家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)(原理)

1、 家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)作者:潘丹武漢郵電科學(xué)研究院光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室摘要:本文介紹了一種家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方法,它以SM89516A單片機(jī)為核心,通過(guò)控制由解碼芯片PT2272、射頻接收模塊組成的接收電路,對(duì)感應(yīng)器采集到的報(bào)警信息(煙、火、盜竊等信息進(jìn)行處理,通過(guò)控制TC35模塊以GSM短消息的方式實(shí)現(xiàn)合法用戶手機(jī)與監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)之間的指令與數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。該報(bào)警器具有現(xiàn)場(chǎng)警笛報(bào)警和無(wú)線報(bào)警功能。本文闡述了無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的工作原理、總體設(shè)計(jì)方案,并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各模塊進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、可靠性高、安裝、維護(hù)及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。引言隨著社會(huì)的發(fā)展,生

2、活條件的改善,人們對(duì)安全問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注了,尤其是在家居安全方面。入室盜竊、煤氣泄漏、火災(zāi)發(fā)生等情況時(shí)有發(fā)生,在家里安裝安全報(bào)警裝置是家庭安全保障發(fā)展的趨勢(shì)。本文研究一種家庭安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng),系統(tǒng)的核心是單片機(jī),由它監(jiān)控處理各種警情,對(duì)感應(yīng)器采集到的報(bào)警信息采用兩種報(bào)警方式,即聲光報(bào)警和短消息報(bào)警。報(bào)警設(shè)備在實(shí)現(xiàn)就地報(bào)警的同時(shí)把各種警情通過(guò)短信方式發(fā)送到手機(jī),使警情得到及時(shí)的處理。結(jié)合射頻無(wú)線通信技術(shù)和單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù),使本家居安防無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、組網(wǎng)靈活,家庭無(wú)需為傳感器布線,具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。1工作原理無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)主要由GSM短信模塊、監(jiān)控者手機(jī)和智能監(jiān)控模塊組成,G

3、SM 模塊主要提供系統(tǒng)和用戶之間的通信信道。智能監(jiān)控模塊及其外圍電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控,如果監(jiān)控對(duì)象正常的話就繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè),如果出現(xiàn)問(wèn)題,微控制器即采用AT命令通過(guò)GSM短信模塊發(fā)送短信息給監(jiān)控者,監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設(shè)置以微控制器為核心的智能模塊,以及發(fā)送短信消息查詢命令和監(jiān)控情況,從而達(dá)到無(wú)線監(jiān)控的目的。 220v轉(zhuǎn)9v電源適配器220v后備電源單片機(jī)蜂鳴器PT2272LEDTC35電源轉(zhuǎn)換芯片射頻接收模塊晶振天線SIM卡5v圖1 總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)主要由電源、單片機(jī)、GSM短信模塊TC35、解碼器PT2272、射頻接收模塊構(gòu)成,由門磁、窗磁、煙霧感應(yīng)器和燃?xì)庑孤└袘?yīng)器

4、等采集報(bào)警信息,通過(guò)無(wú)線方式傳輸給由單片機(jī)控制的GSM短信模塊TC35,實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警,同時(shí)伴有聲光報(bào)警。220v的市電經(jīng)電源適配器輸出電壓9v,再經(jīng)電源轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為5v為單片機(jī)、TC35、PT2272、射頻接收模塊、LED、蜂鳴器等供電,一旦掉電則啟用備有電源,以保持電路正常工作。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心,PT2272、TC35都是在它的控制下完成相應(yīng)的功能,并控制蜂鳴器、LED發(fā)聲發(fā)光,它啟動(dòng)的條件是電源和晶振正常工作。PT2272是與PT2262的配對(duì)解碼芯片(遙控系統(tǒng)里使用PT2262,可組成接收器,射頻接收模塊將本地警情通過(guò)PT2272上報(bào)給單片機(jī)。TC35通過(guò)其RXD0、TXD0腳與

5、單片機(jī)之間進(jìn)行串行通信,通過(guò)一系列的AT命令,就能達(dá)到控制TC35讀寫SIM卡與手機(jī)進(jìn)行短消息通信的目的。3系統(tǒng)各模塊分析與設(shè)計(jì)3.1電源部分電源模塊包括外部電源模塊和內(nèi)部電源模塊。內(nèi)部電源模塊主要包括可充電電池 該系統(tǒng)選用220V轉(zhuǎn)9V的電源適配器,由于該系統(tǒng)的各組成部分都需要5V的工作電壓,因此宜選用一塊輸入可以為9V,輸出為5V的開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換,為系統(tǒng)供電,備用電源采用6V的充電電池。3.2單片機(jī)及其外圍利用單片機(jī)的中斷功能可對(duì)外界的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。中斷源中斷后,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警程序,通過(guò)RS232異步串行通信寫入TC35,通過(guò)AT命令,以短消息的形式

6、發(fā)送到監(jiān)控者手機(jī)上,以便用戶采取相應(yīng)的處理措施,同時(shí)鳴笛,LDE發(fā)光,實(shí)現(xiàn)防盜、防火、防燃?xì)庑孤┑淖饔?。監(jiān)控者也可用短信息的命令形式去設(shè)置以單片機(jī)為核心的智能模塊,以及發(fā)送短消息查詢命令查詢其監(jiān)控情況,從而達(dá)到無(wú)線監(jiān)控的目的。本系統(tǒng)中采用的單片機(jī)型號(hào)是SyncMOS公司的SM89516A,它是內(nèi)置64KB閃存、1KB的片上RAM的8位單片機(jī),是8052單片機(jī)家族的派生產(chǎn)品,有5路內(nèi)部SPWM,可以通過(guò)“段映射直接尋址模式”的方式方便快速的訪問(wèn)擴(kuò)展RAM。選用44腳的PLCC封裝形式,最多可提供36個(gè)I/O口,可有效控制外圍接口電路。3.3 PT2272組成的接收電路PT2262/2272配對(duì)使

7、用可組成遙控發(fā)射和接收電路。其中PT2262組成遙控器, PT2272組成接收器,它們必須工作在同一頻段(如本系統(tǒng)中射頻收發(fā)模塊都選用315MHz頻段,地址編碼必須完全相同才能配對(duì)使用(設(shè)置地址碼的原則是:同一個(gè)系統(tǒng)地址碼必須一致;不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分.至于設(shè)置什么樣的地址碼完全由用戶配置。發(fā)射電路用來(lái)發(fā)射3I5MHz的高頻載波,將編碼后的地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼隨同載波一起發(fā)射出去,接收電路將發(fā)射電路發(fā)射出的信號(hào)有效地接收過(guò)來(lái),經(jīng)過(guò)放大后,再送入解碼電路解碼后,變成所需的電信號(hào)。當(dāng)解碼芯片PT2272接收發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)時(shí),VT腳輸出一個(gè)正脈沖,經(jīng)9014取反后向單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)

8、中斷請(qǐng)求,CPU接到中斷信號(hào)后讀取PT2272芯片的內(nèi)容,與此同時(shí),相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。如果發(fā)送端按鍵一直被按住,編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí),PT2262不會(huì)與電源連通,所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作。PT2272組成的接收電路設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2。PT2272解碼芯片分為鎖存輸出(L表示鎖存輸出,數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對(duì)應(yīng)的電平狀態(tài),直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)改變和非鎖存輸出(M表示非鎖存輸出,數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時(shí)的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)。后綴數(shù)字n表示有n路并行的控制通道(n一般為4和6,當(dāng)采用n路并行數(shù)據(jù)時(shí),對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是(12-n位。地址輸入端,

9、有三種狀態(tài)可供選擇:懸空、 接電源、接地;數(shù)據(jù)輸出端,只有兩種狀態(tài)可供選擇:接電源、接地。本次設(shè)計(jì)選用PT2272-M4,即采用非鎖存輸出、地址碼8位、數(shù)據(jù)碼4位。A01A12A23A34A45A56D5/A67D4/A78VSS 9D310D211D112D013DIN 14OSCO 15OSCI 16VT 17VDD 18U6PT2272VCCR81.5MVCC 9014R710KVCCP3.211223344U8射頻接收模塊天線圖2 PT2272及射頻接收模塊組成的接收電路3.4 TC35模塊TC35主要由GSM 基帶處理器、GSM 無(wú)線模塊、電源模塊(ASIC、閃存、ZIF 連接器、天

10、線接口6部分組成,共有40個(gè)引腳, 通過(guò)一個(gè)ZIF (Zero Insertion Force連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類, 即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM 卡、音頻接口和控制。第114腳為電源部分, 其中15為電源電壓輸入端Vbatt+,610為電源地GND, 11、12充電引腳,13對(duì)外輸出電壓(供外電路使用,14為ACCUTEMP 接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻;2429為SIM 卡引腳;3340為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話手柄;15、30、31和32腳為控制部分;1623位數(shù)據(jù)輸入/輸出。TC35模塊及其外圍設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)圖3。使用TC35這個(gè)模塊時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):(1模塊上電10ms 后(

11、電池電壓須大于3V,為使之正常工作,必須在15腳(IGT加時(shí)長(zhǎng)至少為100ms 的低電平信號(hào),且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms。啟動(dòng)后,15腳的信號(hào)應(yīng)保持高電平。(2SIM 引腳中的CCIN 引腳用來(lái)檢測(cè)SIM 卡支架中是否插有SIM 卡。當(dāng)插入SIM 卡,該引腳置為高電平時(shí),系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作。(3TC35的SYNC 引腳有兩種工作模式,一種是指示發(fā)射狀態(tài)時(shí)的功率增長(zhǎng)情況,另一種是指示TC35的工作狀態(tài)。本模塊使用的是后一種功能,即當(dāng)LED 熄滅時(shí),表明TC35處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài); 當(dāng)LED 為“600ms 亮/600ms 熄”時(shí),表明SIM 卡沒(méi)有插入或TC35正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄;當(dāng)LED 為

12、“75ms 亮/3s 熄”時(shí),表明TC35已登錄到網(wǎng)絡(luò),處于待機(jī)狀態(tài)。VCC3VIGT DSR0RING0CTS0RTS0DTR0DCD0CCIN CCRST CCIO CCCLK 3.3K R12C81nFC7C6100nFL210mHR61KC9100uFCCVCC1CCRST 2CCCLK 3CCGND 4CCIN 5CCIO 6A1SIMCCVCCCCGNDCCVCC CCRST CCCLK CCGND CCIOA11Y12A23Y24A35Y36GND 7VCC 14A613Y612A511Y510A49Y48U27407RXD0TXD0VCCRXD0TXD0RXD TXDD4LED

13、4R41K P3.3IGT CCIN SIM 卡正向驅(qū)動(dòng)R1510kR161kQ?9014VCCVbatt+15GND 610POWER 1112VDD13AKKU_TEMP 14/IGT 15DSR016/RING017RXD018TXD019CTS020RTS021DTR022DCD023CCIN 24CCRST 25CCIO 26CCCLK 27CCVCC 28CCGND 29RTC backup 30Power down 31SYNC 32EPP233EPN234EPP135EPN136MICP137MICN138MICP239MICN240TC3540ZIF圖3 TC35模塊及其外圍電路4結(jié)束語(yǔ)本文系統(tǒng)介紹了無(wú)線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的工作原理、總體設(shè)計(jì)框圖,對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部組成部分電源、單片機(jī)、PT2272、TC35進(jìn)行了闡述,并給出了PT