多功能圍墻防盜報(bào)警系統(tǒng).doc

2011年“盛群杯”重慶大學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品創(chuàng)意書(shū)20120233多功能圍墻防盜報(bào)警系統(tǒng)（重慶三峽學(xué)院）（電子與信息工程學(xué)院） (指導(dǎo)老師)邱剛參賽學(xué)生：（楊浩）（陽(yáng)兵）（汪學(xué)玲） 公元 2011 年 1 月 14 日一、摘要 隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對(duì)區(qū)域治安環(huán)境以及安全防范的要求也越來(lái)越高，同現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天，犯罪更趨于智能化，手段更隱秘。智能紅外防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來(lái)的技術(shù)防范系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以HT46F49E單片機(jī)作為主控芯片，采用紅外對(duì)射通信原理，設(shè)計(jì)的新型圍墻防盜報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)紅外收發(fā)裝置在圍墻之間形成一個(gè)封閉回路，可同時(shí)對(duì)多邊圍墻進(jìn)行防盜監(jiān)控，還可以將報(bào)警信號(hào)無(wú)線發(fā)送到遠(yuǎn)處控制中心。本防盜系統(tǒng)具有測(cè)量范圍大，響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。，廣泛應(yīng)用于圍墻、柵欄等封閉區(qū)域防盜報(bào)警，也可用于其他需要監(jiān)控的場(chǎng)合。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)、紅外通信2、 作品介紹本作品采用盛群HT46F49E單片機(jī)作為主控芯片，采用紅外通信技術(shù)防盜。紅外線通信，通常又叫紅外光通信，是利用紅外線來(lái)傳送信息的一種通信方式。紅外線通信分為以光纜為傳輸介質(zhì)的有線光通信和用無(wú)線電波來(lái)傳輸?shù)臒o(wú)線光通信。紅外線通信所傳輸?shù)膬?nèi)容是多樣的，可以是音頻信號(hào)，也可以是視頻信號(hào)；可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。本文將要介紹的是紅外線通信的一種應(yīng)用形式利用紅外線來(lái)傳送音頻信號(hào)，這是一種紅外線無(wú)線光通信電路。目前，這種通信方式主要應(yīng)用于室內(nèi)，如構(gòu)成無(wú)繩電話及無(wú)繩耳機(jī)系統(tǒng)等。紅外線的傳輸距離雖然不遠(yuǎn)，但應(yīng)用于辦公室和家庭已綽綽有余。由于可免去布線的麻煩，故它具有線光通信無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，在各種領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。由于紅外線不是可見(jiàn)光，因此用它做防盜監(jiān)控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強(qiáng)。這種監(jiān)控報(bào)警裝置廣泛應(yīng)用與各種重要場(chǎng)合和家庭防盜。目前市場(chǎng)上防盜報(bào)警設(shè)備多式多樣，主要有壓力觸發(fā)防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器，這幾種報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)： 具有局限性，不能用于大范圍防盜。 容易損壞或被惡意破壞，誤報(bào)率高，可靠性不高， 如果用這些報(bào)警設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離報(bào)警，就需要很長(zhǎng)的數(shù)據(jù)線，這樣成本就會(huì)很高。市場(chǎng)上紅外防盜報(bào)警的設(shè)備也很多，但是一般紅外通信只適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，如果要進(jìn)行多邊通信就很難實(shí)現(xiàn)。一個(gè)家庭不可能只有一堵圍墻，要同時(shí)對(duì)多邊圍墻進(jìn)行防盜，就不能采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的防盜方式，因此家用紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)并不普遍。針對(duì)家庭圍墻、柵欄防盜，我們?cè)O(shè)計(jì)一種新型紅外對(duì)射式防盜報(bào)警系統(tǒng)，可以同時(shí)對(duì)多邊圍墻進(jìn)行防盜。本系統(tǒng)采用盛群公司生產(chǎn)的HT46F49E單片機(jī)作為主控芯片，在每個(gè)圍墻上安裝紅外收發(fā)裝置，確保每個(gè)圍墻上都有紅外信號(hào)經(jīng)過(guò)，因此可以對(duì)家庭整個(gè)范圍進(jìn)行全方位防盜。這種防盜報(bào)警系統(tǒng)安裝方便，防盜性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。由于紅外通信距離比較遠(yuǎn)，本系統(tǒng)可以很容易地?cái)U(kuò)展為更大范圍的防盜，例如小區(qū)圍墻防盜或者更大范圍的防盜。3、 工作原理本系統(tǒng)采用HT46F49E單片機(jī)作為主控芯片。HT46F49E系列單片機(jī)是8位高性能低功耗精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，專門(mén)為需要A/D轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，該款單片機(jī)的I/O使用靈活，可提供可編程分頻器、計(jì)數(shù)器、震蕩類型選擇，多通道A/D轉(zhuǎn)換，脈沖測(cè)量功能，通信、暫停和喚醒等多種功能，可應(yīng)用于傳感器的A/D轉(zhuǎn)換、馬達(dá)控制、工業(yè)控制、消費(fèi)類產(chǎn)品等系統(tǒng)中。1、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)總體思路是：在監(jiān)控區(qū)設(shè)一個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)，通過(guò)紅發(fā)射和接收級(jí)聯(lián)，在圍墻之間形成一個(gè)串聯(lián)的閉合通路，使整個(gè)家庭都處于防盜范圍之內(nèi)。只要任一圍墻紅外通信被阻斷，接收方一旦接收不到紅外信號(hào)，就會(huì)改變通信方式，向下一級(jí)發(fā)送被阻斷區(qū)域的異常信號(hào)，一級(jí)一級(jí)將異常信號(hào)傳向主控單片機(jī)，主控單片機(jī)接收到報(bào)警信息后立即進(jìn)行報(bào)警。如果圍墻距離主人居住點(diǎn)較遠(yuǎn)，可以在家中再安裝一個(gè)跟主機(jī)進(jìn)行通信的聯(lián)機(jī)，監(jiān)控區(qū)主機(jī)可以將報(bào)警信號(hào)無(wú)線發(fā)送到家中聯(lián)機(jī)上，便于主人及時(shí)做出處理?？紤]到對(duì)報(bào)警地點(diǎn)進(jìn)行定位，我們還采用一種特殊的紅外通信方式，當(dāng)某一處通信被阻斷時(shí)，整個(gè)通信方式會(huì)自動(dòng)發(fā)生改變，主控單片機(jī)可以根據(jù)通信方式的改變判斷具體是那一塊圍墻通信發(fā)生異常，主人在家中通過(guò)聯(lián)機(jī)液晶顯示就可以知道那個(gè)方位出現(xiàn)警情。2、 紅外通信原理 紅外遙控有發(fā)送和接收兩個(gè)組成部分。發(fā)送端采用單片機(jī)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號(hào)編碼調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號(hào)。紅外接收完成對(duì)紅外信號(hào)的接收、放大、檢波、整形，并解調(diào)出遙控編碼脈沖。為了減少干擾，采用的是價(jià)格便宜性能可靠的一體化紅外接收頭(HS0038， 它接收紅外信號(hào)頻率為38kHz，周期約26 s) 接收紅外信號(hào)，它同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形得到 TTL 電平的編碼信號(hào)，再送給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)解碼并執(zhí)行去控制相關(guān)對(duì)象。如下圖所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)一體化紅外接收頭紅外發(fā)射電路單片機(jī) 輸出調(diào)制 發(fā)送 接收調(diào)制 解碼 紅外發(fā)射采用PPM編碼方式，編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16位地址碼（8位地址碼、8位地址碼的反碼）和16位操作碼（8位操作碼、8位操作碼的反碼）組成。編碼后面還要有編碼的反碼，用來(lái)檢驗(yàn)編碼接收的正確性，防止誤操作，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。前導(dǎo)碼是一個(gè)遙控碼的起始部分，由一個(gè) 9ms 的高電平（起始碼）和一個(gè)4.5ms的低電平（結(jié)果碼）組成，作為接受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備脈沖。以脈寬為0.56ms、周期為1.12ms的組合表示二進(jìn)制的0；以脈寬為1.68ms、周期為2.24ms的組合表示二進(jìn)制的1。 二進(jìn)制碼“1” 二進(jìn)制碼“0”發(fā)送一組完整的編碼脈沖3、圍墻防盜模型由于一個(gè)家庭有多個(gè)圍墻，采用一個(gè)紅外收發(fā)裝置不可能做到全面防盜，因此我們?cè)诿總€(gè)圍墻角上裝一個(gè)紅外收發(fā)裝置，確保每個(gè)圍墻都有紅外信號(hào)通過(guò)，多個(gè)紅外收發(fā)裝置和主控單片機(jī)進(jìn)行串聯(lián)通信，可以做到封閉式防盜效果。其模型如下圖1所示。圖1、規(guī)則圍墻防盜監(jiān)控模型上圖是規(guī)則圍墻之間的紅外通信模型，考慮到有些家庭圍墻并不是規(guī)則形狀，而且圍墻之間還可能存在障礙物，為了解決這些問(wèn)題，我們?cè)趪鷫χg通過(guò)紅外收發(fā)串聯(lián)通信，這種方式最大優(yōu)點(diǎn)就是可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)，當(dāng)圍墻間有障礙物時(shí)，可以避開(kāi)障礙物，再級(jí)聯(lián)一個(gè)紅外收發(fā)裝置，就可以進(jìn)行通信。不規(guī)則圍墻或有障礙物時(shí)通信模型如下圖：圖2、不規(guī)則有障礙物圍墻防盜模型4、家庭聯(lián)機(jī)模塊如果居用戶住點(diǎn)距離圍墻比較遠(yuǎn)，或者有障礙物擋住報(bào)警信號(hào)，主人就不容易聽(tīng)到報(bào)警聲，因此還需要在家內(nèi)設(shè)一個(gè)可以與監(jiān)控區(qū)進(jìn)行通信的聯(lián)機(jī)，聯(lián)機(jī)系統(tǒng)同樣以HT46F49E單片機(jī)作為主控芯片，主要由單片機(jī)、無(wú)線接收模塊、液晶顯示模塊、鍵盤(pán)控制模塊、報(bào)警指示、時(shí)鐘芯片、存儲(chǔ)模塊七部分組成。聯(lián)機(jī)在沒(méi)接到報(bào)警信號(hào)時(shí)可以作為一個(gè)時(shí)鐘使用，時(shí)鐘還用于記錄報(bào)警時(shí)間。當(dāng)接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，通過(guò)蜂鳴器和指示燈提醒主人，通過(guò)液晶顯示監(jiān)控區(qū)報(bào)警位置和報(bào)警時(shí)間?？梢酝ㄟ^(guò)鍵盤(pán)操作來(lái)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)、查看等功能。主人還可以在家中通過(guò)聯(lián)機(jī)控制監(jiān)控區(qū)工作，例如開(kāi)啟或屏蔽防盜報(bào)警系統(tǒng)。5、系統(tǒng)框圖圖3、圍墻監(jiān)控點(diǎn)系統(tǒng)框圖圖4、控制中心系統(tǒng)框圖4、 作品功能特色本作品是由紅外通信原理設(shè)計(jì)的新型圍墻防盜系統(tǒng)，使用于多邊圍墻進(jìn)行全方位防盜，主要具有以下功能特色：1、 可以對(duì)家庭全方位進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)有不法分子翻越圍墻時(shí)立即進(jìn)行報(bào)警。2、 主機(jī)可以將報(bào)警信號(hào)通過(guò)無(wú)線設(shè)備發(fā)送到家中聯(lián)機(jī)系統(tǒng)上。3、 聯(lián)機(jī)系統(tǒng)具有對(duì)每次報(bào)警信號(hào)和報(bào)警時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)、查看、刪除等功能。本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、本系統(tǒng)采用紅外防盜技術(shù)，紅外通信具有隱秘性，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)了防盜力度。 2、在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)紅外通信方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，各邊圍墻之間采用串聯(lián)方式通信，收發(fā)設(shè)備可以進(jìn)行級(jí)聯(lián)，擴(kuò)展方便，適用于可適用于多點(diǎn)、多邊通信。 3、當(dāng)監(jiān)控區(qū)域發(fā)生警情時(shí)，系統(tǒng)通信方式會(huì)發(fā)生改變，主機(jī)可以根據(jù)通信方式的改變自動(dòng)定位發(fā)生警情的具體地點(diǎn)。 4、采用遠(yuǎn)程無(wú)線紅外通信，通信各點(diǎn)之間不需要任何數(shù)據(jù)線連接，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。5、 作品設(shè)計(jì) （1）硬件設(shè)計(jì) 1、單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)主控MCU采用盛群公司生產(chǎn)的HT46F49E單片機(jī)，其最小系統(tǒng)原理圖如圖5所示。圖5、單片機(jī)最小系統(tǒng)2、 紅外發(fā)射原理圖紅外發(fā)射端采用SE5455紅外發(fā)射管，具有靈敏度高，通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，原理圖如下圖6所示。圖6、紅外發(fā)射原理圖3、 紅外接收原理圖 紅外接收端采用一體化紅外接收頭VS1838，與單片機(jī)連接原理圖如下圖7所示。圖7、一體化紅外接收原理圖4、無(wú)線收發(fā)模塊原理圖無(wú)線通信用于監(jiān)控區(qū)根監(jiān)控中心之間的通信，我們采用nrf24L01無(wú)線收發(fā)模塊。該模塊有HT46 MCU的6個(gè)引腳控制，電路圖如下圖8所示。圖8、無(wú)線收發(fā)模塊nrf24L014、 液晶顯示模塊顯示模塊采用LCD12864液晶，該模塊自帶字庫(kù)，顯示內(nèi)容豐富。本設(shè)計(jì)LCD12864采用串行接口，只需要HT46 MCU的三個(gè)I/O引腳控制，與并行接口比較，這樣可以充分的節(jié)約I/O引腳。電路圖如下圖9所示：圖9、12864液晶原理圖5、 時(shí)鐘電路 本系統(tǒng)采用時(shí)鐘可以記錄報(bào)警時(shí)間，時(shí)鐘芯片采用的是DS1302，它可以對(duì)年、月、日、周、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。時(shí)鐘由HT46 MCU的三個(gè)I/O引腳控制，且還帶有電池，在掉電的時(shí)候時(shí)鐘也能照常進(jìn)行計(jì)時(shí)。電路圖如下圖10所示：圖10、ds1302時(shí)鐘芯片7、存儲(chǔ)模塊電路存儲(chǔ)模塊采用AT24C02。AT24C02是一個(gè)2K串行CMOS E2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。該器件通過(guò)IIC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。AT24C02與單片機(jī)接口電路如下圖11所示：圖11、AT24C02電路圖8、 聲光報(bào)警電路如圖12所示 圖12、報(bào)警電路（2）軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)由圍墻監(jiān)控區(qū)和家中聯(lián)機(jī)兩部分組成。大致流程圖如下： 圍墻與圍墻之間紅外收發(fā)采用級(jí)聯(lián)方式，如果某一點(diǎn)通信被阻斷，接收方接收不到紅外信號(hào)，下一級(jí)通信方式將會(huì)發(fā)生改變，然后一級(jí)一級(jí)將改變后信號(hào)傳向主機(jī)，主機(jī)就可以判斷被阻斷地點(diǎn)，確定異常位置。圍墻監(jiān)控區(qū)流程圖：開(kāi)始初始化紅外通信是否有通信被阻斷 N Y改變通信方式無(wú)線發(fā)