应用系统设计

目 录（黑体小2号加粗居中）摘 要 1Abstract 21 绪论 31.1 研究背景 32 电路组成框图和基本工作原理 42.1电路组成框图 42.2电路基本工作原理介绍 43 系统部分电路功能介绍 43.1MCU模块 43.2无线模块 53.3报警模块 53.4液晶显示模块 53.5语音模块 53.6 DTMF编码/解码模块 63.7电话接口模块 74 程序流程图介绍 84.1 系统人机界面的开发 85 结束语 9参 考 文 献 10（宋体5号，1.5倍行距)摘 要 本文设计了一种基于 DTMF 技术的单片机进行远程控制的智能家庭防盗报警器,该系统能利用现有的公共电话网络随时实现异地监控家中的情况,并且家中发生危险情况时能及时将信息传递给主人,具有方便、安全的优点。 关键字: DTMF;智能; 报警器;监控ABSTRACT A smart and remote control home burglar alarm based on DTMF technology is introduced in this paper. It can monitor the situation of home at any time by PSTN remotely. The system can transfer the dangerous information of home to the master in time. It has virtue of safety and convenience.Key words: DTMF; smart; burglar alarm; monitor1 绪论随着我国国民经济的快速发展, 人民生活水平的提高, 人们对家庭住房的防盗、防劫、防火设备的重视程度也在不断提高, 所以现代社会有更多的人需要对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行监测和报警。为了有效的保证居民的生命财产安全, 我们设计了一款智能家庭防盗报警系统。该系统是利用无处不在的电话网络进行监控,将 AT89S51 单片机、ISD4000 集成语音芯片、HT1602 液晶显示驱动芯片及集成电路组成的双音多频拨号电路等有机地结合在一起, 构成一种功能先进、实用、成本低廉的家庭智能防盗报警器。1.1 研究背景随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，越来越多的智能家电产品和高科技产品进入了我们的生活。同时，人们的生活理念也在发生着变化，家居生活的网络化与智能化成为人们新的需求，智能家居系统也由此成为了目前世界范围内的一个热门的研究领域。智能家居是以家庭住宅为平台，融合计算机、信息家电、网络通信和自动控制等技术，将与家庭生活相关的各种应用子系统有机地结合起来，为人们提供更加舒适、便捷、高效和安全的现代居住环境。从目前的发展趋势来看，在未来的20年时间里，智能家居行业将成为中国的主流行业之一。智能家居系统是由家居安防系统、网络服务系统和家庭自动化系统等子系统组成的家庭综合服务与管理集成系统。其中，家居安防系统担负着保护人们生命财产安全的职责，由此成为智能家居系统的首要组成部分，其市场的发展前景是非常广阔的智能家居安防系统，是指由各种先进的、智能化的电子保安设备对住宅各要害部位进行多种监测、一旦监测到异常情况就触发报警服务的智能系统；它集防盗、防劫、防火、防燃气泄漏等功能于一体，一旦遇到异常即刻自动报警，系统中各安防设备相互通信配合，让居住者高枕无忧闭。1.1.1 智能家居安防系统的应用需求家居安防涵括众多子系统，以视频监控系统为例，在设计方案时，必须同时依据国家法规及结合业主的需求，充分考虑系统应用的安全性。以下是设计方案时需要兼顾的几点普适性思路：安防监控系统的设置要全面，考虑要周全，堵住防范漏洞，制造安全居住环境；在整体防范的要求上，对家中各个位置进行重点监视；在发生警情时必须能立即通过防范系统掌握警情、案发现场的具体情况以及采取相应措施。也就是说，必须快速准确地做出反应；系统技术先进，功能齐全，操作使用维修维护方便；具有良好的兼容性、易扩展性；具有良好的性价比。具体来说，在实际项目中，根据建筑物的具体布局，需要设计多重防护，要注重人防和技防的结合。首先，在大门口设置摄像机，作为第一道防护屏障。其次，在各个房间门口设置摄像机，作为整个建筑体的第二道防护屏障。另外，还要结合周界防范、可视对讲、电子巡更及报警系统等形成更多重防护屏障。通过层层设防，人防与技防结合，设计出一个性价比高、功能实用、设计全面、安全防护水平高的综合管理体系，使管理、保安人员能快速反应各类突发事件，并提供准确的现场资料。1.1.2 智能家居安防系统的研究及应用现状智能家居与安防子系统包括：闭路监控电视子系统、门禁子系统和入侵报警子系统。在众多子系统中，闭路电视监控系统在智能家居安防中的比重越来越大。在家中，视频监控主要安装在出入口，将图像传送到信息中心平台，进行统一的全方位监控监测，形成幕帘状警戒面包围建筑，以立体空间监视建筑内部，使管理人员全面掌握建筑内各处的动态，阻止治安事件发生，并为迅速排除治安事件提供科学的依据。从安全上考虑，在一个大型的小区中，监控系统已经不再是小范围的完成音视频监控功能便可了，它需要集成报警，实现多系统的联动。并且，随着网络的发展，数字化监控获得更快速发展，安防监控与110报警中心的联动开始得到应用。总的来说，方案必须要综合考虑各种因素，使系统达到安全可靠、技术先进、功能齐全、性价比高、操作维护简便等效果。2电路组成框图和基本工作原理2.1电路组成框图智能家庭防盗报警系统是由无线发送 / 接受模块、报警模块、键盘模块、液晶显示模块、语音模块、DTMF解 / 编码模块等构成, 系统硬件总体框图如图 1 所示。图 1系统硬件总体框图2.2电路基本工作原理介绍当家中发生警情时, 此时家中设定的无线模块或者其他传感器模块会发出异常信号给单片机, 单片机接受到信号后立即发出现场声光报警信号来威慑侵入者, 同时将单片机自动拨打预先存储在 2 4 C 0 2 中的电话号码给主人或者小区物业报警, 以便及时采取防盗措施避免财产损失。 当主人在异地想监听家中的情况或者遥控家中的电器的开关时, 只需要拨打家中的固定电话号码, 因为该报警系统的电话接口是并联在电话机上的, 若铃声响五次后无人接通( 具体次数可由软件设定) , 则该报警系统就自动模拟摘机, 在主人输入预定的密码后, 就可以监听家中的动静以及控制家中电器的关、断。当主人在家无须设防时, 该报警系统还可以显示时钟、温度等等, 还可以设定起床闹铃等多重功能, 这些都可以结合软件和相关芯片来实现。3系统部分电路功能介绍3.1MCU模块MCU 器件采用 ATMEL 公司生产的 AT89S51 芯片,如图 2 所示。AT89S51 是一个低功耗,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable) 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器,具有高密度、非易失性存储技术的特点, 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元。图 2MCU 模块电路图3.2无线模块无线模块主要是是处理红外、无线信号。包括门窗磁报警模块、火灾探测模块、有害气体探测模块等传感器模块。在这里主要讲解门窗磁报警模块, 门窗磁探测器选用无线门磁,由一块永磁体和门磁主体(内部有一个常开型的干簧管)两部分组成,其无线接受模块的传感器应用电路图如 3 所示。图 3无线门磁接受模块传感器电路图H 1 是一个干簧管, 当门闭合时,H1 吸合,C1 两端点位相同,Q1 截止,Q2 也截止;当门打开时,干簧管触点打开,有一个电流流过 Q1 的发射极、R32(和 H12 并联)、 C1 、R31 、地, 使得 Q 2 饱和导通, 输出低电平 0 给单片机, 发出报警信号。3.3报警模块P3.2(INT0)连接防盗探测器,用来检测盗情,如果盗情发生, 触发外部中断 0 , M C U 接到报警信号以后, 开始启动 LED 等闪烁报警, 同时启动 100dB 的声音报警, 来震慑入室的小偷, 同时把信号送给电话模块, 告诉主人或者报警中心有小偷入室。3.4液晶显示模块液晶显示模块采用 LCD1602 来实现,主要功能是用来显示时间、日期、家里的温度、以及报警的时候显示报警的类型等功能。图 4液晶显示电路图3.5语音模块语音模块的采用 ISD4000 芯片,其连接电路图见图 5 所示。图 5语音芯片连接电路图3.6 DTMF编码/解码模块报警器电路与用户电话机共用一条电话线。选用 H T 9 2 0 0 B 做 D T M F 编码器, H T 9 1 7 0 做 D T M F 解码器,其应用电路图见图 6 和图 7 图 6HT9200B 电路图 图 7HT9170B 电路图给 H T 9 2 0 0 B 提供确定的 4 位二进制数(比如电话号码), 从 D 0 - - D 3 输入,就可从 13 脚输出相应的 D T M F 信号, 并将 D T M F 信号送到电话线上, 实现自动拨号功能; H T 9 1 7 0 的功能主要是将输入的 D T M F 信号变换为相应的二进制数, 解码远程电话按键信号, 传送到单片机, 实现远程控制。DTMF(Dual Tone Multi Frequency), 即双音多频信令, 基本上在全世界范围内使用在按键式电话机上,一个 D T M F 信号由两个频率的音频信号叠加构成。其中 D T M F 信号与电话按键关系见图 8 所示。图 8DTMF 信号与电话按键关系图3.7电话接口模块电话接口模块包括振铃检测电路、摘机控制电路以及回铃检测电路。图 9振铃检测电路图 振铃检测是指当振铃一定次数(比如 5 次,可由软件设定)后,若无人接听,则由主人输入密码,密码输入正确后, 则由单片机自动模拟摘机, 以查看家里的情况, 若密码连续 3 次输入不正确则强行挂机。振铃检测电路电路图见图 9 所示,25Hz 的交流振铃信号经过整流以后,再经过稳压,送入光电耦合器,再输出方波信号给单片机的外部中断 0 , 用软件判别振铃信号。模拟摘机检测电路电路图见图 1 0 所示。该电路利用三极管来模拟电话摘机。当 Q 4 基级为低电平时, Q 3 的集电极和发射机断开, 为挂机状态; 电平时当 Q 4 基级为高电平时, Q 3 的集电极和发射机饱和导通, 为摘机状态, 于是电话信号送入。图 10模拟摘机检测电路图而回铃音、忙音、线路错误音等电话进程音是载波为 450Hz 的信号, 各种信号不同的只是调制的周期、占空比不同, 所以对这些信号的检测是检测 450Hz 的信号的周期和占空比。该电路利用锁相环 L M 5 6 7 构成检测电路( L M 5 6 7 的中心频率调为 4 5 0 H z ) , 当输入信号为 4 5 0 H z 时候, L M 5 6 7 输出低电平, 送入单片机利用软件区别各种信号, 其检测电路见图 1 1 所示。图 11回铃音检测电路图4 程序流程图介绍 本课题总体流程图如图 1 2 所示图 12总程序流程图在这里着重说说主循环模块的流程图,见图 13 所示/ 如果对变频器输出工程量小于 200 而且 PID 设定值小/ / 于测量值if(pump_close1_time=10) / 持续时间大于等于 10 妙nvi_Module_DO3=1; / 停止供热恒速泵 P4elsepump_close1_time=0;4.1 系统人机界面的开发系统人机界面的开发平台是 Advantech WebAccess,WebAccess 的网络架构共由 3 部分组成:工程节点、监控节点、客户端。4.1.1 工程节点工程节点是一个普通的 W e b 服务器, 需要设置它的I P 地址、H T T P 端口、T C P 端口。图 13主循环流程图4.1.2 监控节点主要是设置与硬件设备通信接口和连接的硬件设备, 可以通过串口、以太网或其他通讯接口实时地和自动化设备进行通讯,WebAccess 提供一系列硬件设备驱动程序, 包括 P L C 、单片机、D D C 、D C S 、输入输出设备和 Echelon 的 Lonworks 现场总线设备。4.1.3 全功能客户端WebAccess 使用 Active X 技术提供实时数据、趋势和动态的图表文件。5结束语设计在一定程度上解决了传统机械式防盗的弊端，利用高科技将防盗报警智能化、自动化，可以减少和避免户主的损失。由于该系统主要利用现代移动通信网络作为承载，不需要考虑布线等因素，减少了环境因素对系统的影响，提高了该系统的可移动性。由于时间的关系和考虑到元器件的价格等因素，该设计还存在一些不足的地方。例如，该设计存在不够人性化的地方，可通过添加实时时钟芯片增加时间功能，并在此基础上加入自动开启和关闭系统的功能等等。除此以外，还可以通过增加断电保护电路增强系统的安全性。 在设计的这段时间里，我对这几年学习到的知识有了一个全面的认识，也因此学到了很多东西。这一次的实训设计，从查找资料、方案确定、电路设计到PCB制作和调试，整个过程都是我自己亲自去完成。在整个设计期间，我遇到了很多问题，但经过仔细的分析和其他同学的帮助后