基于單片機(jī)控制的智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

  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)。

　　1 引言

　　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)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。

　　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24C02 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*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*家中的動(dòng)靜以及控制家中電器的關(guān)、斷。

　　當(dāng)主人在家無(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

　　3.1 MCU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2 MCU 模塊電路圖

　　3.2 無(wú)線模塊

　　無(wú)線模塊主要是是處理紅外、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

　　H1 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Q2 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,MCU 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HT9200B 做DTMF 編碼器,HT9170 做DTMF 解碼器,其應(yīng)用電路圖見(jiàn)圖6 和圖7 。

圖6 HT9200B 電路圖

圖7 HT9170B 電路圖

　　給HT9200B 提供確定的4 位二進(jìn)制數(shù)(比如電話號(hào)碼),從D0--D3 輸入,就可從13 腳輸出相應(yīng)的DTMF 信號(hào), 并將DTMF 信號(hào)送到電話線上, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)功能;HT9170 的功能主要是將輸入的DTMF 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 Frequency),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8 DTMF 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。

　　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)。

　圖9 振鈴檢測(cè)電路圖

　　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10 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)Q4 基級(jí)為高電平時(shí),Q3 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)LM567 構(gòu)成檢測(cè)電路(LM567 的中心頻率調(diào)為450Hz),當(dāng)輸入信號(hào)為450Hz 時(shí)候,LM567 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11 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。

圖13 主循環(huán)流程圖

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信, 無(wú)須重新布線、方便、無(wú)電磁污染、環(huán)保、成本低;該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試,運(yùn)行穩(wěn)定可靠, 具有很好的實(shí)用價(jià)值。