就属于次声波的范围内，如果玻璃被击碎，才会发出高频的声波。产生的次声波就会通过室内的空气气流介质在室内进行传播和反射。当入侵者在打碎玻璃强行入室作案时，不仅会产生玻璃破碎的高频可闻声波以及相关物体震动产生的次声波就会在室内传播。次声波检测原理：声感传感器-低通放大电路-信号处理-报警控制器。这种双技术探测技术把次声波检测技术和玻璃破碎高频声响探测技术结合在一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。采用这种双技术探测可以避免由于外界因素干扰而引起窗、墙等震动产生的误报。3.1.4 智能门禁系统智能门禁控制器、非接触式IC 卡、无线通信、网络摄像机和电源。其中智能门禁控制器主要用来存储授权信息以及进行控制,并内置ZigBee接口,以实现无线网络通信; 非接触式IC 卡提供身份安全认证功能;无线通信主要实现ZigBee协议与TCP/IP协议的相互转换,与智能门禁管理中心服务器进行通信;网络摄像机可以实现对现场进行智能监控功能;电源采用220V交流电和UPS电源,为整个系统提供不间断的电力供应。1）门禁系统主控制器采用AT89S51单片机来进行控制，可以接收和发送无线信号，室内各种模块通过传感器网络来传输信号，如检测到火灾等紧急事件，门禁控制器就会自动打开门，实现联动。2）非接触式IC 卡非接触式IC 卡安装在门口，进行出入的身份安全认证。 非接触式 IC 卡除了保留接触式智能卡原有优点的之外，还具备如下的优点：（1）操作快捷、便利：非接触 IC 卡使用时，读写器在 10cm 范围内既可完成的操作。另外非接触式 IC 卡在使用的无需插拔卡，并且没有方向性，因此使用起来方便快捷。（2）可靠性高、寿命长：非接触式 IC 卡使用时不需要与读卡器进行任何机械接触，这样就避免了因为接触而产生的某种机械故障。另外，非接触式 IC 卡表面无任何裸露的触点，就不用担心触点损坏或脱落让卡片失效。（3）防伪性和安全性高：每张非接触式 IC 卡都有唯一的序列号，卡的生产厂商在产品出厂时就已经把序列号固化，不能随便更改。这种卡 卡与读写器之间是采用3 次互相检测的双向认证机制并且这种双向认证的机制在读写器检验卡是否合法性的同时，卡也会对读写器的合法性进行验证。而且在通信过程中数据都会采取加密，从而阻止信号在通信时被截取。另外，这种卡内每个扇区都有自己的操作密码和访问条件，所以具有很高安全性。（4）防冲突和抵抗干扰性能强：非接触式 IC卡它具有快速的防冲突机制，可以防止卡片之间产生的数据干扰，所以读写器可以同一时间内处理数张卡，而且相互之间不会出现数据干扰，这样即就可提高了应用的并行性，又能提高了系统的工作速度。3）视频监控 在门口安装网络摄像机，对现场情况进行监控，发生紧急情况，可以向用户发送报警信号。3.2 火灾监控系统安防监控系统是智能家居中必不可缺的一部分，它是由各种传感器、功能键、各种探测器和执行器构成。报警功能包括火灾报警、防盗报警、煤气泄露报警及紧急求助等这些功能。报警系统采用先进智能型控制网络技术、由智能微机管理来控制，从而实现对匪情、盗窃、火灾、可燃气、紧急求助等意外事故的自动报警。3.2.1 可燃气体自动检测报警系统（a）可燃气体探测器介绍可燃气体一般包括天然气、煤气，甲烷等。可燃气体探测器可以对空气中可燃气体浓度进行检测并发出报警信号。它通过测量空气中可燃气体爆炸下限内的含量，当空气中可燃气体的浓度达到或超过报警设定的正常值就会自动发出报警信号，提醒人们及早采取有效安全措施，避免事故发生。以下介绍两种可燃气体探测器。（1）催化型可燃气体探测器这种探测器的气敏元件是一种难熔的铂金丝。工作原理：当铂金丝接触到可燃气体时，它就会产生催化作用，自身表面会发生强烈的氧化反应（即无烟燃烧），于是它的温度就会不断升高，因此它的电阻就会变大，再通过由铂金丝组成的不平衡电桥输出这一变化，通过电路发出报警信号。（2）半导体可燃气体探测器这种火灾探测器的气敏元件是一种可燃气体高度敏感的半导体器件，