（机械电子工程专业论文）改进型室内安防系统的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 在2 1 世纪，随着中国经济的快速平稳健康可持续发展以及城镇居民生活水 平的快速提高，很多小区都安装了智能报警系统，从而大大提高了小区的安全程 度，有效保证了居民的人身与财产安全，并为安防产品市场提供了广阔的发展前 景。 在第一章中，作者对本课题研究的背景以及国内安防产业发展概况进行了介 绍，并分析了国内安防产品存在的部分问题，并提出了本课题的三个研究方向： l 、研究室内安防系统，实现系统自动布防撤防，解决系统延迟问题；2 、避免破 坏室内原有布线问题并使系统能正常工作，解决室内布局问题：3 、选用性价比 合适的语音识别系统，并使用较为合理的识别算法，解决智能识别问题。 在第二章中，本文设计了一款改进型室内安防系统，包括输入模块、传输模 块、系统模块、输出模块四部分硬件电路及其相关程序模块。其中系统模块由 a t 8 9 s 5 1 单片机系统以及存储模块、按键模块、电源模块组成；输出模块主要包 含语音模块以及电话模块组成；传输模块则包含室内3 8 帆仫2 0 v 低压电力线路 和系统输入模块、系统模块与电力线的接口电路；输入模块主要包括前端防盗 探测模块以及其抗干扰模块；在第三章中，本文对系统进行硬件电路设计，包括 电路使用的芯片介绍、各模块电路及各模块之间的接口电路；在第四章中，本文 对系统各个模块的软件设计策略进行了阐述，并通过流程框图的方式表达出来； 在第五章中，本文对产品系统的硬软件进行了整合。 在第六章中，作者对本文中所做的工作进行了总结，并提出了对于未来该领 域工作的展望。 本文针对国内一些知名品牌安防产品存在的问题，提出了一款改进型室内安 防系统设计方案，为室内安防产品的今后发展提供了理论指导。 关键词：室内安防系统，复合监控技术，电力载波技术，有限状态机 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n do u rn a t i o n sl i v i n gs t a n d a r d ， an u m b e ro fg u a r da n da l a r ms y s t e m sh a v eb e e n tu pi no u rr e s i d e n t i a lq u a r t e r s ，s o p e o p l ew i l le n j o ya b e t t e rl i v i n ge n v i r o n m e n ta n dt h ep r o p e r t i e sw i l lb es a f e ，a n dt h e a l a r ms y s t e m sw i l lm e e tt h e i rb r i g h tf u t u r e i nt h ef i r s tp a r a g r a p h ，w ew i l ld i s c u s st h eb a c k g r o u n do fa l a r ms y s t e m si no u r c o u n t r ya tf i r s t t h e n ，a c c o r d i n gt ot h e i ri n s u f f i c i e n tp a r t s ，w ew i l lb e t t e rt h e mi nt h e s e t h r e ed i r e c t i o n s f i r s t l y , t h i se q u i p m e n tc a na u t o m a t i c a l l yw o r ka n dq u i ta c c o r d i n gt o t h ea c t u a la c t i o n so ft h eh o u s e s ；s e c o n d l y , t h ec o m m u n i c a t i n gs i g n a l sw i l lg ot h r o u g h t h ep o w e rt r a n s m i s s i o nl i n e s a f t e rb e i n gm o d u l a t e d a tl a s t , i no r d e rt oe n s u r et h e s a f e t yo ft h ef a m i l y , w em u s tu s et h el a n g u a g e d e f i n i t i o ns y s t e mt od i s t i n g u i s ht h e i d e n t i f i c a t i o n so fa l lt h eg u e s t s i nt h es e c o n dp a r a g r a p h ，w eh a v ed e s i g nas e to fi m p r o v e d i n t e r i o ra l a r m i n g s y s t e m ，w h i c hh a sb e e nd i v i d e di n t of o u rp a r t s ：t h ei n p u tm o d u l e 、t h eo u t p u tm o d u l e 、 t h es y s t e mm o d u l ea n dt h et r a n s m i s s i o nm o d u l e t h ei n p u tm o d u l ei n c l u d e st h e s e n s o rc i r c u i t sa n dn o i s ef i l t e r s ；t h et r a n s m i s s i o nm o d u l ei sc o m p o s e do ft h e p o w e r - l i n ea n d t h ei n t e r f a c ec i r c u i t sb e t w e e nt h ei n p u tm o d u l ea n dt h es y s t e mm o d u l e ； t h es y s t e mp a r ti n c l u d e st h em c us y s t e m 、i t sm e m o r yp a r t 、i t sk e ”a dp a r ta n di t s p o w e rp a r t ：t h eo u t p u tm o d u l ec o n s i s t so ft h et o n ep a r ta n dt h et e l e p h o n ep a r t ；i nt h e t h i r dp a r a g r a p h , w ew i l ld e s i g nt h eh a r d w a r eo fe a c hm o d u l e ，t h e i ri n t e r f a c ec i r c u i t a n dt h er e l a t i n gc h i p s ；i nt h ef o u r t hp a r a g r a p h ，w ew i l li n t r o d u c et h ep r o g r a mc o d e s ； i nt h ep a r a g r a p h ，w ew i l lc o m b i n ea l lo ft h e mt o g e t h e ra n dm a k eac o n c l u s i o no ft h e i m p r o v e df u n c t i o n so ft h es y s t e m i nl a s tp a r a g r a p h ，w ew i l lm a k eac o n c l u s i o no ft h i sa r t i c l e i nt h i sa r t i c l e ，w eh a v ed e s i g n e das e to fi m p r o v e di n t e r i o ra l a r m i n gs y s t e m s o w ec a l lp r o v i d et h et h e o r yg u i d e sf o rt h ep r e d e c e s s o r si nt h i ss c i e n c ep r o j e c t a n d w h a t sm o r e ，w ec a n p r o v i d eas p e c i f i cm o d e f o rt h en e x tg e n e r a t i o n so ft h i sp r o d u c t k e y w o r d s ： i n t e r i o ra l a r m s y s t e m ，c o m p l e x - m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , p o w e r - t r a n s m i t t i n gt e c h n o l o g y , f i n i t e - s t a t em a c h i n et h e o r y 武汉理工大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 啦导师签名：翟犁日 期： 塑墨：三：2 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章前言 1 1 序言 安全防范与人们的生活息息相关。随着经济的发展、人民生活水平的提高， 安全防范更成为了构建社会治安防控体系、维护社会稳定、全面建设小康社会的 重要内容，并受到社会广泛的关注。在国内，安防产业正在快速发展，具体表现 在：应用领域越来越广，比如政府机构、道路交通、教育、电信、石油、电力以 及水利等；需求点增多，比如智能建筑、大型公共场所、工厂企业、商场、新型 社区等；普通家庭对安全产品需求的提高；应急体系、平安社会、平安城市、科 技强警等政府项目促进了安防市场的升温；近年来，日益猖獗的国际恐怖主义威 胁也对刺激了我国对安防产品的需求。 1 2 国内安防产业概况 目前，我国安防产业已经进入了快速发展的壮大期，年均增长速度已超过国 民经济发展速度的1 倍以上。截止2 0 0 7 年，我国安防产业企业数量已超过1 5 万家， 企业从业人员超过1 0 0 万人，并实现增加值3 0 0 亿元以上。随着该行业领域不断扩 大，报警运营、中介以及资讯等专业化服务已经起步：产品种类也不断丰富，逐 步具备了视频监控、出入口控制、入侵报警、防爆防烟防火等品种。从地区分布 来看，全国形成了以珠江三角洲、长江三角洲、京津地区为中心的三大安防产业 集群。从技术方面来看，许多中低端安防产品接近或达到国际先进水平；数字化 视频、卫星定位、生物特征识别等高新技术有了较快的发展；初步形成了安防实 体防护、电子防护、生物技术防护等具有独立行业特点的较为完整的技术体系， 并向着数字化、网络化、智能化和集成化的方向发展。 “十一五一期间，是我国全面建设小康社会的关键时期，也是我国安防产 业发展和进行战略结构调整的重大机遇期。其中，中国安防行业“十一五艿发 展规划提出了有重点地选择一批综合应用项目、专项技术进行攻关和推广的指 导意见，其中包括： ( 1 ) 安防产品数字化应用研究：加强图像、网络、加密、对象识别、目标 跟踪等方面数字化技术的研究，开发技术含量更高、功能更加综合的智能型前端 产品；开发具备多种传输功能的网络型产品及适用于公用网的网络传输设备；开 发高端、大容量、功能更加综合的监控主机。 ( 2 ) 安防系统集成化应用研究：城市社会治安报警与视频监控网络系统集 成平台的研究一解决各报警模块与视频监控子系统之间的无缝连接问题，开发包 括固定点报警、移动目标报警和应急报警等在内的报警与图像联动技术，实现治 武汉理工大学硕士学位论文 安信息的快速采集、有效取证、快速传递及反馈，为建设大型、先进的综合信息 管理控制中心奠定基础；目标区域安防系统管理集成平台的研究一通过集成平台 的研究和建设，把目标区域内各安防系统的数据资源、控制资源等通过集成联动 平台的方式进行优化组合，满足安防整体监测、预警、控制的需要。 ( 3 ) 安防系统智能化应用研究：动态监测系统中视频智能分析技术的研究 一通过智能视频分析技术进行自动检测、分析，实时发现问题，并快速进行处理； 视频监控中针对预定目标的识别技术研究一解决识别过程中高适应性的难题， 通过对特定场合的监控，迅速辨别预定目标；发展集报警、求助、楼宇对讲、物 业管理、短信于一体的家居智能终端产品及其他类智能化安防产品。 ( 4 ) 专项技术研究：1 ) 入侵报警产品和技术；2 ) 视频监控产品与技术； 3 ) 出入口控制产品、技术；4 ) 防爆防毒安检技术；5 ) 其它专项产品、技术 随着市场需求的持续上升、产品性能的提高、产业结构的优化、自主创新能 力的加强以及相关行业领域，如报警运营、中介、资讯等专业化服务的发展等， 我国的安防产业必将得到突飞猛进的发展，并成长为具有国际竞争力的龙头产 匕。 1 3 工作展望以及研究方向的确定 目前，国内各类防盗产品的普及速度非常快，但是在市场推广与实际应用中 还是遇到了很多的问题，主要包括： ( 1 ) 智能识别问题：由于当代的防盗技术还没能发明出一种可以自动区别 主人和盗贼的防盗传感器来，从而为用户带来了很多的麻烦； ( 2 ) 系统延迟问题：无论是采用门磁、红外还是什么其它防盗传感器，都 是在窃贼入室后才能探测到有人进入而触发报警，从而并未真正保障家庭财产与 人身安全； ( 3 ) 室内布局问题：目前安防市场中知名品牌大多是进口的有线型产品， 但由于很多用户家中已进行了装修，并安装了各类有线家用电器并，如果此时要 求增加安防主机与探头，那将对室内原有布局造成极大的影响t 1 3 1 。 针对以上三个问题，本文将确定以下研究方向： ( 1 ) 研究室内安防系统，实现系统自动布防撤防，解决系统延迟问题 ( 2 ) 避免破坏室内原有布线问题并使系统能正常工作，解决室内布局问题 ( 3 ) 选用性价比合适的语言识别系统，并使用较为合理的识别算法，解决 智能识别问题 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本章总结 本章在第一、二节中对本课题研究的背景以及国内安防产业发展概况进行了 介绍。在第三节中，作者分析了国内安防产品存在的部分问题，并提出了本课题 的研究方向。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统设计概述 2 1 设计准备步骤 ( 1 ) 产品需求分析 针对第一章所分析的问题，产品需设置门禁语言识别功能并配合复合监控技 术，使系统实现自动设防撤防功能，减少系统给用户使用上带来的麻烦；系统 采用电力载波通讯技术，减少因布线问题给家居生活以及室内装潢带来的影响。 ( 2 ) 准备设计资料 住宅平面图与室内供电线路图 ( 3 ) 产品部件选型 在产品部件选型时要尽量选择性价比合适的产品；如果必须选不同的厂家产 品则需考虑其兼容性。 2 2 系统框图 针对以上需求分析，产品设计需满足下列技术要求： ( 1 ) 系统能够根据室内人员流动情况自动进行布防撤防 ( 2 ) 使用室内电力载波通讯技术 ( 3 ) 加上后备电源，保证停电后能正常工作 ( 4 ) 门禁具备来者身份自动识别功能 根据上述要求，需要准备以下相关器件： ( 1 ) 各类报警探测器 ( 2 ) 信号处理以及接口芯片 ( 3 ) 单片机最小化系统以及其外部扩展存储器 ( 4 ) 开关量按键以及l e d 显示器 ( 5 ) 麦克风、扬声器以及语音录放芯片 ( 6 ) 门禁语言识别系统 ( 7 ) 电力载波通讯芯片 ( 8 ) 电话双音多频拨号芯片和电话机 ( 9 ) 后备电源 以上各个器件之间通过有机组合，组成报警器的硬件部分| 2 7 1 。 我们将系统划分为输入模块、传输模块、系统模块以及输出模块，设计框图 如图3 1 所示： 4 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1 系统框图 其中，输入模块对被保护的现场进行监视，一旦有闯入者或警情( 可设置火 警、烟警等功能) 发生，立即通过传输部分传送给系统模块，系统一边发出声光 信号对来犯者进行威慑、对用户邻居进行通知，一边根据设定程序将报警信息通 过输出部分送至用户或相关安全部门，防止警情进一步恶化。 2 3 系统的整体设计 系统具体组成如图2 - 2 所示： 图2 2 系统模块化框图 输入模块由防盗探测模块以及抗干扰模块组成。 该模块通过电力载波技术将信号传送至主机电路，而电力载波通讯线路与相 关接口电路组成传输模块。 系统模块由主机模块、按键模块、存储模块以及电源模块构成。 输出部分由电话模块以及语音模块构成。 用户在出门前启动报警系统主电路，系统接到用户命令后会启动各个模块 ( 门禁会产生延时后设防) ，此时监控器处于布防状态，一旦有人员出入，系统 会通过设定逻辑来判断，一旦符合报警条件系统便会自动报警，同时主机立即从 外部存储器中读出相应的报警电话号码，通过双音多频拨号芯片自动拨打用户预 先设置好的报警电话号码( 如手机号码，办公室号码) 进行远程拨号报警；系统会 根据室内具体人员流动进行自动设防撤防，针对不同的室内人员流动情况采取不 5 武汉理工大学硕士学位论文 同的工作方法。 2 4 改进设计 针对本文的设计需求，我们将确定如下相关产品改进策略： ( 1 ) 采用复合监控报警技术，实现系统自动设防撤防，减少给用户带来的 麻烦 ( 2 ) 采用语言识别技术装备产品门禁系统 ( 3 ) 采用电力载波通讯技术实现室内通讯 2 4 1 智能设防撤防功能 根据城市家居生活规律，可将室内防盗策略分为以下几种情况： ( 1 ) 用户出门前，在室内控制进行手动设防，系统延时后开始工作 ( 2 ) 当用户通过门禁进入室内后，若发现室内人员后出门且五分钟( 延时 时间可人为调整) 未入，则防盗探测部分电路自动设防。 ( 3 ) 若室内主人在家，则防盗模块不设防 ( 4 ) 若用户出门在外，有人非法进入室内，则系统报警，并通过电话依次 拨打用户电话、小区保安电话以及1 1 0 报警电话。 我们将采用复合监控报警技术( c o m p l e x - m o n i t o r i n ga l a r mt e c h n o l o g y ) 来解决 这个问题。具体措施将两种以上报警探头应用在同一种报警装置中，只有在同时 收到两种( 或两种以上) 的传感报警信号后才触发报警电路。这种复合技术报警 的准确性和可靠性大为提高，误报率低叨1 。 其中，门禁的自动设防取决于室内人员的流动情况与门禁是否先前被正常开 启。我们将根据住宅平面图来放置探头，并将其统一用一个单片机系统作为分控 制器来控制，所有的防盗探测模块与该分控制器组成输入模块。 具体请见4 1 节程序设计思路1 9 1 。 2 4 2 室内通讯技术 现代的住宅安防系统控制网络常用总线技术有如下几类： ( 1 ) 以双绞线为基础的家居控制总线：主要有c e b u s _ f i 费电子总线、 l o n w o r k s 总线、a p b u s 总线、e i b 电气安装总线等； ( 2 ) 无线通讯技术：主要有h o m e r f 技术、z i g b e e 技术以及蓝牙技术等： 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 电力载波通讯技术：主要有x 1 0 协议和p l c b u s 技术等。 我们选择电力载波通讯技术( p o w e r - t r a n s m i t t i n gt e c h n o l o g y ) ，原因是该技术 具备发展时间较长、配置价格较低( 一万元之内) 、无需重新布线、即插即用等 优点 3 1 0 具体设计请见3 4 节。 2 4 3 语言识别技术 我们将设计基于有限状态机的单词流处理算法来对门禁识别系统进行改进， 具体请见4 3 2 节。 2 5 课题的研究内容与方法 本课题需要研究的内容主要有以一下几个方面： ( 1 ) 根据系统功能要求进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计 方法，以方便系统的调试和用户的使用。 ( 2 ) 系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的 合理设计。主要内容有前端探测器的选择以及防区电路的设计、室内通讯电路的 设计、电话系统电路的设计、语音模块电路的设计等。 ( 3 ) 系统软件设计。主要包括主机程序、报警控制模块程序、信号音检测 判断程序、电话拨号摘挂机模块程序、语音识别程序、判断检测子程序等。 根据本课题模拟实现的功能和所要研究的内容，应采取以下研究步骤来实 现：系统整体功能分析与可行性研究、划分结构模块、各模块的电路原理与设计、 各功能模块的程序策略设计、各功能模块的硬件以及软件整合。 另外，在满足系统所需性能的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努 力降低成本，使其经济实用。并为系统今后的研究工作提供方向与指导，确保该 产品在商品经济中的竞争力。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章系统硬件电路设计 3 1 整体硬件电路设计 主机硬件原理图如图3 1 所示t l o l ： 电 1 船 话 i h i 一i 模 j j j 块 1 i 嗍 ii jl i 7 i 岍卜d ：上上 十 妒- 肴删 手旷 i i 墅望l 语音模块 - ? ll jip tl t j l l ；输入模块；传i 暇块； 膦l 叫埘l 卜。1 。i： 观 按键模块 一l 童 苫 接 _ _ - i 与 坌 皇 r 口 l 摄 暑 毒 释释 曩 块 。二工：一1 - 7 。1 广。 。 7 - 1 ，电一- 一雌电蔓_ l 7h 椭模块 滔li r 凌，i 。 卤卤 块 i 。 片机系统 l - - - - - - - - - - - jl - - - j 图3 - 1 主机硬件电路 具体说明如下： ( 1 ) 系统主机模块。包括a t 8 9 s 5 1 单片机系统、电源部分、存储部分以及 按键部分。 ( 2 ) 输出模块 语音录模块，采用单片机对语音合成芯片t 6 8 8 8 进行控制，组成语音录放报 警电路。一旦发生警情，该模块通过扬声器报警，并将报警语音通过电话系统传 送至用户。 电话模块，主要通过双音多频拨号集成电路芯片w e 9 1 8 8 和忙音信号检测以 及摘机信号检测等电路组成。由单片机根据事故报警信号接通电话通讯网络，并 根据忙音检测信号将所设通讯地址号码通过w e 9 1 8 8 发送至报警点，然后根据摘 机信号将驻留在t 6 6 6 8 单元内的求救语音信号发送出去。 8 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 输入模块 选用f - j 磁l - j 禁探头、窗磁以及语音识别系统组成防盗部分；使用被动式红外 探测器组成探测部分，探测信息送入模块分控制器，并通过电力通讯技术传送至 系统模块。 4 ) 传输模块 使用s t 7 5 3 7 h s l 芯片组成电力通讯电路。 在下面的章节，我们将分别对以上模块进行详细介绍。“町 3 2 系统主机模块 系统模块由单片机系统、按键模块、电源模块、存储模块组成，其具体框图 如图3 2 所示： 目 片机系统 鼍， 3 2 1a t 8 9 s 5 1 芯片简介 图3 - 2 主机模块 a t 8 9 s 5 1 是一种带4 k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器( f p e r o m f l a s h p r o g r a m m a b l ea n de r a s a b l er e a do n l ym e m o r y ) 的低电压、高性能c m o s8 位微处 理器，俗称单片机。该器件采用a t m e l 高密度非易失存储器制造技术制造，与 工业标准的m c s 5 1 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位c p u 和闪烁 存储器组合在单个芯片中，a t m e l 的a t 8 9 s 5 1 是一种高效微控制器，为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 a t 8 9 s 5 1 主要功能列举如下： ( 1 ) 8 位单片机芯片 ( 2 ) 内置时钟振荡器( 传统最高工作频率可至1 2 m r s ) ( 3 ) 内部程序存储器( r o m ) 大小为4 k b ( 4 ) 内部数据存储器( r a m ) 大小为1 2 8 b ( 5 ) 外部程序存储器可扩充至6 4 k b 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 外部数据存储器可扩充至6 4 k b ( 7 ) 3 2 条双向输入输出线，且每条均可以单独做加的控制 ( 8 ) 5 个中断向量源 ( 9 ) 2 组独立的1 6 位定时器 ( 1 0 ) 1 个全多工串行通信端口 ( 1 1 ) 8 7 5 1 及8 7 5 2 单芯片具有数据保密的功能 ( 1 2 ) 单芯片提供位逻辑运算指令 a t 8 9 s 5 1 各引脚功能介绍： v c e ：a t 8 9 s 5 1 电源正端输入，接+ 5 v 。 v s s ：电源地端。 x t a l l ：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 x t a l 2 ：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在x t a l l 和 x t a l 2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之 间加入一个3 0 p f 的小电容，可以使系统更稳定，避免因噪声干扰而死机。 r e s e t ：a t 8 9 s 5 1 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此 引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，a t 8 9 s 5 1 便能完成系统 重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成己知状态，并且至地 址0 0 0 0 h 处开始读入程序代码而执行程序。 e a v p p ：”e a 为英文“e x t e r n a la c c e s s ”的缩写，表示存取外部程序代码之意， 低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码( 存于 外部e p r o m 中) 来执行程序。因此在8 0 3 1 及8 0 3 2 中，e a 引脚必须接低电平， 因为其内部无程序存储器空间。如果是使用8 7 5 1 内部程序空间时，此引脚要接 成高电平。此外，在将程序代码烧录至8 7 5 1 内部e p r o m 时，可以利用此引脚 来输入2 1 v 的烧录高压p p ) 。 a ie 厅r o g ：u 正是英文“a d d r e s sl a t c he n a b l e ”的缩写，表示地址锁存器启 用信号。a t 8 9 s 5 1 可以利用这支引脚来触发外部的8 位锁存器( 如7 4 l s 3 7 3 ) ，将 端1 ：30 的地址总线( 雕a t ) 锁进锁存器中，因为a t 8 9 s 5 1 是以多工的方式送出地 址及数据。平时在程序执行时舢厘引脚的输出频率约是系统工作频率的1 6 ，因 此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8 7 5 1 程序代码时，此引 脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。 p s e n ：此为“p r o g r a ms t o r ee n a b l e ”的缩写，其意为程序储存启用，当8 0 5 1 被设成为读取外部程序代码工作模式时( e a = 0 ) ，会送出此信号以便取得程序代 码，通常这支脚是接到e p r o m 的o e 脚。a t 8 9 s 5 1 可以利用p s e n 及r d 引脚 分别启用外部的r a m 与e p r o m ，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 而共用6 4 k 的定址范围。 3 2 2 单片机系统设计 v c c p 0 0f d o p 0 a d ) p 0 2 ( a d 2 l p o 3 ( a d 3 l p 0 4 ( a i ) 4 l p 0 5c a d 5 l p 0 6 ( a t e ) p o 7f a d t ) e a ，p p a l e 麟 p s e n p 2 7 ( a 1s ) 1 2 6 ( a 1 4 ) p 2 5 a 1 3 p 2 4 ( a 1 2 l p z 3 ( a 1 1 ) p 2 2 ( a 1 0 1 p 2 1 ( a 9 ) p 2 0 ( 田 图3 3a t 8 9 s 5 1 单片机 首先在单片机x t a l 2 、x t a l l 接入1 2 m h z 的晶振和两个2 7 p f 的电容组成 外部振荡电路，在r s t 接上l o u f 上拉极性电容以及下拉电阻1 0 k 至接地；再加 上单片机v e e 接至+ 5 v 电源以及g n d 接地，以上组成了单片机的最小工作系统。 其次再激活a t 8 9 s 5 1 的看门狗功能，只需依次向# o a 6 h 单元送入# o i e h 和 # 0 e 1 h 即可使看门狗定时计数器工作。a t 8 9 s 5 1 看门狗程序例子如下： a j m p m m a i n ：m o vo a 6 h , # 0 1 e h ； 先送1 e m o v0 a 6 h , # 0 e 1 h ：再送e 1 s t a r t a c a l l w d t ：调用看门狗程序 a j m ps t a r t ；主程序；复位看门狗子程序 w d t ：m o v 0 a 6 h , # 0 i e h ： 先送1 e m o v0 a 6 h , # 0 e 1 h ： 再送e l r e t e n d 其中：8 9 s 5 1 的看门狗必须由程序激活后才开始工作。所以必须保证c p u 有 可靠的上电复位，否则连看门狗也无法工作；看门狗使用的是c p u 的晶振。在 晶振停振时看门狗无法工作；8 9 s 5 1 只有1 4 位计数器。在1 6 3 8 3 个机器周期内 必须至少喂狗一次，而且这个时间是固定的。当晶振为1 2 m 时每1 6 个毫秒需喂 舰融刚刚雕朗刚2融附阿阿融阻眦删一厕m|堇i墓 武汉理工大学硕士学位论文 狗一次1 7 1 。 t i p ：为了安全起见，报警主机通常放在家里比较隐蔽的区域。 3 2 3 按键模块 按键模块置于室内，用途如下：l 、用户使用按键模块启动系统；2 、用户可 以用按键模块输入报警电话号码 按键部分电路通过8 2 7 9 芯片与单片机系统连接起来，具体电路图如图3 4 所示： 图3 - 4 按键模块电路 用户通过其中，8 2 7 9 是一种通用的键盘显示控制芯片，其功能有：接收来 自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理控制。芯片引脚图如图3 5 所示： 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 图3 - 58 2 7 9 芯片 利用8 2 7 9 芯片可以实现对键盘、显示器的自动扫描，并代替单片机完成对 键盘和显示器的控制，从而提供c p u 的工作效率。同时它的程序简单，硬件电路 可靠，因此由8 2 7 9 构成的键盘输入显示控制电路被广泛应用于单片机系统中。 3 2 4 电源模块 在本系统中，需要+ 5 v 供电电压，因此必须把系统的输入电压转化为所需 要的电压。 我们采用的是市电供电方式，经过整流、滤波、降压，得到所需的电压。为 了保证市电断电时，主机仍能够进行电话报警，本系统中设有后备电源电路，如 下图所示，用4 节1 2 v 的镍镉充电电池作为后备电源，电力不足时能够自动恒 流充电；利用电压检测模块h t 7 0 5 0 a ，电池充电满后自动停止充电。当市电停电 时，电子开关打开，后备电源接入系统n ，。 1 3 叭叭眦吣妣雨飘哏魄呜吨眠鸭吨鸭 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 5 存储模块 工狮蓄电池 工 工 图3 6 电源模块 市电 存储模块使用一片2 7 6 4 e p r o m ( 8 k x 8 b i t ) 以及一片6 2 6 4 s r a b l ( 8 k x 8 b i t ) 芯片进行存储器扩展，硬件电路如图3 7 所示： 图3 - 7 存储模块 3 3 输入模块 本部分整体电路图如图3 - 8 所示，其中a t 8 9 s 5 1 是模块分控制器。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 li 1 1 t t t 头卜 l 门醮失卜 l 雠探头卜 7 刎l s 2 “ l 室内探头卜- i 踌魏卜 i 识别系统i 7 图3 - 8 输入模块 其包括防盗探测模块( 门禁探头f 磁、窗磁、门禁语言识别电路、室内探 头) 、7 4 l s 2 4 4 接口电路、分控制器以及防意外装置电路。 3 3 1 防盗探测模块设计 1 门磁的选用 我们首先了解一下门磁的核心部件一千簧管的工作原理：干簧管是一种磁敏 的特殊开关。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用 磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。装在门上，可作为 开门时的报警、问候等。由于干簧管具有重量小、气密式密封、工作寿命长、高 速度操作的结构特点，已被广泛用作开关信号控制。 我们选择深圳五洲电子有限公司的5 c 5 8 型号金属门磁作为第一防区的主要 探头，其采用锌合金表面电镀处理，工作距离为4 0 6 0 m m ，开关形式为两组触 点常开常闭，固定形式为螺丝贴装，额定电流电压功率为o 5 1 0 0 v 1 0 w 。 其外观如图3 9 所示： j 图3 - 9 门磁实物图 武汉理t 大学硕士学位论文 而门磁电路安装亦有以下注意事项： 当干簧管及其激励磁铁或线圈，安装在接近如钢板或变压器等强磁场干扰源 时，于簧管的工作特性将被改变，且有可能造成误动作，因此对一特定可能存在 的干扰源需予以防范：当在靠近位置上使用多个干簧管亦可能造成类似的磁场干 扰，引致工作特性改变及误动作的情况，若发现有此现象，则建议将干簧管的间 距保持1 5 m m 或以上距离为妥。 2 门禁室内探头的选用 我们采用被动式热释电红外探测器。 被动式热释电红外探头的工作原理： 普通人体会发射1 0um 左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以 针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释 电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。这种专门设 计的探头只对波长为1 0 um 左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不 会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个 电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其 产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体 红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热 量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。 图3 1 0 被动式热释电红外探头 w 黜地 霉 武汉理工大学硕士学位论文 图3 - 11 被动式热释电红外探头工作原理 抗干扰性能 ( 1 ) 防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上 地小动物，一般不产生报警。 ( 2 ) 抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合g b l 0 4 0 8 的要求，一般 手机电磁干扰不会弓l 起误报。 检测电路 当人体进入传感器监测的范围内时，传感器将输出一个有效的检测信号，此 信号经检测信号处理电路进行放大、滤波、比较后输出一个电压去驱动控制电路， 以此完成侦测过程。我们可以使用专用的集成电路完成信号的检测工作，如 h t 7 6 1 0 、p t 8 a 2 6 2 0 等，也可以采用l m 3 2 4 等普通运算放大器来实现，这样可 使整机成本得到降低。 正确的安装条件 ( 1 ) 红外线热释电传感器应离地面2 o 2 2 米。 ( 2 ) 红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地 方。 ( 3 ) 红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔 离物。 4 ) 红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动 会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强 气流活动的地方。 其安装方向如图3 1 2 所示： 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 圈3 1 2 探头安装示意图 3 窗磁的选用 我们采用深圳五洲电子有限公司的5 c 3 8 窗磁产品。 本产品工作距离为5 - 2 5 m m ；开关形式为n o & n c - 常开常闭型，电流电 压功率分别为0 5 a 1 0 0 v 1 0 w 。 图3 1 3 窗磁示意图 4 门禁语言识别系统 门禁语言系统具备三个部分：语言接收部分和用户意图识别处理平台及电控 锁控制部分。电路如图3 一1 4 所示： 电 齐 分 力 控 j 、 通 制 讯 器 模 块 图3 1 4 门禁语言识别系统 在麦克风接收到了用户的语音物理声占信号后转变为数字语音信号，利于语 占识别引擎识别出用户所说的汉字或词语：其次对其意图进行识别，即识别出用 哆 武汉理工大学硕士学位论文 户所希望的意思；然后对其意图进行编码，变成单片机理解的指令并通过单片机 给电控锁，控制其动作。同时，根据系统自动设防撤防策略，当用户意图识别 平台指示电控锁部分正常动作时，门磁部分接受正常开启指示，不会报警。 我们采用珠海特思高电子有限公司生产出t s g l l 0 型语言识别电控锁模块， 在用户通过了语音识别技术之后，门磁会自动撤防，并且电控锁也会专为常规开 锁方式，用户可用钥匙将门打开1 2 2 1 0 其产品图如图3 1 5 所示： 3 3 2 防意外装置 图31 5t s g l t o 型语占识别模块 对于防盗，探测模块的抗干扰，本人将采用l 三i 下策略： 由于本部分电路各类干扰属于偶然因素且被测量值变化较为缓慢，故我们采 用中值滤波法进行处理。 中值滤波法即对某一个参数连续采样n 次，n 一般是奇数，然后把n 次采 样值按从小到大的顺序排队，再取中间值作为本次采样值。实际上，该滤波方法 也是一种排序方法，具体程序如下： # d e f i n e n 7 c h a rf i l t e r ( ) c h a tv a l u e _ b u r n 】； c h a tc o u n t ，u t e m p ； f o r ( c o u n l = o ；c o u n l n ；c o u n t + + ) v a l u e b u f 【c o u n t = g e ld a t a ( ) ； d e l a y ( ) ； 武汉理工大学硕士学位论文 f o “j = o , j n - 1 j + + ) f o r ( i = o ；i v a l u e _ b u f 【“1 1 ) t e m p = v a l u e _ b u f 【i 】； v a l u eb u r 【i 】= v a l u e _ b u r 【“1 】； v a l u e _ b u r 【i + l 】= t e m p ； r c t u mv a l u e _ b u f 【1 y 2 1 ； 3 4 传输模块 本模块电路如下，虚线框内为本节所要介绍的传输模块，其中电力线接口电 路包括7 4 l s 2 4 4 ( 线性驱动器芯片) 与市电变压器输出端( 线性接口) 。下面我 们将对其进行详细介绍。 i n 图3 - 1 6 传输模块 电力线通讯技术( p o w e r - l i n ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ) 是利用配电网低压 线路传输高速数据、语音、图像等多媒体业务的信号的一种通讯技术。我们使用 2 0 武汉理工大学硕士学位论文 电力通讯可以降低成本，且不需另外铺设电话线、光缆等，直接使用现有的电力 网就可以通信，系统所需设备可以就近接入电力线，无需重新布线破坏建筑物结 构和装潢，特别适合旧房的安防系统安装，并且有安装方便的优点。 首先，大家来了解一下一款s t 7 5 3 7 h s l 芯片，它主要用于实现控制系统与 防区之间通过普通2 2 0 v 电力线传输交换数据，从而避免安装专用电缆。用户只 需把有关防区的的内部信号通过插头插到附近的电源插座上即可。但是必须注意 的是我们只能使用电力变压器同一侧的2 2 0 v 电力线。s t 7 5 3 7 h s l 采用模拟 c m o s 技术，能以2 4 0 0 b p s 的速度在电力线上半双工传输数据，它的载波频率为 1 3 2 4 5 k h z 。该芯片包括了在电力线上传输、交换数据所需的全部功能，外部元 件仅需一个线路驱动器、一个变压器及一个微控制器，用来准备、解释信息数据。 s t 7 5 3 7 h s l 还有二个很有用的附加功能一载波检测和看门狗功能：当有多台设 备连接到电力线上时，就会用到载波检测功能，因为在传输数据之前，必需首先 检查线路上是