家庭智能防盗防火报警系统研究报告.docx

1、家庭智能防盗防火报警系统研究报告家庭智能防盗防火报警系统可行性研究报告编写日期：2013年8月一、 技术领域及研发必要性分析 1i.l技术相关 11.2报警系统岀入口控制设备系统的发展现状 11.3技术必要性分析 1二、 内容与可行性分析 32.1技术基本原理 32.1.1防盗探测器电路设计 32.1.2防火探测器电路设计 52.13用户端自动报警器总体设计 52.1.4自动拨号及语音报警电路设计 102.1.5键盘与密码显示电路设计 222.1.6系统电源的设计 232.2技术内容 262.2.1控制模块程序设计 262.2.2拨号模块程序设计 292.2.3语音模块程序设计 332.2.4

2、摘挂机模块程序设计 342.2.5密码及显示模块程序设计 342.2.6读写数据模块程序设计 352.3关键技术及创新点 38三、 市场需求与风险分析 403.1市场需求分析 403.2风险分析与对策 413.2.1风险分析 413.2.2风险对策 43四、 经济效益与社会效益 464.1经济效益分析 464.2社会效益分析 47五、 总结 48、技术领域及研发必要性分析1.1技术相关技术名称：家庭智能防盗防火报警系统持有人：1.2报警系统出入口控制设备系统的发展现状改革开放以来，在城市大发展的过程中，大量外地人口涌入城市，给社会治 安带来很大压力。工厂、机关和居家失盗、抢劫事件时有发生；个别

3、地方尤为严 重，损失惊人。山此引起公安部门的高度重视和社会各届人士的普遍关注。有些 部门和居民小区开始派人白天守卫、夜间巡逻，并纷纷购置防护铁门、铁栏杆等 被动防范措施，将主人装在铁笼子中以求安全。一旦发生警性，才发现铁笼子将 人员拦在事故现场之外，难以即时救助，实为弊端。从整顿市容角度来看，亦不 雅观。为此，政府部门提倡釆用高科技手段实现技术防范描施。在社会治安的现 实需求和政府部门的推动下，市场上国产和进口的防盗报警应运而生。本智能防盗防火报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用 户对安全的强烈要求，而设计并开发的。系统的首要任务是根据住宅小区的类型、 使用功能及防护风险等要求

4、，为保障小区人身财产安全，通过运用传感器探测、 双音多频远程数据传输等技术综合形成智能报警系统。本系统除了可以提供报警 服务之外，同样包含了影像记录功能，最大限度的预防了火盗的发生。1.3技术必要性分析信息高度发达的今天，我们都想过想过在家里装上一套家庭保安系统呢。让 我们随时随地掌握家里的情况。但是LI前市场上的家庭保安防火防盗系统价格昂 贵，并非一般家庭所能承受。而且安装麻烦，要重新布线，影响居室美观。我们 的系统在不影响家庭原有布局的基础上，安装简单，方便，是一项流通性极好的 可行技术。本系统采用了双音多频（DTMF）信令的传输速度。DTMF信号收发芯片的 发送部分采用信号失真小、频率稳

5、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岀。当遇到盗情、火惜等各种险惜的时候，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 的目的。二、内容与可行性分析2.1技术基本原理2.1.1防盗探测器电路设计微波探测器为空间探测器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探 测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。在微波段，当以一种频 率发送时，在微波能量覆盖的范围内，如果有物体移动，将会以另一种频率反射, 这样发射频率和反射频率有一个频率差异产生。这种频率

6、差异与很多因素有关， 其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。实际电路中，是山振荡器电路产主并发射近微波段电磁波形成微波场，天线 把电信号转换为相应的电磁波辐射到周用空间，辐射半径可达10m以上（如果 想继续增大辐射半径或提高灵敬度可以通过调整天线的大小和方向来完成）。当 有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一 个与人体运动速度有关的低频电信号。根据该特性，也选择微波探测器用于盗情 的检测。图1-1微波探测器原理框图环形天线和它周圉的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段高频自激 振荡电路（它的振荡频率在1GHz左右），微波探测器原理如图3-1所示，当电

7、 路接通电源以后，振荡产生的单频、等幅信号通过外接天线发射到空间，产生一 个立体空间微波防护区，天线既发射振荡信号，也接收回波。反射回来的微波信 号与原信号之间混频后产生微弱的频移信号，该信号送放大器进行放大。放大后 的信号送窗口式鉴幅比较输入端，经比较将一定强度的探测信号转换为宽度不同 的等幅脉冲输出。微波探测器电路使用的主要元件是单电源通用四运算放大器 KIA324P、环形天线、微波振荡管C3355及一些外围元器件，外接+ 6V电源。 其电路图如图2-2。当有人在该微波防护区内移动时，振荡频率和幅度发生相应 的变化。根据多普勒效应，该波动的频率与物体运动的快慢有关，而幅度与距离有关。混频后

8、高频信号因为过高而失去作用，剩下微弱的低频信号经U1作前级 放大，10 pF电容与7.5K电阻构成充电电路，充电电压作为第一级比较器U4的 基准电压，同时实现延时功能，即只有前级放大电压高于该参考电压时，输出才 为高电平，此时，C9O15导通，最后信号经U2、U3构成的窗口比较器比较后 输出探测到的信号。实验过程中报警范围实测约为7-8米，探测到有效信号时, 有20秒的报警信号输出，LED发光做出预警指示，可有效的进行实时探测。该电路可以工作在较宽的电压范圉内（标准电压是32V ,但实际可以工作 在很宽的电压范圉内），当检测到异常信号时为高电平。图1-2微波探测器电路图2.1.2防火探测器电路

9、设计温度探测器使用数字温度传感器DS18B2OZ5V直流电压供电。DS18BZ0的 测温原理是利用温敬振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为吊 行数字信号，通过内部讣数器对受温度影响的振荡器周期的讣数可实现温度测 量。探测器中DS18B20采用寄生电源供电方式，保证在有效的DS18B2O时钟周 期内能提供足够的电流，图1-3中采用一个MOSFET管和MCU的I/O 口来完成 对DS18B2O的总线上拉，然后通过另一 I/O对DS18B2O进行控制并取得温度 值。图1-3温度探测器电路2.13用户端自动报警器总体设计用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如图4所 示，

10、主要包括拨号模块、语音模块、电话接口模块、键盘/密码显示模块以及电 源模块。报警器功能已在绪论中具体描写过，这里不再详述，本节着重介绍与自 动拨号功能相关的硕件电路设讣。图1-4用户端自动报警器组成框图系统微处理器采用美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机o AT89C51采用 COMS工艺,是一种低功耗、高性能的,与INTEL 8051系列单片机完全兼容的8 位微控制器。AT89C51内部具有4K字节的Flash （闪速）存储器，可反复擦写, 在设讣程序时可反复修改原程序、编译、并烧写到单片机，适合单片机最小系统 的开发与研制。2.1.3.1自动报警器电路设计自动报警器电路见图1-5。

11、时钟电路山两个30P的电容和12MHz的晶振构 成。复位电路III电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位 的功能。单片机的INTO、INTI分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情 的釆集。为防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，有效降低误报儿率。G1 D30P-12.0MHzGND=t30P图卜5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

12、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。P2.5接交流电源掉电报警信号(交流断电后 山直流电源继续供电，直流电源放电低于预警值后向自动报警器发直流断电预警 信号。P1.0、Pl.l、PI.2为接键盘电路的三根1力口线，PI.3接紧急呼救按键。 PI.5接液晶显示器的串行时钟输入端，PI.6接液晶显示器的数据输入端。PI.7接 多路开关CD4O51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、P

13、0.2和P0.3分别与MT8888的DO、DI、D2和D3相连，用作数据总线。P2.0与MT8888的RSO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的读耳。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。2.1.3.2 串行 EEPROM X25045本设计中采用了具有可编程的串行EEPROM-X25045o X25045是美国公司 XICOR低功耗CMOS的产品(备用电流10uA、工作电

14、流3mA),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，是设讣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512X8位EEPROM。本系统中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圧或者看门狗 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

15、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。在S1线上输入的数据在/CS变为低电 平后的SCK的第一个上升沿被采样，由SCK的下降沿输出到50(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 (最高有效位)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(即禁止写操 作)，因此写操作前必须设置写使能锁存器。

16、如图2-6所示：D7D6D5D4D3D2D1D0 1丫 1-正在写，0-没有写操作 1-锁存辭置位，0-锁存器复位 块保护位 看门狗定时器位图卜6状态寄存器格式本系统中对X25045的读数据、写数据、置位写使能的操作过程简述如下：1.从X25045中读数据的操作为：把/CS拉低以选择芯片：发送8位的读 (READ )指令；送8位的字节地址；将所选定地址的存储器中的数据移到S0线上。继续提供时钟脉冲可连续读出接下的地址空间中的数据。每移出一个字节数 据之后，字节地址自动增加到下一个较高地址。达到最高地址($1FFH)时，地 址计数器翻转至$OOH ,无限循环下去。把/CS置为高电平，可以中止操作

17、。2.置位写使能锁存器操作为：/CS先被拉到低电平；山时钟同步送入写使 能指令；将/CS变为高电平，否则写操作忽略。3.写数据到X25045的操作为：拉低/CS并保持在低电平；发送写指令；写 数据。可以连续写多达4个字节的数据，但必须是这4个字节驻留在同一页上。 否则讣数器将翻转到页的首地址并重新写可能已有数据写入的任何单元。X25045具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口 (Serial PeripheralInterface , SPI),最高可达1MHz串行时钟频率。这里用单片机的三根口线Pl.3、 Pl.4、PI.5来模拟SPI接口 o X25045接口电路如图3-7所示，P0.4

18、与X25045的 串行输入脚SI相连，用于输出操作码、字节地址以及写入数据；P0.5与X25045 的串行输出引脚SO相连,用于读出数据;P0.6与X25045串行时钟输入脚SCK 相连，作为串行数据输入和输出的时钟信号。由于X25045的复位输出信号为高 电平有效，故和89C51复位方式一致。本系统中自动报警器也将处理过的数据 存入 X25045o看门狗定时器（WDO和WDI）位用于设置延时时间。这些非易失性的位通过WRSR指令来设置。本系统中采用06s的超时周期。VCC图1-7 X25045接口电路图2.1.4自动拨号及语音报警电路设计 2.1.4.1拨号电路本系统设讣的自动拨号电路可通过

19、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，简述事故性质及地点，使救援人员采取相应措施来制止事 故，系统主要功能如下：1.报警优先功能：主机与用户电话机共用一条电话线，非报警时，不影响 电话的正常使用，电话机的正常使用不影响也不干扰主机报警。主机报警时，优 先拨打报警电话。2.自动拨号功能：可设定1-6组电话或手机号码，每组不超过15位数。3.用户对自动拨号报警系统可自行设定和修改密码。4.可自行录制语音：语音播送，山使用者自行录制，存录“状况”（如有人 闯入，失火，等），使用者的姓名，地址，电话等。自动探测通话状态：报警时 自动探测对方电话机的使用状态，若对方为占线或响铃后无人

20、接，则保留跳过， 等下一轮续拨。5.记忆储存功能：本系统采用X25045为记忆元件，电话号码，报警信息存 录等所有输入都不会因为电源失去而变动。MT8888芯片简述加拿大Mitel公司生产的DTMF信号编/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。山于是釆用CMOS制 造工艺，芯片集成度高，功耗低（只有57.8mW）,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。因此，MT8888被广泛应 用于信用卡系统、寻呼系统、中继系统、移动通信、互连拨

21、号以及个人电脑等领 域。MT8888芯片特点：1.具有多种工作模式，可山内部控制寄存器选择，所以功能很强。如编程 选择双音群（BURST）发送模式时，它间歇发送任意个数的双音信号，双音信号 持续时间精确控制在51ms ,符合DTMF信号解码标准。也可扩充为102ms双 音群模式，符合电话自动拨号标准。编程选择呼叫进程检测（call programs）模 式时，能检测电话信号音。2.频率精度高，片内对双音群模式的占空时间精确定时。芯片工作原理MT8888硬件电路山接收、发送和控制三个主要部分组成。接收电路包括信 号放大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能，用 于完成DTM

22、F信号的接收、分离和译码，并以4位（16个数字）并行二进制码 的方式输出。发送电路包括数据锁存、行列计数、D/A转换和混频等功能。MT8888的发送部分釆用信号失真小、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。MT8888芯片可调整双音频模式的占空比， 能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼 容，并可方便地进行编程控制。接收部分：前置输入电路可以有差分输入和单端输入两种形式，如图2-6所示。差分输 入电压增益：Avdiff=RVRI差分输入阻抗:单端输入电压增益：Av =-Rf/Rin。元件典型值 Cl= C2 = IOnF、R|

23、 = R4 = R5 = IOOk R2 = 60k、R3 = 37.5k、R3= (R2XR5)/(R2 + R5)DTMF信号经运放输出到两组6阶开关电容式带通滤波器，分离出低频组Flow和高频组Fhigh信号。低频组中的陷波器把350Hz和440Hz的拨号音滤除, 每组滤波器连接一阶开关电容式滤波器以提高分离信号的信噪比，山高增益比较 器组成的限幅器去除低于检测门限的弱信号或噪声。解码器采用数字计数方式检 测DTMF信号频率，利用复杂的平均算法防止外来的各种干扰，当检测器识别 到有效的DTMF信号时，预控端EST输出高电平。发送部分：DTMF产生器是发送部分的主体，它产生全部16种失真小

24、、精度高的标准 双音信号，这些频率均由3.5795MHz晶体振荡器产生。电路由数字频率合成器、 行/列可编程分频器、开关电容式D/A变换器组成。行和列单音正弦波经混合、 滤波后产生双音信号cDTMF编解码表把编码数据写入MT8888的发送寄存器产 生单独的Flow和Fhigh, Fhigh和FlowdB输出的幅度之比为2dB ,目的在于补 偿高频组信号经通信线路的衰减，即经过预加重处理。写操作时，总线上的4位 数据被锁存，可编程分频器进行8中取2的编码变换，定时长度确定该信号的 频率，当分频器达到山输入编码确定的计数值时，产生复位脉冲，计数器重新讣 数，改变定时长度可变频率。编码电路由开关电容

25、式D/A变换器组成，得到高 精度的量化电平。低噪声加法放大器完成行和列单音信号的混合。输出级有带通 滤波器，用来衰减大于8kHz的谐波。控制部分：前两部分为模拟信号处理系统，当满足信号条件时系统有输出。为了接 收可靠，还应满足识别条件，即检测有效信号的持续时间，EST型号驱动外接R1,C1 积分电路，如图3-8所示。C1放电，在有效时间内EDT维持高电平，当VC=Vtst 时（控制逻辑的门限电平儿GT输出信号驱动VC至电源电压VDD ,经延时后, 控制逻辑把片内状态寄存器的延迟输出标志位置提高。VDDVDD St/GT EST MT8888 R1图1-8控制电路原理图如选择中断模式，当延迟标志

26、位置高时，IRQ/CP引脚由高电平变为低电平, 为CPU提供中断请求信号，延迟控制电压的跳变沿把数据锁存至输出端。芯片工作方式MT8888通过微处理器接口山RSO、WR、RD、D0-D3选择内部寄存器， 以控制电路的工作模式。它有5个寄存器：发送数据寄存器（TDR）、接收数据 寄存器（RDR）、状态寄存器（SR）、控制寄存器A（CRA）和控制寄存器B（CRB）。 其中CRA和CRB占用同一地址，先写CRA ,后写CRB ,是否写CRB由CRA的 最高位控制。MT8888有多种工作方式，它们分别为：1.DTMF模式：发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、 列计数器、D/A变换器，

27、合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音 抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据 总线。2.呼叫处理（CALL）模式：电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音， 只要信号的频率落在32OHZ-51OHZ范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经 限幅得到的方波信号，由IRQ/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进 行判断。若无信号滤出，则IRQ/CP端始终保持低电平。3.突发（BURST）模式：在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂 停时间各为51ms :在CP模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为 102ms ,此时电路只可发送DTM

28、F信号，但不能接收。4.单/双音D）产生模式：电路可产生单音或DTMF信号（由CRB控制）, 用于测试和监测。5.测试（TEST）模式：使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从 IRQ/CP端输出。6.中断模式：此模式下若选择状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时 间内，或准备发送更多数据（突发模式下）时，则IRQ/CP端下接至低电平。DTMF拨号原理现在的电话机多数是双音频电话，下面就以双音频为例介绍电话拨号的原 理。双音多频（DTMF）是指用两个特定的单音信号的组合来代表数字或功能。 两个单音频的频率不同，所代表的数字和功能也不同。双音多频拨号方式中有 16个按键，对应有8种不同的

29、单音信号，因其釆用的频率有8利所以称为多 频，如表2.2所示。从中任意抽出2中进行组合，又称其为8中取2的编码方 法。根据国际电话电报咨询委员会（CCITT）Q23号建议，DTMF选号方式选用8 个频率，把这8种频率分成两个群，即高频群和低频群，其中低频群有4种频率: 679MHz,770MHz,852MHz,941MHz, |苛频群也有 4 种频率：1209MHz,1336MHz,1477MHz,1633MHz。从高频群和低频群中任意各抽出一种频 率进行组合，共有16种不同的组合，每一个键号分别对应于一种低音频和高音 频的正弦波之和，代表16种不同的数字或功能。1029MHZ1366MHZ1

30、477MHZ1633MHZ679MHZ123A770MHZ456B862MHZ789C941MHZ0D表1.1 DTMF拨号方式中16键组合表用双音多频拨号方式传递音频信号，其传播速度快，不发生畸变，传输方便, 抗干扰能力强，可以减少交换机的差错。拨号芯片及外围电路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2-9。它的接收部分采用 单端输入，由R201、R202和C201组成，其输入电压增益为R20”R201 = 2。 它的发送部

31、分R205、R206、C2O4、C2O5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 R2O3用上拉电阻R204 ,与单片机P3.5脚相连。C2O3为去藕电容。DTMF IN和 DTMF OUT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。图1-9拨号电路2.1.4.2语音电路ISDI420芯片简述ISD1420语音芯片是由美国ISD (Information Storage Device )公司开发的高 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 (电可编程可擦除只读存贮器)、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 ( Direct Analogs Srorage Technology ),再现 优质原声。3.零功率信息存贮，省掉备用电源。淤信息可保存10年以上，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