家居安防系统设计.doc

陕西理工学院毕业论文（设计）家居安防系统设计摘要 随着人民群众生活水平的不断提高，对家居的安防要求也日益提高，本设计正是在此需求的基础上，以AT89C51单片机为核心设计了一款具有本地和远程告警功能的家居安防报警系统，本系统结合传感器网络、双音多频（DTMF）发送/接受电路、语音电路及其它外围辅助电路。系统能够针对不同的灾情状况实施自动的语音报警，同时通过固定电话线以DTMF方式自动拨号，在具体实现时可预先通过键盘设置多个报警电话或手机号码，通过电话线将报警信息迅速传送到个人手机或电话、小灵通上，进行语音报警。目前一般的家用防盗报警装置具有成本较高， 售价贵， 抗破坏性差等缺点而不易被人们所接受，本系统采用数字化控制，具有自主性强，可靠性高，具有成本低廉，安装简单等特点，实际的系统测试结果表明，在灾情发生时，系统可以实现本地告警，并能够自动接入电话网实施远程告警功能。关键词 报警器；双音多频；传感器网络；AT89C51；安防；Home alarm system designAbstract:As people living standard rise, the security requirements of home, this is increasing in the design is based on the demand of AT89C51, design with local and remote alarm functions, the household security alarm system, this system combined sensor network, a (DTMF) send/receiving circuit, voice circuits and other peripheral auxiliary circuit. According to the different systems can be implemented the disaster situation, at the same time, through voice alarm by way of fixed telephone dial-up, automatic DTMF realization in advance through the keyboard Settings when multiple alarm telephone or by telephone, mobile phone number will alarm information quickly to personal phone or telephone, PHS, voice alarm. At present domestic security alarm device has higher cost, selling your shortcomings, but not destructive is accepted by people, this system USES digital control, with strong autonomy, high reliability, low cost, easy installation with characteristics, such as the actual system test results show that in the disaster, the system can realize local alarm and can automatically access remote alarm functions of network. Keywords:annunciator；dual tone multi frequence (DTMF)；Sensor network,；AT89C51; afety;目 录引言11.系统方案设计21.1家居安防报警系统的硬件结构21.2家居安防报警系统基本工作原理31.3核心芯片选取31.3.1 AT89C51介绍41.4 本章小结62.探测器及无线传感器网络设计72.1无线传感器网络的设计72.1.1. 无线传感器网络的结构72.1.2. NRF905芯片介绍82.2防盗探测器电路设计112.2.1. 无线人体热释电传感器122.2.2无线门磁传感器142.3防火探测器电路设计152.3.1.温度探测器152.3.2.光电感烟探测器162.4 防有害气体探测器电路设计172.5本章小结183. DTMF收发设计193.1 DTMF收发原理193.2DTMF信号编解码芯片MT8880介绍203.3 电话接口电路243.4本章小结254. 语音电路设计264.1 ISD1420芯片简介264.2 ISD1420引脚介绍264.3 ISD1420语音录放电路274.4 本章小结285. 软件设计295.1 主流程图295.2 电话报警子程序图305.3 控制子程序图325.4传感器网络软件设计335.4.1. 上位机与下位机的数据通信策略335.4.2. 无线传感器网络节点系统程序设计335.5 本章小结346. 系统调试356.1软件调试356.2硬件调试356.1.1.探测器调试366.2.2.自动报警电路调试366.2.3. 电话接口电路调试366.2.4. 语音电路调试366.3 本章小结367.总结37致谢38参考文献：39附录40附录A英文文献：40附录B英文文献翻译：43附录C 原程序：46附录D元件清单：50附录E 作品实物图：51IV引言随着人类随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。安防监控系统的研究设计与实现，是一项专业性很强的实用技术。普遍认为，所谓安防监控系统，就是以安全防范为主要目的，依靠和运用各种高科技装备及手段，系统、实时、全面、不间断地对人、设备及周边环境进行监督、控制的一系列设备的总和。随着社会经济的发展进步，安防监控系统的应用普及越来越广，科技含量越来越高。先进的监控系统集中体现了现代科学技术发展的最新研究成果，是现代高科技产品和技术的一个结晶和缩影。当然，安防监控系统的研发不能一味地追求高、精、尖，其最根本的立足点还是必须回归实用性，在保障适用性的前提下追求最低的成本与价格。本文基于上述原因提出一种基于电话线传输的无线家居安全防护方案。该系统根据城市家庭较高电话普及率的特点，充分利用现有电话网络资源而设计。从功能上可分为家居安全、紧急求助、防盗报警、火灾报警和煤气泄露报警等。当发生警情时,报警设施自动发出报警信号并将警情通过固定电话发送相关部门和人员。具有报警及时，性价比高等特点，适用于一般民居等场所的安全防盗系统。1.系统方案设计家居智能电话报警系统主要完成的功能是，当室内有警情发生时，如：有人非法入室内、煤气泄漏、火灾等等。智能报警系统能及时的通过各种传感器获知情， 对警情的种类进行判断， 并立即自顺序拨打预设的16组电话。在拨号时，首先判断对方是否摘机，如是，则根据不同的警情播放相应的录制好的语音报内容， 否则， 挂机后拨下一组预制电话，至16组电话全部接通。1.1家居安防报警系统的硬件结构家居安防报警系统一般由由 AT89C51单片机控制电路、 无线收发电路、 DTMF(双音多频)电路、 语音录放电路、 电话接口电路等部分组成。系统核心功能是防盗报警 ,由无线门磁探测盗情 ,通过带编码、解码芯片的无线射频模块收发信号 ,进行现场报警 ,同时通过固定电话线以DTMF方式自动拨号 ,电话接通后向对方播放预先录制的报警信息。具体系统组成框图如图1.1。无线网络化传感节点1喇叭信息采集与报警CPU显示无线通信模块NRF905键盘音频放大报警语音电路DTMF收发模块电话摘挂机控制无线传感器网络无线通信模块NRF905无线通信模块NRF905红外传感器煤气泄露传感器无线网络化传感节点N 图1.1 家居安防报警系统组成框单元模块的功能如下:DTMF（双音多频）收发模块：双音多频信号收发器采用MT-8880。DTMF收发主要接受从电话线上来的DTMF信号并将其转化为数字信号，然后送入CPU处理或将预拨号码转化为DTMF信号送入电话线，实现拨号。语音电路模块：语音电路采用ISD1420芯片。完成语音的录入、存储及分段输出，失真小，使用方便。报警时，将事先存入的语音送出通知对方。无线通信模块：采用NRF905无线收发芯片，完成无线双向高速的数据传输所采集的传感器数据信息。 自动报警主机的核心器件是单片机：它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作，考虑到系统的功能和经济性等因素，采用的是当今流行的性价比较高的AT89C51单片机。 密码控制电路： 考虑到系统使用时的安全性和保密性，特设计了密码控制电路，只有主人才可以通过密码验证来控制系统的运行和停止。1.2家居安防报警系统基本工作原理各探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域，当系统设定为布防状态时，一旦有人入侵、或将要发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器(各种防盗、防火探测器等)通过无线传感器网络将警情发送给中央控制期并立即向用户端自动报警主机发出报警信号，其中在防盗检测中，只要有人从探头检测范围内经过，而他又不能在规定的时间内输入密码撤防，系统就会启动报警，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认(多次巡检中断信号)，确认无误后，从EEPROM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:待对方摘机后，启动语音电路，将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方，通知对方发生警情，同时自动记录警情信息，以备查询:如果对方没有摘机，就连续拨打三次，并进行现场警铃报警。1.3核心芯片选取选用AT89C51单片机。P3.0连接防盗探测器,P3.7连接防火探测器，P3.1连接有害气体泄露探测器，用来检测警情,如果警情情发生 ,触发外部中断0。P1.3P1.5连接语音电路 ,实现语音的回放控制。P2.02.7连接电话接口芯片 ,实现模拟摘挂机控制。P0.0P0.7与液晶显示模块相连。P1.3,P1.4,P1.5与ISD1420地址A1,A2,A5相连。智能电话控制器的核心部分是单片机，本文选用了AT89C51。AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）.它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的Flash存储器允许在系统内改变程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此，AT89C51是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便的应用在各种控制领域。在本设计中选择AT89C51作为该系统的中央控制单元。1.3.1 AT89C51介绍 AT89C51的主要性能: 4KB可改编程序Flash存储器（可接受1000次的写入/擦除）。全静态工作：0HZ24HZ。3级程序存储器保密。1288字节内部RAM。32条可编程I/O线。2个16位定时器/计数器。6个中断源。可编程串行通道。片内时钟振荡器。另外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式-空闲方式（IdleMode）和掉电方式（PowerDownMode）在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器计数器、串行口和终端系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。AT89C51引脚介绍:图1.2 AT89C51引脚图AT89C51 的引脚具体功能：1.电源引脚 Vcc 40 电源端 GND 20 接地端 工作电压为 5V，另有 AT89LV51 工作电压则是 2.7-6V, 引脚功能一样。2.外接晶体引脚XTAL1 19 XTAL2 18 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频， 如晶振为12MHz， 时钟频率就为6MHz。 晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取 30PF左右。 型号同样为AT89C51 的芯片， 在其后面还有频率编号， 有12,16,20,24MHz可选。3.复位 RST 9 在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P3 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H 处开始运行程序。 复位操作不会对内部 RAM 有所影响。4.输入输出引脚 (1) P0 端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O 端口，端口置1（对端口写 1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8 个TTL。 对内部Flash 程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。 在访问外部程序和外部数据存储器时，P0 口是分时转换的地址(低 8 位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 (2) P1 端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向 I/0端口。输出时可驱动4个 TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8位地址信息。 (3) P2 端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/0端口。输出时可驱动 4个 TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收高 8位地址和控制信息。 在访问外部程序和 16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 (4) P3 端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向 I/0端口。输出时可驱动 4个 TTL。端口置1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。除此之外 P3 端口还用于一些专门功能。 P13 端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。5.其它的控制或复用引脚 (1) ALE/PROG 30 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的 1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG (2) PSEN 29 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当 AT89C51 由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出 2 个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。 (3) EA/Vpp 31 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使 AT89C51 只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平，而要使用片内的程序存储器时该引脚必须保持高电平。对 Flash存储器编程时，该引脚用于施加 Vpp 编程电压。Vpp 电压有两种，类似芯片最大频率值要根据附加的编号或芯片内的特征字决定。 1.4 本章小结 本章主要从整体上对家居安防系统的设计方案进行了介绍。通过本章的阐述，明确了该安防系统的设计方案，给出了设计硬件结构图，对各个模块的主要功能进行了阐述。简单明了的介绍了其工作原理，并详细的对核心芯片AT89C51进行了介绍。 2.探测器及无线传感器网络设计2.1无线传感器网络的设计系统采用无线传感器网络技术，将家庭安防传感器组成一个星型拓扑无线传感器网络，当有烟雾报警或红外报警信号时，可以主动拨打主人的电话，使主人能在第一时间了解家庭的安全隐患。用户也可以通过电话远程设置新的报警电话号码以及远程布防和撤防等，实现了对报警主机的简单控制。增加系统的控制功能可以实现对家电设备的远程电话控制，将大大促进家庭的网络化、数字化、智能化进程。2.1.1. 无线传感器网络的结构无线传感器网络节点的组成不尽相同，但一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源这四部分组成。被监测物理信号的形式决定了传感器的类型。处理器选用Motorola公司的C51系列单片机等。数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成，图2.1描述了节点的组成，其中，实心箭头的方向表示数据在节点中的流动方向。数据处理模块传感器AD/DA应用程序存储器CPU数据传输模块电源模块图2.1 无线网络化传感器结构简图 处理器选用AT89C51芯片作为无线传感器网络节点的处理器。并且采用IO口模拟SPI口方式与nRF905通讯，配置存储器接口也采用IO口模拟。 传感器要求居家安全，应确保被监视的区域(阳台、门窗、过道、金库等)置于传感器的敏感区域内。现有的传感器产品很多，如红外热释电探头、微波多普勒效应探头、微波红外复用探头等，用于检测盗贼侵入很灵敏。离子烟感器和半导体气敏传感器用于监视火警及煤气泄漏。电源在该系统中，nRF905为低电压器件，电压要求为3.3V。该系统用+5V电源供电，经过板上LT1117-3.3V转换得到3.3V电源。2.1.2. NRF905芯片介绍无线收发芯片nRF905简介 系统中的无线收发电路采用挪威Nordic公司的单片无线收发器芯片nRF905。该芯片的工作电压为1.93.6 V，采用32引脚QFN封装(55 mm)，可工作于433868915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频段，是一个真正的单片UHF无线收发芯片。nRF905采用FSK调制解调技术，频道之间的转换时间小于 650s。nRF905集成度高，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调制器组成，工作频率稳定可靠，外围元器件少，不需外加声表滤波器，ShockBurstTM工作模式，能自动产生前导码和CRC(循环冗余码校验)，使用SPI接口与微控制 器通信，配置非常方便。此外，nRF905最高工作速率可达20 k，发射功率可以调整，最小为-10 dBm，最大为+10 dBm。其功耗非常低，以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA，工作于接收模式时的电流为12.5 mA，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能，适合便携式产品的设计。 nRF905的数据发送过程 发送数据时的工作流程将在后面软件设计部分给出。当MCU有遥控数据节点时，接收点的地址(TX-address)和有效数据(Tx-payload)将通过SPI接口传送给nRF905。设计时应使用协议或MCU来设置接口速度。可用MCU设置TRX-CE，并使TX-EN为高电平来激活nRF905的ShockBurst传输。通过nRF905的ShockBurst可使无线系统自动上电，并完成数据包(应加前导码和CRC校验码)的数据码发送(100 kbps，GFSK，曼切斯特编码)。 如果AUTO-RETRAN被设置为高电平，那么，nRF905将连续地发送数据包，直到TRX-CE被设置为低电平为止；而当TRX-CE被设置为低电平时，nRF905则结束数据传输，并将自己设置为standby模式。 nRF905的数据接收过程 当系统接收数据时，其接收数据流程图如图6所示。系统的工作过程如下： 首先，在650s以后，nRF905将不断监测空中的信息；当nRF905发现有和接收频率相同的载波时，其载波检测(CD)被置为高电平；此后，当nRF905接收到有效地址时，地址匹配(AM)被置为高电平； 在这之后，当nRF905接收到有效的地址包(CRC校验正确)时，nRF905将去掉前导码、地址和CRC位，同时将数据准备就绪位(DR)置为高电平，并用MCU设置TRX-CN为低电平，以进入standby模式，从而使MCU能够以合适的速率通过SPI接口读出有效的数据；当所有的数据读出后，nRF905将AM和DR设置为低电平，以便使nRF905准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。 nRF905是一个单片完全集成的无线收发芯片，它采用0.18微米CMOS工艺设计，工作在433MHz、868MHz和915MHz无线ISM(工业科学医学)频段。这款产品的三个主要设计目标是成本、能耗和易用性，同时保持良好的射频性能。表2.2为主要性能指数。参数典型概况工作电压1.9 3.6V数据传输率(曼彻斯特编码, GFSK高斯频移键控) 50kbps温度范围-40 to85CStandby 待机模式电流 20A上电模式工作电流2.5A接收典型灵敏度-100dBmCurrent Consumption RX Mode接收模式工作电流13mA发送最大发射功率10dBmPower Control 20dBMax Power模式电流消耗28mAMin Power模式电流消耗9mA成本nRF905$2.10晶振$0.15Passive Components$0.05总成本$2.30表2.2 nRF905一般性能指数数字功能nRF905数字功能提供了一个完整的无线系统传输协议。传送数据包分为4份：前导码(10位),地址(1-4字节)，载荷(1-32字节)、CRC循环冗余检验(1-2字节)。（见图2.3）前导码由发射端自动增加，由接收端自动剥离;对地址和CRC同样如此。图2.3 内部数据包结构地址、有效载荷是由用户通过标准的SPI(串行可编程接口)创建，并且被保存在内部寄存器。当数据包将被传送，一个单独引脚应被设置为正电压（VDD），Nrf905无线射频自动上电使能，数据包在内部建立，然后被传送。即刻，数据包就被发送并进入低电流消耗模式。当一个接收端收到数据包后，它检查地址和CRC是否正确。它然后剥离数据包前导码、地址、CRC，然后把数据放置在一个寄存器中，通过接收端外的SPI接口准备计时。一个外引脚被设置为高电平来表明一个合法的数据包被收到。存放在数据寄存器里的数据包准备好由微型控制器计时。因为基本的数据包处理架构被设置在nRF905内部, 所以一个非常便宜的微型控制器就可以用来驱动接受/发送端。这样，一个超低价的无线解决方案拥有者卓越的射频表现，同时它的能耗却只有现行标准（比如蓝牙和Zigbee）的部分。nRF905的物理特性nRF905采用QFN 32引脚绿色封装。只需要非常少的外部电路元件数量数量（见图2.4）。主要是是一个晶振、两个可调电容，一个用来设置内部参考电流的寄存器。如果电路被匹配为50欧姆的电阻，那么就可以实现低成本被动Bulun。去耦电容因其拥有上佳的射频表现而值得推荐，但如果成本是最重要的因素，那么这些也可以被省去以节省成本。内部的电源供应能够提供优良的很好地噪声免疫。一个外部时钟可以被用来驱动微控制器的时钟，这样又减少了一个完整应用所需的晶体，达到节省成本的目的。图2.4 外部原件与环形天线2.2防盗探测器电路设计现在有关家庭防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无线探头等等。本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了无线门磁传感器和无线人体热释电红外传感器来共同工作完成防盗监测。当盗贼企图从门窗进入室内时，为防止盗贼撬开门窗，特选择了无线门磁传感器，当门被打开时，门和门框必然有一定的相对位移，这时高灵敏的无线门磁传感器便可以监测到这个相对位移，并将报警信息送给自动报警主机进行自动报警，拨打用户手机并进行譬如“有人撬门，门将被打开”的语音提示，这样做会将入室盗窃消灭在“萌芽”状态。而无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。这样，即使盗贼己经设法逃过门窗上安装的无线门磁传感器，也逃不出人体热释电传感器的监测，保证了系统的可靠性，不会出现漏报现象。在使用时，将无线门磁传感器安装在居室的门窗上，将无线人体热释电传感器安装在人进入房间后必须经过方位的墙壁上2.2.1. 无线人体热释电传感器热释电传感器的结构：热释电红外传感器通常包括热释电晶体、电极、氧化膜、衬底、FET和负载电阻几个组成部分。热释电晶体一般是PZT或其他材料，在晶体上下表面分别设置电极，在上表面再加一层黑色氧化膜以提高其转换效率。如图2.5和2.6分别为热释电红外线传感器RE200B的结构示意图及其等效电路图:图2.5 热释电红外传感器结构示意 图2.6等效电路图被动式热释电红外探头的工作原理:在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。人体都有恒定的体温，一般在37 0C，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用一些热释电元件(强介电质材料如钦酸钡、钦错酸铅(PZT)等)作成，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，最终电荷变化将以电压或电流形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动式热释电红外探头的特性:这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。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，并被热释电元件接收，但是两片热释电元件接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。抗干扰性能: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。抗电磁干扰-探测器的抗电磁波干扰性能符合GB 10408的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。正确的安装应满足下列条件:1.红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2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。图2.7 红外热释电传感器安装方向 图2.8 无线热释电传感器性能指标： 1、发射频率：315MHZ正负0.075MHZ2、发射电流：35毫安/工作电压9V或者50毫安/工作电压12V3、发射功率：200毫瓦4、无线报警距离：300米（空旷地）5、探测距离：818米（探测器正前方，室温25度）6、探测角度：水平120，垂直604位振荡电阻设定：感应距离设定：感应距离反映了模块检测人体的探测能力，产品上有一个灵敏度调整电位器，可以选择818米检测距离，注意这个参考距离是厂家在理想环境下测到的，实际距离一般为50。工作间隔时间设定：模块处于省电考虑一般都是间隔工作，例如可以选择8秒间隔或者240秒间隔，通常都选择8秒间隔，那么每隔8秒模块才检测一次人体，然后进入休眠，一般240秒间隔是省电模式，可以大大延长电池寿命。2.2.2无线门磁传感器门磁传感器选用： 图2.9 无线门磁传感器外形图和内部结构外形尺寸：71x36x15.4毫米 发射功率：30毫瓦 工作电流：10毫安 工作电压：12V，A23报警器专用电池无线指标：频率315M/编码芯片SC2262/振荡电阻1.5、4.7、3.3M （可自设）无线门磁传感器的跳线设置和无线人体热释电传感器的类同。无线门磁传感器是一种在保安监控、安全防范系统中非常常用的器件，无线门磁传感器工作很可靠、体积小巧，尤其是通过无线的方式工作，使得安装和使用非常方便、灵活。工作原理： 无线门磁传感器用来监控门的开关状态，当门不管何种原因被打开后，无线门磁传感器立即发射特定的无线电波，远距离向主机报警。无线门磁的无线报警信号在开阔地能传输200米，在一般住宅中能传输20米，和周围的环境密切相关。 无线门磁一般采用省电设计，当门关闭时它不发射无线电信号，此时耗电只有几个微安，当门被打开的瞬间，立即发射1秒左右的无线报警信号，然后自行停止，这时就算门一直打开也不会再发射了，这是为了防止发射机连续发射造成内部电池电量耗尽而影响报警，无线门磁还设计有电池低电压检测电路，当电池的电压低于8伏时，下方的发光二极管就会点亮，这时需要立即更换A23报警器专用电池，否则会影响报警的可靠性。 无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方，它由两部分组成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，较大的是无线门磁主体，它内部有一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5毫米），无线门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码（也就是数据码）的315MHZ的高频无线电信号，接收板就是通过识别这个无线电信号的地址码来判断是否是同一个报警系统的，然后根据自身识别码（也就是数据码），确定是哪一个无线门磁报警。2.3防火探测器电路设计 无线火灾探测器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小巧，安装使用非常方便、灵活。 由于传统的单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器(包括阀值触发式和模拟量式)对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要，因此，本报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经综合判断，利用神经网络智能算法，实现了多元同步智能探测，然后将报警信息经无线发射模块送回报警主机。本系统选用了一种工作可靠的复合型智能火灾探测器。它由温度探测、光电感烟探测和可燃气体浓度探测构成。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。 实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，比较实验结果如表2.10中所示。其中光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点;但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾，由此，在设计中增加了可燃气体浓度探测部分，可以探知早期火灾烟雾中的可燃气体浓度浓度，这样就大大降低了各种环境因素的干扰，提高了报警的可信度。表2.10探测器比较实验对照表传感器类型试验火类型 单传感元件探测器 多传感元件探测器光电感烟温度离子感烟感烟光电和温度复合式木材明火不适合最佳最佳 很适合 棉绳阴燃火最佳 不适合很适合最佳 聚胺酷塑料火很适合适合很适合很适合 无烟液体火不适合 最佳不适合适合 2.3.1.温度探测器差温火灾探测器由两个温度传感器组成:一个温度传感器安装在金属板上(利用金属板来监测异常温度);另一温度传感器安装在塑料壳体的内部，它监测正常室温。在无火情时，两温度传感器的温度相同，输出与温度成比例的电压基本相等，无报警信号输出;当有火情时，安装在金属板上的温度传感器受热而温度升高较快，而安装在塑料壳体内部的温度传感器上升较慢，则输出一个温度差的电压信号。这温度差的电压信号达到一定值时发出报警。差温火灾探测器的结构示意图如2.11所示。图2.11 差温探测器结构示意图 图2.12差温火灾传感器电路图集成温度差传感器LM35用胶粘在金属板和塑料盒内，分别输出V1及V2。集成温度差传感器电路和处理电路如图2.12所示，由A1组成差动放大器，在无火情时，V1与V2几乎相等，放大器输出儿乎为零。A2组成电压比较器，由W设置比较电压，在无火情时比较器输出低电平，LED不被点亮。若发生火情，V1V2，经A1放大后使输出电压大于W设置的电压，比较器翻转，输出为高电平，同时LED被点亮。采用两个温度传感器是可以消除冬天或夏天的温度差影响，使工作更为可靠。2.3.2.光电感烟探测器光电感烟探测器中的发光器件，目前多采用大电流发光效率高的红外发光管，受光器件多采用半导体硅光电管，受光器件的阻抗是随烟雾浓度的增加而降低的，本电路所用的探测头采用的是OPTEK公司的OP231和OP801SL光电组合套件作为发射管和接收管，其中，发射管典型供电电压为1.5V，接收管使用5V的直流电压供电。光电感烟火灾探测器的工作原理： 利用烟雾微粒对光的散射作用，在一定的烟雾浓度范围内，散射光的强度与烟雾的浓度成比例，因而可以利用光散射检测到烟雾浓度的变化。对于由烟雾引起的光散射的钡(量，特别是对于近距离产生的光散射测量，因为烟雾的测量限于小的范围，对那些影响测量的干扰可以比较容易的消除，因此，利用光散射测量烟雾微粒是一种较理想的方法。 正常情况下，在发射与接收管之间有光隔离板，用以消除无烟时红外发射管发出的光被光电三极管接收，因而无烟时接收管不会产生光电流。集烟盒内壁为黑色粗糙面，可将盒内的光反射减至最小。集烟盒外侧开有气、烟对流孔，烟雾进口处敷以不锈钢网，以防_LL杂物进入集烟盒造成误报。在火灾发生时，当有烟雾进入检测室时，由于烟粒子的作用，发光器件发射的光产生漫散射，这种漫散射的光被光电三极管接收，使光电三极管的阻抗发生变化，产生光电流，从而实现了将烟雾信号转变为电信号的功能，探测器给出报警信号电平。光电感烟探测器电路设计： 红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。同时，较之用直流电源供电可以达到减小功耗的目的。电路原理如图2.13所示。上电后，555振荡输出信号经过8050放大并反相，使红外发射管OP231上获得调制后的方波电压信号，电路设计中，振荡电路输出的方波信号为7ms的高电平和139ms的低电平输出，频率约为7Hz，设计时以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准，同时满足低功耗要求，具体参数如下: TH=0. 693 x RA x C=0.693 x 10 X103X 1 x 10-6=6.9ms TL=0.693 x RB x C=0. 693 x 200x103 XIX10-6=138. 6ms F=1 .44/(RA+RB) x C) =1.44/(10+200) x103X1 x10-6=6. 86Hz 接收电路部分中的光电三极管接收到烟雾粒子散射的光信号后，以变化电流的形式送给三极管9014，放大后的射极电流变换成电压信号作为输出，其中输出端可变电阻用于调节输出为合适的电压信号以备采样用。图2.13 散光型光电感烟探测器电路图光电感烟探测器输出特性：用木头、树叶、碎布、塑料、泡沫、报纸、毡子作为燃烧物，取同一温度(35.5度)点做参考阀值电压点，得到图2.14所示测量输出结果。结论:光电感烟探测器对阴燃火(木头、碎布)响应明显;对燃烧时产生烟量较少的物质(塑料、毡子)输出响应无明显变化;对明火(报纸)因温升较快，烟量较少，因此不适合探测明火。图2.14测量输出图2.4 防有害气体探测器电路设计因为家用煤气的主要成分是co,若co浓度过高，一方面存在火灾隐患;另一方面，对人身安全也带来威胁(煤气中毒)，所以，我们重点设计co气体探测器，在这里我们采用MQ-7一氧化碳气体，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点。负载电阻R串联在传感器中，其两端加工作电压，在加热丝两端加热电压。在洁净空气中，传感器的电阻较大，在负载R上输出电压较小;当气体农大增加时，传感器的电阻变得较小，则R上的输出电压较大，1,3两点电压输出增大，经放大后与比较器的输入电压比较，当达到报警浓度时，比较器输出高电平，电路图如图2.15所示。555振荡输出Q端驱动C9013给CO敏感元件的加热丝间断供电，节省功耗。由CO引起的敏感元件电阻的变化最终反应在输出电阻R5上。图 2.15 CO探测器电路图2.5本章小结通过本章的介绍，详细的介绍了探测器采集警情信息的过程，设计了无线采集传送传感器网络，并阐述了其工作原理。当发生盗情、火灾、煤气泄漏等安全隐患时，传感器通过无线传感器网络向报警主机发射经数字编码的报警信号。探测器电路部分包括防盗探测器电路、防火探测器电路、有害气体泄露、紧急情况四大部分，其中详细设计了无线门磁传感器、无线人体热释电红外传感器、无线火灾烟雾浓度传感器、无线式有害气体浓度传感器。由多种类型传感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信号检测一方面完成灾情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。3. DTMF收发设计3.1 DTMF收发原理报警器电路与用户电话机共用一条电话线。选用MT8880型DTMF收发器,与单片机及语音电路组合, 主要完成对电话双音多频信号进行解码，同时，当有人非法进入室内时，拨预置的电话号码可进行远程预警，以便对警情进行处理。由于本系统是利用电话进行自动报警，所以系统必须能自动摘机、拨号和挂机，并能进行录音和自动放音。为了安全起见，还有必要增加密码校验的功能，并能将警情状态及时的存储，以备查询。 要实现电话线远程通信，关键部分为DTMF收发电路。它将实现自动拨号、忙音识别、铃声识别等功能。使用电话专用的双音频编解码芯片进行输入双音频信号的解码，是比较常用的一种方法。使用集成电路不但外围电路简单，而且可靠性强。经过专用集成电路的解码，信号转换成为不同的码制信号，可以直接被单片机读取。一般常用的电话双音频编解码集成电路有8870, 8880, 8888等，经过反复论证比较，我们采用双音多频拨号芯片MT8880与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生，并将DTMF信号送到电话线上。在无警情况下，本部分电路和电话机断开的，因此不会影响到电话机的正常使用。拨号电路:图 3.1 MT8880自动拨号电路MT8880提供了与工Intel微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。在电话自动报警系统中，MT8880与微处理器AT89S51的接口电路参见图3.1。它的接收部分采用单端输入，由R1, R2和C0组成，其输入电压增益为R2/R1=1,通过改变R2可调节输入信号的增益。它的发送部分由C1, R0构成， XTAL2为3. 5795MHz的晶体振荡器，负责产生全部16种标准双音信号。它的控制部分由R3, C3构成。另外，由于IRQ /CP端为开源输出，故要用上拉电阻R4,与单片机P3. 5 (T1脚相连，用于监测计数电话回路中信号音的方波个数。DTMF IN和DTMF OUT与电话接口电路相连。DO-D3与单片机的数据线P2.0-P2.3相连，完成数据的传输和控制命令的输入，状态的读出等。W/R, RS0引脚分别与单片机的同名引脚相连，以对该信芯片的读