家庭智能安防报警系统.docx
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家庭智能安防报警系统
家庭智能安防报警系统
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摘要：
随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，智能住宅的安全防范系统也应运而生。
现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。
由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
智能住宅的安全防范报警系统，由红外探测器实现盗并自动电话拨号报警。
当探侧器检测到警情的时候，中断请求，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，通过DTMF就会向单片机发出拨号电路实现自动拨号，并由语音电路通过电话完成播放预先录制好的语音信息，实现语音报警，来通知用户发生警情，以便让他们及时的作出相应措施。
另外，本系统还设置了密码验证，通过键盘可输入验证码并可修改密码。
本系统还配置了备用电源以及具有掉线和断电自诊断功能，增强了系统的安全性和稳定性。
关键词:
安全防范;智能报警系统;语音报警;单片机控制;DTMF拨号
1.智能报警系统的总体构成
图1系统结构框图
系统的基本工作过程：
报警探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域。
在通常情况下，监控器是处于休眠状态，当用户要出门，家中没人时，用户可以通过键盘启动监控器，监控器接到用户命令后，等待一个时间（如3min），让用户启动监控器后有足够的时间离开住宅，该时间过后，监控器会启动探头，此时监控器处于真正的布防状态，只要有人在探头检测范围内经过，而他又不能在规定的时间内输入正确的密码进行撤防，报警探测器立即向自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认（多次巡检中断信号），确认无误后，从EEPROM中读出相应的报警电话号码，通过双音多频拨号芯片自动拨打用户预先设置好的报警电话号码（如手机号码，办公室号码）进行远程拨号报警:
待对方摘机后，启动语音电路，将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方，通知对方发生警情，同时自动记录警情信息，以备查询:
如果对方没有摘机，就连续拨打三次，并进行现场警铃报警。
2热释电红外线探测器设计
热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化检测信号，其探测率、响应速度都不如光子型传感器。
但由于热释电型传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。
考虑到实际情况，即主要用于保护人身安全问题，而不是用于非常精密的场合，故本课题选用热释电红外线传感器，既能利用此传感器的优势，又能满足要求，从经济上和实用价值综合考虑来看是一理想的选择。
在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（PTR）,PTR能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。
另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以提高接收灵敏度。
用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60-70db,就可以检测10-20m处人的活动。
图2热释电红外线传感器结构示意图
图3热释电红外线传感器等效电路图
热释电红外探测器电路采用的器件是热释电红外传感信号处理器BIS0001、热释电红外传感器RE200B和少量外接元器件。
如下图4.
图4红外探测器的电路原理图
当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过转化，将信号传输到BIS0001的第一级运算放大器的同相输入端，即14脚，从UO脚（2脚）输出高电平信号，送单片机进行报警处理。
在本设计中，输出信号为脉冲信号，送给单片机的信号是高低电平，很容易实现检测并报警。
输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx=24576×R9×C7:
触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti=24×R10×C6。
图5被动红外探测器的检测方向
热释电红外传感器在安装中应注意以下几点:
①热释电红外传感器的安装高度应在距地面1}2m之间，传感器向下应有一定的倾
斜度，以减小探测死角;
②传感器与控制电路之间的距离应尽量短，并使用屏蔽引线连接，以免引入干扰;
③热释电红外传感器远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的地方;
④热释电红外传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物;
⑤热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报。
3.自动报警器的设计
3.1报警器主机
自动报警器是本课题的设计重点，主要包括控制器、拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘模块以及电源模块。
根据系统设计的需要，本报警器的主机由一片AT89S51单片机和一片IO扩展芯片8255A组成，主机电路如图6所示。
PO口为数据总线，分别和8255A的数据总线、MT8888的数据线连接。
P1.4连接拨号语音转换电路的三极管基极，用于DTMF音频信号和语音信号的切换;P1.6接ISD1420语音芯片的放音脚PLAYL/，低电平有效;Pl.7用于模拟摘挂机控制，实现系统和用户话机的工作切换;P2.0与MT8888的RSO相连，控制MT8888内部寄存器的选择;P2.1.P2.2接8255A的A0,A1地址线;P2.5连接系统的现场报警警铃;P2.6连接8255A芯片的选通端CS，用于控制8255A的选通;P2.7与MT8888的CS相连，控制MT8888的选通。
RXD,TXD预留为主控计算机串行通讯口;T1口连接MT8888的工RQ/CP端，用于计数监测电话音方波信号的个数:
工NTO口经非门与红外探测器输出端相连，用于接收报警信号，引发中断;WR,RD分别与MT8888以及8255A的WR和RD相连，控制MT8888及8255A的读写。
图6自动报警器主机电路图
3.2自动拨号电路的设计
图7MT8888自动拨号电路
MT8888提供了与Intel微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。
在电话自动报警系统中，MT8888与微处理器AT89S51的接口电路参见图7。
它的接收部分采用单端输入，由8201,8202和C201组成，其输入电压增益为R202/R201=1,通过改变8202可调节输入信号的增益。
它的发送部分由C205,8206,C204和XTAL2构成，其中XTAL2为3.5795MHz的晶体振荡器，负责产生全部16种标准双音信号。
它的控制部分由8203,C203构成。
另外，由于IRQ/CP端为开源输出，故要用上拉电阻8204,与单片机P3.5（T1）脚相连，用于监测计数电话回路中信号音的方波个数。
C203为去耦电容。
DTMFIN和DTMFOUT与电话接口电路相连。
DO-D3与单片机的数据线P0.0-P0.3相连，完成数据的传输和控制命令的输入，状态的读出等。
WR,RD引脚分别与单片机的同名引脚相连，以对该信芯片的读写进行控制。
CS为片选线，与单片机的P2.7相连。
RSO引脚完成对该芯片内部寄存器的选择，与P2.0相连。
3.3语音电路的设计
语音电路应完成预录提示音，为“家里有盗贼入侵，请及时赶回”。
同时，在电话接通后，可以将语音播放。
根据系统的功能要求，系统选择了ISD1420语音芯片。
图8音频功放电路
图9语音电路图
如图9，在本电路中，将所有的地址线接地，即设为“0”。
当系统处于录音状态时，RECLED引脚端口被置为低电平，此时发光二极管LED被点亮，提示录音开始，当录音结束时，LED熄灭。
所要播放的语音信号从麦克输入，经MIC和MICREF引脚输入芯片内部的放大器放大，放大后的输出信号从模拟输出端ANAOUT输出，再经电容C3祸合至模拟输入端ANAIN再一次放大，经放大后的音频信号从SP-输出推动扬声器发音。
SP+和电话接口电路相连，以送出语音信号。
用音频放大集成电路LM386N-1作语音功放芯片，可调整放音输出的幅度。
为使外围元件最少，电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。
输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。
音频功放电路如图8所示。
3.4电话接口电路
因为平时电话外线连在用户话机上，系统与电话线断开，只有当需要报警时，系统才接上电话外线，这样系统才不会影响到电话的正常使用;另外，拨号电路、语音电路输出的音频信号均需要通过电话外线送出。
如图10所示。
图10电话接口电路
3.5断线检测电路
为防止电话线路故障或人为损坏而导致不能电话报警，作为一种补救措施，本系统中加入了断线检测电路，图11为断线检测电路。
断线检测电路有两个，一个是由整流桥和9018构成的高输入阻抗检测电路，用于平时检测电话外线的线路电压，是主机自检的一部分。
此电路应满足电话机入网要求，保证外线泄露电流在15mA以下。
另一个是由光祸4N33构成，外线电压送到4N33的B端，若电话报警时外线突然被剪断，则C端跳变为高电平，此时单片机将由电话报警方式自动转换为警号报警方式，起到双重保护的目的。
图11断线检测电路
3.6键盘接口电路
本报警器一共设了16个键，其中包括10个数字键和5个功能键。
五个功能键分别是:
密码输入键、密码修改键、录音键、放音键、紧急呼叫键。
在此我们采用4X4键盘，需要8根I/0线。
因为8051自身的输入/输出端口有限，所以系统扩展了输入/输出口8255A。
在该电路中，4×4键盘与8255A的PC口相连，8255A的C口低四位PCO-PC3作为行扫描输出，C口高四位PC4-PC7作为列输入，均为低电平有效。
8255A的A0,A1端分别接单片机的P2.1,P2.2,CS与单片机的P2.6相连，数据线和PO口相连，读写线和单片机的对应读写线相连，如图12所示。
因为8255A的PCO-PC3工作方式为输入，工作方式0,PC4-PC7为输出，工作方式0，所以控制字为:
10000001（81H）.
图12键盘接口电路
3.7电源电路的设计
备用电源电路如图13所示。
图13备用电源电路
4.软件设计
4.1主程序设计
主程序在运行期间首先检测探头与电源状态，一切正常后等待中断的发生。
当检测到7FH中断标志）被置1后，调密码显示子程序，密码正确系统重新检测中断信号，密码有误则主程序调用控制模块PROCESS完成后续处理，处理完成后记录报警信息。
主程序流程图如图14所示。
图14主程序流程图
4.2控制模块设计
控制模块是整个系统软件的核心，控制整个系统完成摘机，信号音判断，拨号，发出语音求救信号，最后挂机。
由于考虑到拨号音、忙音、回铃音的存在，因此这个模块较主程序复杂一些。
如图15所示。
图15控制模块流程图
4.3信号音检测与判断模块程序设计
图16检测子程序流程图
图17判断子程序流程图
4.4语音模块程序设计
图18语音子程序流程图
4.5拨号模块程序设计
图19拨号子程序流程图
4.6密码子程序的设计
图20密码子程序流程图
4.7键盘扫描程序设计
图21键盘扫描子程序流程图
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