多功能围墙防盗报警系统.doc

2011年“盛群杯”重庆大学生单片机应用设计竞赛作品创意书20120233多功能围墙防盗报警系统（重庆三峡学院）（电子与信息工程学院） (指导老师)邱刚参赛学生：（杨浩）（阳兵）（汪学玲） 公元 2011 年 1 月 14 日一、摘要 随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，同现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋于智能化，手段更隐秘。智能红外防盗系统，是以保障安全为目的建立起来的技术防范系统。本设计以HT46F49E单片机作为主控芯片，采用红外对射通信原理，设计的新型围墙防盗报警系统，系统通过红外收发装置在围墙之间形成一个封闭回路，可同时对多边围墙进行防盗监控，还可以将报警信号无线发送到远处控制中心。本防盗系统具有测量范围大，响应速度快、抗干扰能力强、安全可靠等优点。，广泛应用于围墙、栅栏等封闭区域防盗报警，也可用于其他需要监控的场合。关键字：单片机、红外通信2、 作品介绍本作品采用盛群HT46F49E单片机作为主控芯片，采用红外通信技术防盗。红外线通信，通常又叫红外光通信，是利用红外线来传送信息的一种通信方式。红外线通信分为以光缆为传输介质的有线光通信和用无线电波来传输的无线光通信。红外线通信所传输的内容是多样的，可以是音频信号，也可以是视频信号；可以是模拟信号，也可以是数字信号。本文将要介绍的是红外线通信的一种应用形式利用红外线来传送音频信号，这是一种红外线无线光通信电路。目前，这种通信方式主要应用于室内，如构成无绳电话及无绳耳机系统等。红外线的传输距离虽然不远，但应用于办公室和家庭已绰绰有余。由于可免去布线的麻烦，故它具有线光通信无法比拟的优点。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，在各种领域都得到广泛应用。由于红外线不是可见光，因此用它做防盗监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与各种重要场合和家庭防盗。目前市场上防盗报警设备多式多样，主要有压力触发防盗报警器、开关电子防盗报警器和遮光触发式防盗报警器，这几种报警器都存在一些缺点： 具有局限性，不能用于大范围防盗。 容易损坏或被恶意破坏，误报率高，可靠性不高， 如果用这些报警设备进行远距离报警，就需要很长的数据线，这样成本就会很高。市场上红外防盗报警的设备也很多，但是一般红外通信只适用于点对点通信，如果要进行多边通信就很难实现。一个家庭不可能只有一堵围墙，要同时对多边围墙进行防盗，就不能采用点对点的防盗方式，因此家用红外防盗报警系统并不普遍。针对家庭围墙、栅栏防盗，我们设计一种新型红外对射式防盗报警系统，可以同时对多边围墙进行防盗。本系统采用盛群公司生产的HT46F49E单片机作为主控芯片，在每个围墙上安装红外收发装置，确保每个围墙上都有红外信号经过，因此可以对家庭整个范围进行全方位防盗。这种防盗报警系统安装方便，防盗性能稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠等优点。由于红外通信距离比较远，本系统可以很容易地扩展为更大范围的防盗，例如小区围墙防盗或者更大范围的防盗。3、 工作原理本系统采用HT46F49E单片机作为主控芯片。HT46F49E系列单片机是8位高性能低功耗精简指令集单片机，专门为需要A/D转换的产品而设计，该款单片机的I/O使用灵活，可提供可编程分频器、计数器、震荡类型选择，多通道A/D转换，脉冲测量功能，通信、暂停和唤醒等多种功能，可应用于传感器的A/D转换、马达控制、工业控制、消费类产品等系统中。1、 系统设计方案本设计总体思路是：在监控区设一个主机和多个从机，通过红发射和接收级联，在围墙之间形成一个串联的闭合通路，使整个家庭都处于防盗范围之内。只要任一围墙红外通信被阻断，接收方一旦接收不到红外信号，就会改变通信方式，向下一级发送被阻断区域的异常信号，一级一级将异常信号传向主控单片机，主控单片机接收到报警信息后立即进行报警。如果围墙距离主人居住点较远，可以在家中再安装一个跟主机进行通信的联机，监控区主机可以将报警信号无线发送到家中联机上，便于主人及时做出处理。考虑到对报警地点进行定位，我们还采用一种特殊的红外通信方式，当某一处通信被阻断时，整个通信方式会自动发生改变，主控单片机可以根据通信方式的改变判断具体是那一块围墙通信发生异常，主人在家中通过联机液晶显示就可以知道那个方位出现警情。2、 红外通信原理 红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码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。红外接收完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。为了减少干扰，采用的是价格便宜性能可靠的一体化红外接收头(HS0038， 它接收红外信号频率为38kHz，周期约26 s) 接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形得到 TTL 电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行去控制相关对象。如下图所示：单片机一体化红外接收头红外发射电路单片机 输出调制 发送 接收调制 解码 红外发射采用PPM编码方式，编码脉冲由前导码、16位地址码（8位地址码、8位地址码的反码）和16位操作码（8位操作码、8位操作码的反码）组成。编码后面还要有编码的反码，用来检验编码接收的正确性，防止误操作，增强系统的可靠性。前导码是一个遥控码的起始部分，由一个 9ms 的高电平（起始码）和一个4.5ms的低电平（结果码）组成，作为接受数据的准备脉冲。以脉宽为0.56ms、周期为1.12ms的组合表示二进制的0；以脉宽为1.68ms、周期为2.24ms的组合表示二进制的1。 二进制码“1” 二进制码“0”发送一组完整的编码脉冲3、围墙防盗模型由于一个家庭有多个围墙，采用一个红外收发装置不可能做到全面防盗，因此我们在每个围墙角上装一个红外收发装置，确保每个围墙都有红外信号通过，多个红外收发装置和主控单片机进行串联通信，可以做到封闭式防盗效果。其模型如下图1所示。图1、规则围墙防盗监控模型上图是规则围墙之间的红外通信模型，考虑到有些家庭围墙并不是规则形状，而且围墙之间还可能存在障碍物，为了解决这些问题，我们在围墙之间通过红外收发串联通信，这种方式最大优点就是可以进行级联，当围墙间有障碍物时，可以避开障碍物，再级联一个红外收发装置，就可以进行通信。不规则围墙或有障碍物时通信模型如下图：图2、不规则有障碍物围墙防盗模型4、家庭联机模块如果居用户住点距离围墙比较远，或者有障碍物挡住报警信号，主人就不容易听到报警声，因此还需要在家内设一个可以与监控区进行通信的联机，联机系统同样以HT46F49E单片机作为主控芯片，主要由单片机、无线接收模块、液晶显示模块、键盘控制模块、报警指示、时钟芯片、存储模块七部分组成。联机在没接到报警信号时可以作为一个时钟使用，时钟还用于记录报警时间。当接收到报警信号时，通过蜂鸣器和指示灯提醒主人，通过液晶显示监控区报警位置和报警时间。可以通过键盘操作来对报警信息进行存储、查看等功能。主人还可以在家中通过联机控制监控区工作，例如开启或屏蔽防盗报警系统。5、系统框图图3、围墙监控点系统框图图4、控制中心系统框图4、 作品功能特色本作品是由红外通信原理设计的新型围墙防盗系统，使用于多边围墙进行全方位防盗，主要具有以下功能特色：1、 可以对家庭全方位进行监控，当有不法分子翻越围墙时立即进行报警。2、 主机可以将报警信号通过无线设备发送到家中联机系统上。3、 联机系统具有对每次报警信号和报警时间进行存储、查看、删除等功能。本设计具有以下优点： 1、本系统采用红外防盗技术，红外通信具有隐秘性，抗干扰能力强，灵敏度高，安全可靠等优点，加强了防盗力度。 2、在点对点红外通信方式的基础上进行改进，各边围墙之间采用串联方式通信，收发设备可以进行级联，扩展方便，适用于可适用于多点、多边通信。 3、当监控区域发生警情时，系统通信方式会发生改变，主机可以根据通信方式的改变自动定位发生警情的具体地点。 4、采用远程无线红外通信，通信各点之间不需要任何数据线连接，节省了设计成本。5、 作品设计 （1）硬件设计 1、单片机最小系统本设计主控MCU采用盛群公司生产的HT46F49E单片机，其最小系统原理图如图5所示。图5、单片机最小系统2、 红外发射原理图红外发射端采用SE5455红外发射管，具有灵敏度高，通信距离远等特点，原理图如下图6所示。图6、红外发射原理图3、 红外接收原理图 红外接收端采用一体化红外接收头VS1838，与单片机连接原理图如下图7所示。图7、一体化红外接收原理图4、无线收发模块原理图无线通信用于监控区根监控中心之间的通信，我们采用nrf24L01无线收发模块。该模块有HT46 MCU的6个引脚控制，电路图如下图8所示。图8、无线收发模块nrf24L014、 液晶显示模块显示模块采用LCD12864液晶，该模块自带字库，显示内容丰富。本设计LCD12864采用串行接口，只需要HT46 MCU的三个I/O引脚控制，与并行接口比较，这样可以充分的节约I/O引脚。电路图如下图9所示：图9、12864液晶原理图5、 时钟电路 本系统采用时钟可以记录报警时间，时钟芯片采用的是DS1302，它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。时钟由HT46 MCU的三个I/O引脚控制，且还带有电池，在掉电的时候时钟也能照常进行计时。电路图如下图10所示：图10、ds1302时钟芯片7、存储模块电路存储模块采用AT24C02。AT24C02是一个2K串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。AT24C02与单片机接口电路如下图11所示：图11、AT24C02电路图8、 声光报警电路如图12所示 图12、报警电路（2）软件设计本设计由围墙监控区和家中联机两部分组成。大致流程图如下： 围墙与围墙之间红外收发采用级联方式，如果某一点通信被阻断，接收方接收不到红外信号，下一级通信方式将会发生改变，然后一级一级将改变后信号传向主机，主机就可以判断被阻断地点，确定异常位置。围墙监控区流程图：开始初始化红外通信是否有通信被阻断 N Y改变通信方式无线发