家用防火防盗报警系统设计.docx

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家用防火防盗报警系统设计

目录

1前言1

2系统总体设计1

2.1家庭报警系统的总体构成1

2.2报警系统的功能及工作过程2

3系统硬件设计3

3.1防盗探测器电路设计3

3.2光耦探测器设计5

3.3防火探测器设计5

3.4自动报警器系统设计6

3.4.1自动报警器设计6

3.4.2串行EEPROM-X250457

3.5自动拨号电路设计8

3.6语音电路设计9

3.6.1ISD1420芯片简述9

3.6.2语音芯片及外围电路9

3.7电话接口设计10

3.8键盘与密码显示设计11

3.8.1键盘设计11

3.8.2密码显示设计12

4系统软件设计13

4.1控制模块程序设计13

4.2拨号模块程序设计13

4.3语音模块程序设计15

4.4摘挂机模块程序设计16

4.5读写数据模块程序16

结束语16

致谢17

参考文献18

附录一自动报警器电路图19

附录二系统主电源20

附录三在线式备用电源21

附录四程序22

1前言

随着计算机的普及和信息技术的迅猛发展，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。

人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。

人们希望家庭住宅能够对盗情、火灾等做到早发现、早报警并及时制止险情，实现真正的安防效果。

又随着科技的发展已基本能够满足人们对家庭安防的要求。

在此基础上提出了家用防盗、防火报警系统设计。

本课题设计的防盗防火报警系统主要研究内容包括：

对家庭住宅的火灾实行自动报警；对盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统。

系统通过运用红外传感器和光耦探测器探测、双音多频远程数据传输等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障住宅安全的目的【1】。

双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。

DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号：

接收部分用于完成DT信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。

当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产并实现报警的目的。

家庭防盗防火报警系统包括双探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。

课题重点设计了探测器部分和自动拨号报警部分，最终完成了防盗、防火的自动拨号报警功能。

2系统总体设计

目前市场上较多的安防产品多为单一探测器的报警器。

基于单一报警器误报率较高、功能少、资源浪费的缺点，决定设计了以红外传感器结合光耦探测器组成双探测器构成防火、防盗报警系统。

2.1家庭报警系统的总体构成

防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，形成了一个防盗、防火报警系统【2】。

系统总体构成包括防盗防火探测器、家庭自动报警器、自动拨号系统。

报警系统组成框图如图1所示。

家庭自动报警器用于对家庭安装的红外探测器和光耦探测器进行检测和控制，并对探测器采集来的数据进行处理。

当出现异常情况时，通过家中的电话线路自动拨号报警。

2.2报警系统的功能及工作过程

图1系统组成框图

家庭防盗防火报警系统具有以下特点和功能：

（1）系统采用模块化设计。

（2）报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。

并能够可靠地进行盗情、火情报警，通过电话线拔打预先设置电话号码，进行语音报警。

报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警。

（3）报警器可检测探测器或传输线路发生的故障并可向CPU报告故障情况。

（4）系统开关机采用密码控制且允许修改，防止误报同时增加报警器的保密性。

（5）报警器内提供备用电源，在停电的情况下，确保系统在停电时能继续工作。

系统的基本工作过程：

一旦有人入侵或发生火灾等紧急情况时，相应的报警探测器则立即向自动报警器发出报警信号。

接到警情事件后，自动报警器立即进行确认，若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声、光报警，同时报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。

在自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯，三色警灯分别指示火灾或红外/光耦的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯（红）、工作灯（绿）和故障灯（黄）。

正常时LCD显示时间，事件发生时锁定显示当时的时间。

报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线，则声光报警。

如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（50s定时器）去解除，另外自动报警器还具备状态信息上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警，能够及时减少因盗警、火警造成的损失。

3系统硬件设计

3.1防盗探测器电路设计

防盗探测器是由红外传感器与光耦探测器组成的双鉴探测器，较之以往的红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图2所示。

图2双鉴探测器原理示意图

双鉴探测器工作时将探测到的红外和光耦两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警。

通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率。

探测器原理框图如图3所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。

经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Vo

图3热释电红外线探测器原理框图

热释电红外探测器电路采用的器件包括红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B及一些外围元件。

它的正常工作电压是+4.5V。

元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。

另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。

管脚排列如图4所示。

当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端（14

图4BISS0001管脚排列图

脚），对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。

再经内部的两个电压比较器（IC3，IC4）构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器（只要有触发信号VS的上升沿则可启动延迟时间定时器）。

由于VH≈3.15V，VL≈1.35V，所以当VCC为+4.5V电压时，可有效地抑制±0.9V（VH-VL）的噪声干扰，提高系统的可靠性。

IC6是一个条件比较器，当输入电压VCVR时，IC6输出为高电平，则打开与门IC7，此时，如果有触发信号VS的上升变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时VO脚（2脚）输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。

当检测到异常信号时输出高电平。

图5所示为红外探测器分立元件电路图。

图5红外探测器电路图

3.2光耦探测器设计

光耦探测器选用一种安装于房门缝隙的报警器。

它由光遮断器、遮断片、光耦及相关电路租成。

光遮断器是一种光电传感器，它由红外发光二极管、光电三极管及黑色塑料外壳组成。

光耦探测器的工作原理与光耦完全相同，区别仅仅是它由遮断片来阻挡光路，使光电三极管无法接受红外光的触发而处于截至状态；当遮断片被移动后，发光二极管的红外光照到光电三极管上，光电三极管导通。

光遮断器安装在防盗区域房门的缝隙中,遮断片装在房门上。

当主人不在家时，锁上房门，此时光遮断片挡住红外光，光电三极管处于截止状态，VT中没有电流，VT也处于截止状态。

光耦TLP169G的发光二极管没有电流，光触发双向可控硅截止，输出为低电平。

当小偷撬开房门时，遮断片随房门移动，光遮断器光路导通，光电三极管导通，VT相继导通，光耦中的发光二极管工作，光触发双向可控硅导通，输出变为高电平，实现报警。

这个电路的特点是,一旦报警器工作，即使将房门关上，遮光片遮断光路，但双向可控仍然导通，仍然输出高电平。

仍然可以实现报警功能。

光耦遮断器选用SG288，工作电路图如图6所示。

图6光耦探测器电路图

3.3防火探测器设计

防火探测器采用温度探测器，实现实时检测温度的方式进行防火报警。

温度探测器选用数字温度传感器DS18B20，5V直流电压供电。

DS18B20的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。

探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B20时钟周期内能提供足够的电流。

图7中采用一个MOSFET管和MCU

的I/O口来完成对DS18B20的总线上拉，然后通过另一I/O对DS18B20进行控

制并取得温度值。

3.4自动报警器系统设计

3.4.1自动报警器设计

自动报警器电路如图8所示。

复位电路具有上电复位和手动复位的功能。

单片机的INTO、INT1分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。

为防

图7温度探测器电路

止环境干扰信号对触发中断的影响，当响应中断后，对中断信号多次（如5次）巡检，确认是中断信号时，才去执行中断处理子程序，否则认为是外界干扰信号不执行报警处理，有效降低误报几率。

图8自动报警器电路

P2.1与语音电路相连，实现语音的回放控制。

P2.2接通讯接口转换芯片的数据发送、接收片选端/RE（DE）。

P2.3与电话接口电路相连，实现模拟摘挂机的控制。

P2.4接探头掉线检测端，单片机对该口定时查询，正常时为高电平，当检测到低电平即发出掉线警报【3】。

P2.5接交流电源掉电报警信号。

P1.0、P1.1、Pl.2为接键盘电路的三根I/0口线，Pl.3接紧急呼救按键。

Pl.5接液晶显示器的串行时钟输入端，Pl.6接液晶显示器的数据输入端。

Pl.7接多路开关CD4051的片选端INH,PI.4、P2.6分别接多路开关的输入端A、B。

多路开关输出分别接报警LED、蜂鸣器，有警报发生时开关的输出I/O口给出高电平信号。

P0.0、P0.1、P0.2和P0.3分别与MT8888的D0、Dl、D2和D3相连，用作数据总线。

P2.0与MT8888的RS0相连，控制MT8888内部寄存器的选择。

P2.7与MT8888的/CS相连，控制MT8888的选通。

P3.6、P3.7分别与MT8888的/WR和/RD相连，控制MT8888的读写。

P0.4、P0.5接EEPROM的串行输入和串行输出端，P0.6、P0.7分别接EEPROM的串行时钟输入和片选输入端。

单片机接口如表1所示。

表1单片机接口

单片机接口

外部连接接口

P3.2

盗警传感器

P3.3

火警传感器

P2.1

语音电路VOICE

P2.2

MT8888的/RE

P2.3

电话接口H/P

P2.4

探头掉线控制端

P2.5

交流电源掉线报警

P1.0~1.2

键盘I/O口

P1.7

多路开关CD4051的INH端

P0.0~0.3

MT8888的D0~D3

P2.0

MI8888的RSO

P2.7

MT8888的/CS

P3.6

MT8888的/WR

P3.7

MT8888的/RD

3.4.2串行EEPROM-X25045

本设计采用了可编程的串行EEPROM-X25045。

它把看门狗定时器、VCC监控电路和EEPROM三种常用功能组合在单个封装内，增大了电路密度，减少了体积，提高了系统的可靠性，是设计成直接与许多通用的微控制器系列的同步串行外设接口（SPI）相接的512×8位EEPROM。

系统中X25045依次存储了标志字段、用户编号、话机号码、报警器编号、警情代号、系统设置等数据信息。

VCC监控功能是指只要VCC电平降至低于最小转换电压或者看门狗定时器达到其编程的超时极限值，RESET的输出为高电平。

X25045包括一个8位指令寄存器，它可以通过SI（P0.4）输入来访问，数据在SCK（P0.6）的上升沿由时钟同步输入。

在整个工作周期内，/CS（P0.7）必须为低电平，/WP必须为高电平。

X25045监视总线，如果在预置时间内没有总线活动，那么它将提供RESET信号输出【4】。

在S1线上输入的数据在/CS变为低电平后SCK的第一个上升沿被采样，由SCK的下降沿输出到S0（P0.5）线上。

SCK是静态的，允许用户停止时钟并在其后恢复操作。

所有的指令、地址和数据都以MSB在前的方式传送，读和写指令的指令格式中均包含有地址高位A8，此位用于选择器件的上半部或下半部。

在上电和字节、页或状态寄存器写周期完成以后及/WP变为低电平时，写使能锁存器被复位，因此写操作前必须设置写使能锁存器。

3.5自动拨号电路设计

自动拨号电路可通过电话网络实现自动寻呼，对所指定的机构或人员发出求

救信号，系统主要功能如下：

报警优先功能；自动拨号功能；用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码；可自行录制语音；记忆储存功能。

编/解码芯片MT8888芯片不仅具有DTMF信号收发功能，而且具有电话信号音检测功能。

由于是采用CMOS制造工艺，芯片集成度高，功耗低，工作稳定可靠，因此在必须同时具备DTMF信号接收和发送的功能的系统中倍受人们的青睐。

另外，MT8888可以方便与MCS51系列单片机接口，外围电路简单。

MT8888提供了与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。

MT8888可与Intel微处理器直接接口，即使使用单片机89C51，也无需插入等待周期。

本系统中，MT8888及外围电路参见图9。

它的接收部分采用单端

图9拨号电路

输入，由R201、R202和C201组成，其输入电压增益为R202/R201=2。

它的发

送部分R205、R206、C204、C205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R203用上拉电阻R204，与单片机P3.5脚相连。

C203为去藕电容。

DTMFIN和DTMFOUT与电话接口电路相连。

MT8888与微机接口非常很方便，通过改变R2可调节输入信号的增益。

3.6语音电路设计

3.6.1ISD1420芯片简述

ISD1420语音芯片是一种高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。

其片内设有时钟振荡器、128K字节EEPROM、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。

ISD系列语音芯片特点：

（1）所需外围元件少，电路简单，操作方便。

（2）采用直接模拟量存贮技术DAST，再现优质原声。

（3）零功率信息存贮，省掉备用电源。

可反复录放达10万次之多。

（4）易于使用，语音固化无需专用编程或开发装置，可随意改变录音内容。

（5）较强的选址能力，可进行分段管理和分段存储多段信息。

（6）具有自动省电模式。

（7）自带时钟源，高抗干扰性能。

（8）可直接驱动8-16个喇叭工作，输出不失真功率大于50mW。

（9）采用总线技术，适于同单片机接口。

3.6.2语音芯片及外围电路

本系统的语音电路如图10所示。

这是应用ISD1420作为基本录放音的电路，所有的地址线均设置为“0”，所以放音的起始地址是0。

当按下REC键后，录音开始，数据从0地址开始存储，直到存储器满或者松开按键为止。

当按下PLAY键后，则开始放音，直到PLAY松开或者存储器用完为止。

LED2为录音指示灯，当处于录音状态时，ISD1420的25脚被拉成地电平，LED2发亮。

语音信号由驻极体话筒拾取，从MIC和MICREF两端输入芯片内部的放大器放大，该放大器的输出信号从ANAOUT端引出，外部使用C302藕合至另一个放大器的输入端ANAIN，做进一步放大，经功放后的音频信号从SP＋和SP-两端输出并推动扬声器发音。

扬声器的接法也可以一端接地，另一端任意接SP＋或SP－，因此，在此电路里SP＋被用来与电话接口电路相连，以送出

语音信号。

C305和R305为增益调整电路。

图10语音电路

3.7电话接口设计

电话接口电路参见图11。

此电路起着很重要的作用，拨号电路、语音电路均需要通过它与外界相连，它完成电话线在系统与电话机之间的转换。

平时电话机连在电话线上，系统与电话线断开，不会干扰电话通信。

若需报警时，系统控制继电器转换，系统接上电话线，电话机与电话线隔离，不会影响系统的工作。

为了降低系统功耗，继电器选择了高灵敏型，工作电压为＋5V。

目前，交换机的工作电压为直流60V或48V，通过外线a、b接入用户话机。

为了确保拨号电路的DTMF信号正常发送和语音电路语音信号的正常播出，须设置极性保护电路，由二极管桥路构成，不论用户如何将外线接入LINEIN口，都能确保电路内部的2线为正电压。

另外，有的交换机可提供的工作电流为50mA或者120mA，因此，极性保护电路中的二极管反向耐压必须大于180V，允许的正相电流必须大于180mA。

可以选用IN4004、IN4007等。

根据邮电部关于电话入网的标准，摘机状态下的直流电阻应该小于等于300欧，因此，在极性保护电路后直接接一个200欧的大功率电阻，以模拟摘机挂机。

当模拟摘机时，用户外线电压降至10V左右。

模拟摘挂机由继电器吸合配合实现，V501与单片机P2.3口相连，模拟挂机时，工作于截止状态，当单片机发出模拟摘机命令时，P2.3变为低电平，三机管由截止变为饱和，继电器工作，触点闭合，300欧电阻接入电话网，实现模拟摘机操作。

拨号电路、语音电路可通过1:

1隔离变压器与电话接口电路相连。

图11电话接口电路

3.8键盘与密码显示设计

键盘与密码显示电路负责系统与外界的联系，数据或命令的显示，包括：

密码输入、修改密码输入、电话号码设置、紧急呼叫、录音、放音等功能。

3.8.1键盘设计

该电路在程序处理时，由AT89C51首先向I/O1-I/O3写高电平，然后读入【5】。

如果非全1，说明K0-K6中有键按下，此时可根据读入的端口状态来判断键的状态：

如果读入的结果为全1，则I/O1-I/O3轮流输出低电平，再读入，这样就可以根据另外两根I/O线的状态来判别是K7-K15中的哪一个键被按下。

重复调用

图12键盘电路

键盘处理子程序可将读取的键值与上次的值进行比较，直至两次读数相同为止，这样即可消除按键抖动所造成的误读。

IO1、IO2、IO3分别接AT89C51的P1.0、Pl.1、Pl.2口。

K0-K9分别代表十个数字键，K10为清屏键，K11为密码确认键，K12密码修改键，K13为录音键、

K14为放音键，K15为紧急呼救键。

键盘电路如图12所示。

3.8.2密码显示设计

当探测器检测到异常信号传给自动报警器时，只有解码正确时才会有开锁电平输出给单片机，控制关闭中断，解除用户端自动报警器的监测报警状态。

此时，自动报警器对这个异常信号不做出任何响应，直到被复位后，自动报警器才重新开始工作。

如果六次误码输入，则产生报警信号电平，触发报警器中断响应，此时报警器进入报警状态，自动拨号发出报警信号。

密码电路中设有50秒定时中断输出控制信号，防止长时间无效操作。

当有超过50秒的无效操作时，中断开启，发出报警信号。

密码由用户端自动报警器设定，并可随时更改，由键盘可输入用户新密码。

用户不小心输入错误时，在规定时间内更正密码即可解除报警，有效的预防了误报。

输入密码时的按键有效提示由绿色发光二极管来实现，即密码输入正确时发光二极管被点亮；密码输入错误警告由红色发光二极管来实现，当输入密码错误时红色发光二极管被点亮。

显示模块选用EDM-C002八位串行输入段码式LCD模块，是由八位的七段

型液晶显示器件与显示驱动器HD44100构成，可实现数据实时显示功能。

HD44100接收来自显示控制器的时序信号和串行数据，并把它们转换成相应的液晶驱动波形输出。

图13主电源原理图

本系统主电源采用直流电源5V供电，原理图如图13所示。

电源部分电路为典型的7805/7806应用电路，具有两路电源输出。

该电路具有短路保护功能，变压器输出7V交流电，经桥路整流，电容滤波，送入7805/7806输入端，最后输出SV/6V直流电。

电阻与红色LED构成电源工作指示电路，绿色LED和蜂鸣器用于短路报警指示。

4系统软件设计

4.1控制模块程序设计

由于单片机的P3.2和P3.3脚分别和防盗、防火传感器相连，因此，一旦发生险情，转密码子程序，若解码正确则取消报警，否则将产生中断，在中断服务子程序里，位地址7FH被置1，证明发生险情。

然后根据险情类别，将7EH或7DH置1，其中7EH为盗警标志位，7DH为火警标志位。

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，密码有误则主程序首先判断7EH的情况，如果被置1，则调用控制模块PROCESS完成后续处理，处理完成后记录报警信息，再检测是否同时发生了火险，即7DH是否被置1，如果被置1，则同样调用控制模块PROCESS完成后续处理。

如果没有发生盗警，即7EH没有被置1，则不用检测7DH，认为发生了火警，则直接调用PROCESS完成后续处理。

主程序流程图如图14所示。

控制模块PROCESS流程图如图15所示，它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。

4.2拨号模块程序设计

MT8888初始化过程：

读状态寄存器、写CRA=0000B、写CRA=0000B、写CRA=1000B、写CRB=00B、读SR、写CRA=1101B、写CRB=D0000B。

检测子程序：

首先将MT8888设置为呼叫处理模式，接着将单片机的TO设成定时方式，T1设置成计数方式，由于需要定时5s，而选择定时方式1，晶体振荡器选择12MHz，则最大定时时长为65.53ms，所以需要用软件扩展定时。

计时开始后，计数也即开始。

在定时中断服务子程序里，判断5s定时时间是否到，如果时间到，则从检测子程序里跳出，否则，继续计数。

判断子程序：

在此子程序里，将计数值分别与2000、900、250这三个数进行比较，即调用MINUS子程序，将计数值与上述比较值做双字节的无符号减法，然后根据寄存器C被置位情况，对拨号音标志位7CH、忙音标志位7BH、回铃音标志位7AH进行置位或清零，然后返回

图14主程序流程图

拨号子程序：

首先将MT8888设置为突发方式，然后判断是否为盗情，即7EH是否被置位，如果没有，则跳转到拨管理中心电话号码部分；如果被置位，则拨打用户电话号码，最后，该程序返回。

拨号子程序流程图如图16所示。

图15控制模块PROCESS流程图

4.3语音模块程序设计

语音子程序流程图参见图17。