基于电话网络的家具报警系统的设计.docx

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基于电话网络的家具报警系统的设计

本科毕业设计

题目基于电话网络的远程__

家居报警系统的设计

姓名

专业电子科学与技术

学号20103110*

指导教师

郑州科技学院电气工程学院

二○一四年五月

基于电话网络的远程家居报警系统的设计

摘要

目前社会上的防盗警报系统部分主要包括:

防盗报警主机,探测传感系统（包括红外探测器和门磁探测器）烟雾探测器,气体报警,紧急警报,周边防盗警报系统（红外相关性,红外栅栏,红外光墙）等。

防盗警报系统主要是用物理方法或电子技术,自动检测领域保护监测入侵行为,发出报警信号,并显示报警的区域人员的位置,分析采取对策。

防盗报警主机和网关控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡逻系统一起构成了安全防范系统。

现在主流的报警系统已经得到了很广泛的普及和推广,但目前国内市场上的各种自动报警系统没有统一设计标准通信协议,各种应用系统来源于不同的技术,合作与发展的不统一,通信协议的混乱多样性,使现在的报警系统暴漏出了许多问题。

本篇论文介绍了使用电话网络的智能家居监控系统的软、硬件设计方法。

该监控方式可实现家居的火灾报警、非法入侵检测等，还预留了其他报警接口。

报警信号通过有线信号网络上传到小区监控中心，然后使用电话网络向主人报警，也同时拥有110报警功能。

设计系统使用单片机作为主控制器，方便实用、功能灵活多样，可以对被监控对象的状态进行查询以及控制，可以广泛的应用于家庭居住或者其它场所的各种监控，具有可靠性高、功能强大、操作简单等优点。

关键词：

电话网络；远程报警；智能控制；

HomeAlarmSystemBasedOnTelephoneNetwork

ABSTRACT

　　Theprogressofscienceandtechnology,willbereflectedinthehumanbenefit,counttheepochalinventioninhistory,allwithoutexceptionismadegreatcontributionstohumanprogress.Electricityoncefound,itiscloselyrelatedtohumanlife,energyandmechanicalenergy,heatenergy,signalandthechangeofmagneticenergy,theelectricpowerinoureverycorneroftheworld.Thecurrentsocialsecuritysituationisveryserious,burglaryisverycommon,resultinginpersonalinjurycasesalsooccurfrequently,criminalsoftenmasterswhensleepinginaroomintheeveningtotheftorrobberyviolence.Atthesametime,aroundourfiresandgasleaksaresecurityissues,alsoletmanyresidentsfeelpanicky.Nowthemainstreamofthealarmsystemhasgotawiderangeofpopularizationandpromotion,butatpresentdomesticautomaticalarmsystemofnounifiedstandardcommunicationprotocoldesign,allkindsofapplicationsystemsfromdifferenttechnologyintroduction,cooperationanddevelopmentisnotunified,thechaoticdiversityofcommunicationprotocol,thealarmsystemnowexposedmanyproblems.Anti-theftalarmsystempartmainlyincludes:

anti-theftalarmhost,detectingsensorsystem（includinginfrareddetectoranddoormagneticdetector）smokedetectors,gasalarm,emergencyalarm,largeperipheralburglaralarmsystem（infraredcorrelation,infraredfence,infraredlightwall）,etc.Anti-theftalarmsystemmainlyusephysicalmethodsorelectronictechnology,automaticdetectionfieldprotectionmonitoringandintrusionbehavior,signalalarm,anddisplaythealarmarea,withanalysisofcountermeasure.Anti-theftalarmhostandgatewaycontrolsystem,closed-circuittelevisionmonitoringsystem,visitorsintercomsystemsandelectronicpatrolsystemtogetherconstitutethesafetyandprotectionsystem.

Thispaperintroducestheuseofthetelephonenetworkintelligenthousehold

monitoringsystemhardwareandsoftwaredesignmethod.Themonitoringmethodcanrealizethefirealarm,illegalintrusiondetection,etc.,ofhouseholdalsoreservedotheralarminterface.Alarmsignalsthroughacablenetworktoplotthemonitoringcenter,andthenusethereporttomastertelephonenetwork,alsohas110alarmfunction.Designsystemusingsinglechipmicrocomputerasthemaincontroller,convenientandpractical,flexibleandvariedfunctions,tomonitorthestateofanobjecttobequeriedandcontrol,canbewidelyusedinhomesorotherplacesinthevariousmonitoring,hastheadvantagesofhighreliability,powerfulfunctions,simpleoperation.

KEYWORDS：

Thetelephonenetwork；Remotealarm；Intelligentcontrol；

前言

远程监控报警技术是通过一定的设备对被控物体实施一定距离一定范围内的控制，常用的方式有无线电遥控、有线遥控、红外线和超声波遥控等。

无线远程控制不可避免地必须占用无线电频率资源,造成电磁污染;常规的有线遥控需进行专门的布线，增加了投入；而红外、超声波遥控距离是有限的。

现有的控制方法还有基于无线载波通信控制和远程控制方式。

通过电力线路传递信息,这种方式只能局限于同一变电站,变压器在他们的管辖范围内，所以有距离的限制问题,应用范围是有限的。

基于无线寻呼利用了现有的使用频率资源,不需要占用额外的频谱，在联网的情况下，遥控距离的基本是不受限制的。

但该方式的受控方动作滞后于控制方的操作，不具备实时性，而且不具备很高的可靠性。

电话远程控制作为一个相对较新的技术与传统控制方法相比,显示了一定的优越性,不需要特殊的布线,不占用无线电频率资源,避免电磁污染。

同时,由于电话线连接到互联网,可以充分利用现有的电话网络,可以跨越的距离十分遥远,甚至包含整个国家。

当前社会安全形势非常严峻,入室盗窃的情况十分常见,由此产生的人身伤害案件也频繁发生,罪犯抓住晚上主人睡觉的时机，进入房间进行盗窃或抢劫暴力。

同时，围绕在我们身边的火灾和煤气泄露等安全问题，也让很多的居民感到惶惶不安。

安全形势的恶化,盗窃频繁的放生,使家庭安全日益成为关注的热点话题之一。

传统的家庭防盗措施是笼式防盗的方法,主要是安装安全门窗。

防盗是强有力的,但是日益上升的窃贼解锁技术和不识真假的解锁公司让我们防不胜防。

如果说窗口防盗的影响外观和生活不是一个致命弱点的话,那么它最致命的是:

在发生火灾或地震,这将是我们逃生的最大障碍!

促进国家情报社会建设、防盗系统已成为智能小区的必要设备,近年来的安全迫切需要使家庭安全报警系统具有越来越广泛的市场。

在国内,更高档的防盗报警装置一般为进口产品,价格昂贵,且为大部分的电缆连接，容易遭到不法分子的破坏。

尽管国内产品也有不少,但大多数的使用模拟电路形式,结构和功能简单,可靠性低,很难连接到互联网。

基于公共电话网络的一种新型的家庭自动报警系统,保证当地居民的生命财产安全,提高了公安、消防、医疗、安全和其他部门提高快速反应能力,具有十分重要的意义。

随着生活节奏加快,人们整天忙碌在工作和学习之中,越来越少的时间在家里。

家里经常没有保持财产安全的设备。

如果你有一个智能报警设备能及时发现各种危险和异常,及时通知业主采取措施,必定可以减少很大的损失。

本文介绍了一种基于电话网络的由单片机控制的远程报警系统。

由MITEL公司研制，其主要特点是利用电话机的集成电路来发送和接收电话双音频信号。

该芯片采用ISO2CMOS技术，具有低功耗的特点,可靠性高,集成了其他类似芯片的单一功能,从而节约成本,提高整体稳定性。

使本设计具有了更大的实用性和推广性。

1总体设计方案

1.1设计要求

进行设计之前,首先确定用什么方法传输报警系统信号,信号传输具有以下几个方法:

手机移动无线传输、电力传输、电话线传输信号,等等。

电力线路的抗干扰能力很强,几乎不受环境变化的影响,但其传输距离有限,价格较高,在安装过程中需要单独排放一条线路。

无线电传输信号具有很大灵活性，但是使用无线传输设计较为复杂,同时无线信号的传输过程中，经常出现稳定的情况,容易受到特殊天气环境的干扰,在信号传输的过程中会发生很多的不确定性因素。

使用电话线传输信号综合了以上两种方案的优点，使用电话线传输是我们目前最合适的解决方案。

设计中采用的由ISD25120语音芯片构成的语音电路以及由MQ-2、热释电红外传感器、MQ-5构成的检测电路以及MT8880专用解码芯片组成的DTMF信号的发送及信号传输电路等,实现家庭内实时远程监控相关的意外事故,若是发生一些意想不到的情况,可以方便、及时的把所有意外情况告诉我们的使用房主。

1.2系统设计方框图

远程家居报警系统主要有防盗、煤气泄露、防火报警电路，单片机处理电路、自动拨号电话电路、模拟摘机电路、信号音检测电路、语音电路等等。

电路总方框图如图1.1所示。

图1.1系统总体设计方框图

2硬件系统设计

2.1防盗报警电路分析

2.1.1热释电效应

可以产生热释电效应的晶体称之热释感应电元件,常用的材料有锂钽酸盐（LiTaO3）、压电陶瓷（PZT等）和聚合物薄膜（PVFZ等）。

热释传感器利用热电效应进行工作,是一种温度敏感的传感器。

主要由陶瓷氧化物或压电晶体组成,元素对应的表面组成电极,当温度传感器在固定的时间段内检测到温度的变化时,两个电极之间的温差电效应就可以产生电荷,就是产生一个电势差ΔQ,因为它的高输出阻抗,所以在传感器的内部有一个场效应管发生阻抗转换。

热电效应产生的电荷在一段时间内，会和空气中的离子中和而消失,当环境温度恒定不产生变化时,ΔT=0,传感器的输出为0。

当身体进入检测区域范围内,因为身体的温度和环境温度不同,产生温度变化ΔT,传感器信号输出,如果检测区域内的人体一段时间不进行运动,温度没有变化,传感器也没有信号输出,所以这种传感器可以很灵敏的检测人体的活动。

2.1.2防盗电路原理分析

当有人体或动物等发热体移动时，本身就能发射红外线，虽然我们的肉眼无法查看到，但是我们借助一些检测设备就可以很方便发检测出来。

人体移动检测电路如图2.1所示。

图2.1人体移动检测电路

当人进入到检测区域内，这些红外线被热释电检测器探测到之后，传感器就会发出一串波形脉冲，经过系统的后续电路处理就会输出一个高电平，VT2导通，P1.0输出低电平，送给单片机处理，单片机根据写入的程序分析，输出指令信号实现防盗的功能。

2.2防火报警电路分析

2.2.1MQ-2传感器的介绍

MQ-2型温敏设备是一种高灵敏度、反应迅捷的检测设备，可用于家庭、公共场所和厂区的火灾监控，适合检测火灾发生时产生的高温，氮氧化物，二氧化碳，甲烷，氨基（NH2）、灰尘、烟雾和大量的水蒸气，检测范围广并且具有优良的稳定性，能够适用于很多复杂的环境。

MQ-2型气体敏感元件对不同类型，不同浓度的气体有不同的电阻值。

因此,使用这类气敏元件时，我们首先要调整传感器的灵敏度，本设计使用1000PPM丁烷传感器校准。

当精确测量时，报警点的设定安放还应考虑温湿度的影响。

以及安装位置对探测范围的影响。

2.2.2防火检测电路分析

本设计使用的防火检测器是MQ-2型，设计电路如下图所示，外围电路包括一个NPN型三极管8050，由一个可调电阻和上拉电阻组成。

防火检测电路如图2.2所示。

图2.2防火检测电路

在发生火灾的情况下，这个检测传感器就会快速的检测到失火信号，开始输出一个信号给三极管的基极，三极管导通，集电极然后输出一个低电平给单片机处理，单片机根据写入的程序分析，输出指令信号，从而实现了防火的目的。

2.3煤气泄漏报警电路

2.3.1MQ-5型传感器介绍

MQ-5型半导体气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。

使用于家庭煤气等可燃性气体的检测（CH4,C4H10,H2等）；具有灵敏度高、响应速度快、输出信号大、寿命长、工作稳定等一系列显著特点。

环境温湿度的变化会给元件电阻带来一定的影响，当元件在精密仪器上使用时，应进行温湿度补偿，最简便的方法是采用热敏电阻补偿之。

最佳的使用条件:

温度-15~35℃；相对湿度45~75%RH；大气压力80~106KPa。

2.3.2煤气检测电路

当家里的煤气由于意外情况导致意外泄漏，那无疑是一件非常严重的事情。

现实中因为煤气的泄露引发的悲剧屡见不鲜。

其实在我们的家中，只需要安装一个简单的煤气泄漏检测电路，就可以及时的检测到意外情况的发生，及早的做出处理。

煤气检测电路如图2.3所示。

图2.3煤气检测电路

元件初步接通开始运行时，没有在空气中接触到可燃性还原气体，其电导率在初始启动的增加后逐步达到稳定，这时开始正常使用，这段电导率的变化在设计电路时可采用延时电路来处理解决。

当煤气泄漏达到一定得浓度时，传感器开始输出一个信号给三极管的基极，三极管导通，集电极输出低电平给单片机处理，单片机根据写入的程序分析后，输出指令信号，从而实现了防止煤气泄露的目的。

2.4模拟摘挂机电路

在我们需要检测的意外情况发生时，传感器检测到的信号送给单片机处理，在确认危险出现的情况下，通过语音程序接通电话。

平常无突发情况时，P1.0口保持高电平，三极管VT1不导通，电路不工作。

一旦接受到触发信号，单片机立即给P1.0置低电平，三极管VT1导通，继电器KA工作使开关KB闭合，电话线路构成一个回路，说明这边已经摘机了，系统就会自动判别这边电话的摘挂机状态，接着执行下一步的程序。

模拟摘挂机电路如图2.4所示。

图2.4模拟摘挂机电路

2.5自动拨号电路

2.5.1双音多频信号介绍

DTMF信号是由美国贝尔实验室开发的电话拨号音频,双音多频信号具有容易识别、抗干扰能力强、投发更快,比传统的传输方法更加经济实用,所以这种拨号方法取代了传统的脉冲拨号。

电话内的双音多频信号的电话有两个用途:

一是用于双音多频的拨号信号,来控制交换机连的用户设备;二是使用双音多频信号对远程电话进行各种操作,如广播消息,发送语音信箱等。

这些都是离不开DTMF信号的生成。

目前，大部分的DTMF信号的产生都是采用特殊的芯片MT5087，MT8880等，本次设计采用的是MT8880芯片。

2.5.2DTMF信号的特性

DTMF是由低频组（fb）和高频组（fa）两组频率信号构成，每个数字信号由低频组和高频组的任意一个叠加而成。

根据CCITT的建议，DTMF的编译码定义的高低频组如表2.1所示。

表2.1电话拨号数字对应的高低频率组

数字

键盘

高频组/Hz

1209

1336

1477

1633

低频

/Hz

697

770

852

941

﹡

可用式2.1表示：

F（t）=A_{a}sin（2f_{a}t+A_{b}sin（2f_{b}t））（2.1）

式中两项代表低、高音群的值，Ab和Aa分别代表低音群和高音群的样值量化基线，K=Ab/Aa（0.7

同时我们习惯性规定，对应于表1中的标称频率开始发送时，DTMF信号的频率偏差应当不超过1.5％，每位数字信号中的极限时长应该大于40ms，而接收设备对2%的偏差应能可靠的接收，对30ms～40ms时长的信号能够常态的接收。

2.5.3DTMF信号的应用

DTMF信号即双音多频信号，最先用于程控电话交换系统来代替号盘脉冲信号，随着科技的发展，DTMF信号有了越来越广泛的用途。

DYMF信号应用于拨号系统如图2.5所示。

图2.5DTMF用于拨号系统

用户通过摘机按键来拨号后，拨通的电话号码所对应的DTMF信号通过电话线发送到程控交换机中，其中的DTMF接受电路，交换机通过微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户然后实现双方的语音通话。

2.5.4自动发号电路

MT8880具有与单片机相连接的接口，在实际设计中需要单片机配合使用，其引脚功能如下所示：

IN+、IN-：

分别为内部放大器的反相输入端和同相输入端，即接收DTMF信号的元件输入端；

GS：

为内部放大器的输出端，其外接一个负反馈电阻连接至IN_端；

UREF：

内部参考电势差输出端，该参考电压等于UDD／2；

UDD、Uss：

分别为电源的正、负端，实际应用中供电电压为5V；

OSCl、OSC2：

外接一个3．58MHz晶体，形成晶体振荡器；

TONE：

双音频信号输出端；

R／W；读／写控制端，该端加以高电平时读MT8880，；然后该端加以低电平时写MT8880；

MITEL公司推出的专用集成电路芯片MT8880,用于处理DTMF信号的发生和接收,不仅具有接收和发送DTMF信号的自动拨号功能,还可以检测电话线的拨号音,回话音和忙音,适合与单片机接口，外围电路比较简单。

当不法分子试图进入卧室或发生气体泄漏、火灾等危险情况时,相应的传感器发出信号。

然后发送到单片机处理，单片机在相应的分析后，首先通过电话，即模拟摘机，发出拨号音后，开始向我们预设的电话号码发送信息，通过MT8880的TONE端输出耦合到电话线上，事实上,这是相当于一个简单的电话系统。

在拨号的过程中，MT8880开始检测各种信号音，一旦检测到回铃音，确认对方摘机，马上就会检测到对方的摘机信号，说明对面的话机已经摘机。

这时系统就会把录好的语音信息发送到对面话机上，告知家里的意外情况。

拨号系统电路如图2.6所示。

图2.6拨号系统电路图

2.6语音提示电路

2.6.1语音芯片工作方式

（1）操作模式

当最高位地址（MSB）A8、A9都为高电平时，地址端就作为操作模式选择端（高电平有效）。

操作模式功能如表2.2所示。

表2.2操作模式功能表

模式控制

功能

典型应用

A0/M0

信息检索

快速检索信息

A1/M1

删除EOM标志

在全部语音录放结束时，给出EOM标志

A2/M2

未用

当工作模式操作时，此端应接低电平

A3/M3

循环放音

从0地址开始连续重复放音

A4/M4

连续寻址

可录放连续的多段信息

A5/M5

CE电平触发

允许信号中止

A6/M6

按钮控制

简化器件接口

使用操作模式需要注意以下几点:

1、任何操作的操作模式都是从0地址开始,以后根据具体的模型不同,从不同的相应的地址开始工作。

当电路依次播放录音进入节电状态的时候,地址计数器复位重置为0。

2、操作模式不会被锁定,可以在MSB（A8,A9）地址位为高电平时,CE级别较低的任意时间操作模式操作。

如果选择在一个周期下的最高有效位（A8,A9）地址位是一个低水平,执行信息地址,也就是说,从地址记录或回放,失去了原本的设定的操作模式状态。

（2）分段回放

最多可将2500系列为600段,就在分段记录/回放操作（不少于300纳秒）内,对于A0~A9赋值,记录和回放功能皆是从设定的起始地址开始,结束的记录是由停止按钮操作,芯片内部自动在该段的结束位置插入结束标志（EOM）;而放音时芯片遇到EOM标志即自动停止放音。

2500系列地址空间分配:

0~599细分,没有使用的地址是600~767,768~1023的地址工作模式的选择。

分段录放音如表2.3所示。

表2.3分段录放音

十进制

二进制

信息时间（秒）

2560

2575

2590

5.0

6.25

7.50

100

10.0

12.50

15.00

250

25.0

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