應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄（黑體小2號(hào)加粗居中）摘 要 1Abstract 21 緒論 31.1 研究背景 32 電路組成框圖和基本工作原理 42.1電路組成框圖 42.2電路基本工作原理介紹 43 系統(tǒng)部分電路功能介紹 43.1MCU模塊 43.2無(wú)線模塊 53.3報(bào)警模塊 53.4液晶顯示模塊 53.5語(yǔ)音模塊 53.6 DTMF編碼/解碼模塊 63.7電話接口模塊 74 程序流程圖介紹 84.1 系統(tǒng)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā) 85 結(jié)束語(yǔ) 9參 考 文 獻(xiàn) 10（宋體5號(hào)，1.5倍行距)摘 要 本文設(shè)計(jì)了一種基于 DTMF 技術(shù)的單片機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的智能家庭防盜報(bào)警器,該系統(tǒng)能利用現(xiàn)有的公共電話網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控家

2、中的情況,并且家中發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)能及時(shí)將信息傳遞給主人,具有方便、安全的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字: DTMF;智能; 報(bào)警器;監(jiān)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

3、 master in time. It has virtue of safety and convenience.Key words: DTMF; smart; burglar alarm; monitor1 緒論隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 人民生活水平的提高, 人們對(duì)家庭住房的防盜、防劫、防火設(shè)備的重視程度也在不斷提高, 所以現(xiàn)代社會(huì)有更多的人需要對(duì)偷盜、搶劫、火災(zāi)、煤氣泄漏等事故進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警。為了有效的保證居民的生命財(cái)產(chǎn)安全, 我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用無(wú)處不在的電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控,將 AT89S51 單片機(jī)、ISD4000 集成語(yǔ)音芯片、HT1602 液晶顯示驅(qū)動(dòng)

4、芯片及集成電路組成的雙音多頻撥號(hào)電路等有機(jī)地結(jié)合在一起, 構(gòu)成一種功能先進(jìn)、實(shí)用、成本低廉的家庭智能防盜報(bào)警器。1.1 研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，越來(lái)越多的智能家電產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品進(jìn)入了我們的生活。同時(shí)，人們的生活理念也在發(fā)生著變化，家居生活的網(wǎng)絡(luò)化與智能化成為人們新的需求，智能家居系統(tǒng)也由此成為了目前世界范圍內(nèi)的一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。智能家居是以家庭住宅為平臺(tái)，融合計(jì)算機(jī)、信息家電、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)控制等技術(shù)，將與家庭生活相關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，為人們提供更加舒適、便捷、高效和安全的現(xiàn)代居住環(huán)境。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在未來(lái)的20年時(shí)間里，智能家居行業(yè)將成為

5、中國(guó)的主流行業(yè)之一。智能家居系統(tǒng)是由家居安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成的家庭綜合服務(wù)與管理集成系統(tǒng)。其中，家居安防系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保護(hù)人們生命財(cái)產(chǎn)安全的職責(zé)，由此成為智能家居系統(tǒng)的首要組成部分，其市場(chǎng)的發(fā)展前景是非常廣闊的智能家居安防系統(tǒng)，是指由各種先進(jìn)的、智能化的電子保安設(shè)備對(duì)住宅各要害部位進(jìn)行多種監(jiān)測(cè)、一旦監(jiān)測(cè)到異常情況就觸發(fā)報(bào)警服務(wù)的智能系統(tǒng)；它集防盜、防劫、防火、防燃?xì)庑孤┑裙δ苡谝惑w，一旦遇到異常即刻自動(dòng)報(bào)警，系統(tǒng)中各安防設(shè)備相互通信配合，讓居住者高枕無(wú)憂閉。1.1.1 智能家居安防系統(tǒng)的應(yīng)用需求家居安防涵括眾多子系統(tǒng)，以視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，在設(shè)計(jì)方案時(shí)，必須同時(shí)依據(jù)國(guó)家

6、法規(guī)及結(jié)合業(yè)主的需求，充分考慮系統(tǒng)應(yīng)用的安全性。以下是設(shè)計(jì)方案時(shí)需要兼顧的幾點(diǎn)普適性思路：安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置要全面，考慮要周全，堵住防范漏洞，制造安全居住環(huán)境；在整體防范的要求上，對(duì)家中各個(gè)位置進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視；在發(fā)生警情時(shí)必須能立即通過(guò)防范系統(tǒng)掌握警情、案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況以及采取相應(yīng)措施。也就是說(shuō)，必須快速準(zhǔn)確地做出反應(yīng)；系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，功能齊全，操作使用維修維護(hù)方便；具有良好的兼容性、易擴(kuò)展性；具有良好的性價(jià)比。具體來(lái)說(shuō)，在實(shí)際項(xiàng)目中，根據(jù)建筑物的具體布局，需要設(shè)計(jì)多重防護(hù)，要注重人防和技防的結(jié)合。首先，在大門口設(shè)置攝像機(jī)，作為第一道防護(hù)屏障。其次，在各個(gè)房間門口設(shè)置攝像機(jī)，作為整個(gè)建筑體的第二

7、道防護(hù)屏障。另外，還要結(jié)合周界防范、可視對(duì)講、電子巡更及報(bào)警系統(tǒng)等形成更多重防護(hù)屏障。通過(guò)層層設(shè)防，人防與技防結(jié)合，設(shè)計(jì)出一個(gè)性價(jià)比高、功能實(shí)用、設(shè)計(jì)全面、安全防護(hù)水平高的綜合管理體系，使管理、保安人員能快速反應(yīng)各類突發(fā)事件，并提供準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)資料。1.1.2 智能家居安防系統(tǒng)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀智能家居與安防子系統(tǒng)包括：閉路監(jiān)控電視子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)和入侵報(bào)警子系統(tǒng)。在眾多子系統(tǒng)中，閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在智能家居安防中的比重越來(lái)越大。在家中，視頻監(jiān)控主要安裝在出入口，將圖像傳送到信息中心平臺(tái)，進(jìn)行統(tǒng)一的全方位監(jiān)控監(jiān)測(cè)，形成幕簾狀警戒面包圍建筑，以立體空間監(jiān)視建筑內(nèi)部，使管理人員全面掌握建筑內(nèi)各處的動(dòng)態(tài)

8、，阻止治安事件發(fā)生，并為迅速排除治安事件提供科學(xué)的依據(jù)。從安全上考慮，在一個(gè)大型的小區(qū)中，監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不再是小范圍的完成音視頻監(jiān)控功能便可了，它需要集成報(bào)警，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。并且，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)字化監(jiān)控獲得更快速發(fā)展，安防監(jiān)控與110報(bào)警中心的聯(lián)動(dòng)開(kāi)始得到應(yīng)用?？偟膩?lái)說(shuō)，方案必須要綜合考慮各種因素，使系統(tǒng)達(dá)到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性價(jià)比高、操作維護(hù)簡(jiǎn)便等效果。2電路組成框圖和基本工作原理2.1電路組成框圖智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)是由無(wú)線發(fā)送 / 接受模塊、報(bào)警模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、語(yǔ)音模塊、DTMF解 / 編碼模塊等構(gòu)成, 系統(tǒng)硬件總體框圖如圖 1 所示。圖 1系統(tǒng)硬件總體框

9、圖2.2電路基本工作原理介紹當(dāng)家中發(fā)生警情時(shí), 此時(shí)家中設(shè)定的無(wú)線模塊或者其他傳感器模塊會(huì)發(fā)出異常信號(hào)給單片機(jī), 單片機(jī)接受到信號(hào)后立即發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警信號(hào)來(lái)威懾侵入者, 同時(shí)將單片機(jī)自動(dòng)撥打預(yù)先存儲(chǔ)在 2 4 C 0 2 中的電話號(hào)碼給主人或者小區(qū)物業(yè)報(bào)警, 以便及時(shí)采取防盜措施避免財(cái)產(chǎn)損失。 當(dāng)主人在異地想監(jiān)聽(tīng)家中的情況或者遙控家中的電器的開(kāi)關(guān)時(shí), 只需要撥打家中的固定電話號(hào)碼, 因?yàn)樵搱?bào)警系統(tǒng)的電話接口是并聯(lián)在電話機(jī)上的, 若鈴聲響五次后無(wú)人接通( 具體次數(shù)可由軟件設(shè)定) , 則該報(bào)警系統(tǒng)就自動(dòng)模擬摘機(jī), 在主人輸入預(yù)定的密碼后, 就可以監(jiān)聽(tīng)家中的動(dòng)靜以及控制家中電器的關(guān)、斷。當(dāng)主人在家

10、無(wú)須設(shè)防時(shí), 該報(bào)警系統(tǒng)還可以顯示時(shí)鐘、溫度等等, 還可以設(shè)定起床鬧鈴等多重功能, 這些都可以結(jié)合軟件和相關(guān)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)部分電路功能介紹3.1MCU模塊MCU 器件采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S51 芯片,如圖 2 所示。AT89S51 是一個(gè)低功耗,高性能 CMOS 8 位單片機(jī),片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable) 的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器,具有高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn), 芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元。圖 2MCU 模塊電路圖3.2無(wú)線模塊無(wú)線模塊主要是是

11、處理紅外、無(wú)線信號(hào)。包括門窗磁報(bào)警模塊、火災(zāi)探測(cè)模塊、有害氣體探測(cè)模塊等傳感器模塊。在這里主要講解門窗磁報(bào)警模塊, 門窗磁探測(cè)器選用無(wú)線門磁,由一塊永磁體和門磁主體(內(nèi)部有一個(gè)常開(kāi)型的干簧管)兩部分組成,其無(wú)線接受模塊的傳感器應(yīng)用電路圖如 3 所示。圖 3無(wú)線門磁接受模塊傳感器電路圖H 1 是一個(gè)干簧管, 當(dāng)門閉合時(shí),H1 吸合,C1 兩端點(diǎn)位相同,Q1 截止,Q2 也截止;當(dāng)門打開(kāi)時(shí),干簧管觸點(diǎn)打開(kāi),有一個(gè)電流流過(guò) Q1 的發(fā)射極、R32(和 H12 并聯(lián))、 C1 、R31 、地, 使得 Q 2 飽和導(dǎo)通, 輸出低電平 0 給單片機(jī), 發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3.3報(bào)警模塊P3.2(INT0)連接防

12、盜探測(cè)器,用來(lái)檢測(cè)盜情,如果盜情發(fā)生, 觸發(fā)外部中斷 0 , M C U 接到報(bào)警信號(hào)以后, 開(kāi)始啟動(dòng) LED 等閃爍報(bào)警, 同時(shí)啟動(dòng) 100dB 的聲音報(bào)警, 來(lái)震懾入室的小偷, 同時(shí)把信號(hào)送給電話模塊, 告訴主人或者報(bào)警中心有小偷入室。3.4液晶顯示模塊液晶顯示模塊采用 LCD1602 來(lái)實(shí)現(xiàn),主要功能是用來(lái)顯示時(shí)間、日期、家里的溫度、以及報(bào)警的時(shí)候顯示報(bào)警的類型等功能。圖 4液晶顯示電路圖3.5語(yǔ)音模塊語(yǔ)音模塊的采用 ISD4000 芯片,其連接電路圖見(jiàn)圖 5 所示。圖 5語(yǔ)音芯片連接電路圖3.6 DTMF編碼/解碼模塊報(bào)警器電路與用戶電話機(jī)共用一條電話線。選用 H T 9 2 0 0

13、B 做 D T M F 編碼器, H T 9 1 7 0 做 D T M F 解碼器,其應(yīng)用電路圖見(jiàn)圖 6 和圖 7 圖 6HT9200B 電路圖 圖 7HT9170B 電路圖給 H T 9 2 0 0 B 提供確定的 4 位二進(jìn)制數(shù)(比如電話號(hào)碼), 從 D 0 - - D 3 輸入,就可從 13 腳輸出相應(yīng)的 D T M F 信號(hào), 并將 D T M F 信號(hào)送到電話線上, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)功能; H T 9 1 7 0 的功能主要是將輸入的 D T M F 信號(hào)變換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù), 解碼遠(yuǎn)程電話按鍵信號(hào), 傳送到單片機(jī), 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。DTMF(Dual Tone Multi Freque

14、ncy), 即雙音多頻信令, 基本上在全世界范圍內(nèi)使用在按鍵式電話機(jī)上,一個(gè) D T M F 信號(hào)由兩個(gè)頻率的音頻信號(hào)疊加構(gòu)成。其中 D T M F 信號(hào)與電話按鍵關(guān)系見(jiàn)圖 8 所示。圖 8DTMF 信號(hào)與電話按鍵關(guān)系圖3.7電話接口模塊電話接口模塊包括振鈴檢測(cè)電路、摘機(jī)控制電路以及回鈴檢測(cè)電路。圖 9振鈴檢測(cè)電路圖 振鈴檢測(cè)是指當(dāng)振鈴一定次數(shù)(比如 5 次,可由軟件設(shè)定)后,若無(wú)人接聽(tīng),則由主人輸入密碼,密碼輸入正確后, 則由單片機(jī)自動(dòng)模擬摘機(jī), 以查看家里的情況, 若密碼連續(xù) 3 次輸入不正確則強(qiáng)行掛機(jī)。振鈴檢測(cè)電路電路圖見(jiàn)圖 9 所示,25Hz 的交流振鈴信號(hào)經(jīng)過(guò)整流以后,再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓,送

15、入光電耦合器,再輸出方波信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷 0 , 用軟件判別振鈴信號(hào)。模擬摘機(jī)檢測(cè)電路電路圖見(jiàn)圖 1 0 所示。該電路利用三極管來(lái)模擬電話摘機(jī)。當(dāng) Q 4 基級(jí)為低電平時(shí), Q 3 的集電極和發(fā)射機(jī)斷開(kāi), 為掛機(jī)狀態(tài); 電平時(shí)當(dāng) Q 4 基級(jí)為高電平時(shí), Q 3 的集電極和發(fā)射機(jī)飽和導(dǎo)通, 為摘機(jī)狀態(tài), 于是電話信號(hào)送入。圖 10模擬摘機(jī)檢測(cè)電路圖而回鈴音、忙音、線路錯(cuò)誤音等電話進(jìn)程音是載波為 450Hz 的信號(hào), 各種信號(hào)不同的只是調(diào)制的周期、占空比不同, 所以對(duì)這些信號(hào)的檢測(cè)是檢測(cè) 450Hz 的信號(hào)的周期和占空比。該電路利用鎖相環(huán) L M 5 6 7 構(gòu)成檢測(cè)電路( L M 5 6

16、 7 的中心頻率調(diào)為 4 5 0 H z ) , 當(dāng)輸入信號(hào)為 4 5 0 H z 時(shí)候, L M 5 6 7 輸出低電平, 送入單片機(jī)利用軟件區(qū)別各種信號(hào), 其檢測(cè)電路見(jiàn)圖 1 1 所示。圖 11回鈴音檢測(cè)電路圖4 程序流程圖介紹 本課題總體流程圖如圖 1 2 所示圖 12總程序流程圖在這里著重說(shuō)說(shuō)主循環(huán)模塊的流程圖,見(jiàn)圖 13 所示/ 如果對(duì)變頻器輸出工程量小于 200 而且 PID 設(shè)定值小/ / 于測(cè)量值if(pump_close1_time<14) pump_close1_time+;if(pump_close1_time>=10) / 持續(xù)時(shí)間大于等于 10 妙nvi_

17、Module_DO3=1; / 停止供熱恒速泵 P4elsepump_close1_time=0;4.1 系統(tǒng)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是 Advantech WebAccess,WebAccess 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)共由 3 部分組成:工程節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、客戶端。4.1.1 工程節(jié)點(diǎn)工程節(jié)點(diǎn)是一個(gè)普通的 W e b 服務(wù)器, 需要設(shè)置它的I P 地址、H T T P 端口、T C P 端口。圖 13主循環(huán)流程圖4.1.2 監(jiān)控節(jié)點(diǎn)主要是設(shè)置與硬件設(shè)備通信接口和連接的硬件設(shè)備, 可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)或其他通訊接口實(shí)時(shí)地和自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行通訊,WebAccess 提供一系列硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序, 包

18、括 P L C 、單片機(jī)、D D C 、D C S 、輸入輸出設(shè)備和 Echelon 的 Lonworks 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。4.1.3 全功能客戶端WebAccess 使用 Active X 技術(shù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)的圖表文件。5結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)在一定程度上解決了傳統(tǒng)機(jī)械式防盜的弊端，利用高科技將防盜報(bào)警智能化、自動(dòng)化，可以減少和避免戶主的損失。由于該系統(tǒng)主要利用現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為承載，不需要考慮布線等因素，減少了環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了該系統(tǒng)的可移動(dòng)性。由于時(shí)間的關(guān)系和考慮到元器件的價(jià)格等因素，該設(shè)計(jì)還存在一些不足的地方。例如，該設(shè)計(jì)存在不夠人性化的地方，可通過(guò)添加實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片增加時(shí)間功能，并在此基礎(chǔ)上加入自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉系統(tǒng)的功能等等。除此以外，還可以通過(guò)增加斷電保護(hù)電路增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。 在設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我對(duì)這幾年學(xué)習(xí)到的知識(shí)有了一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，也因此學(xué)到了很多東西。這一次的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，從查找資料、方案確定、電路設(shè)計(jì)到PCB制作和調(diào)試，整個(gè)過(guò)程都是我自己親自去完成。在整個(gè)設(shè)計(jì)期間，我遇到了很多問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析和其他同學(xué)的幫助