毕业设计(论文)开题报告
| 学 生 姓 名： | 巫涛 | 学 号： | 1061203208 |
| 专 业： | 测控技术与仪器 | ||
| 设计(论文)题目： | 实用家庭报警系统的硬件设计 | ||
| 指 导 教 师: | 付丽辉 | ||
| 2010 | 年 | 1 | 月 | 10 | 日 |
毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写
| 2000字左右的文献综述 | |
| 文 献 综 述 | |
| 家庭报警系统的硬件设计主要由报警主机、前端感应器、遥控器和警铃组成。前端感应器包括各种报警探头,主要负责收集各种非正常入侵或危险信号,并将所收集到的信号反馈给报警主机。报警主机负责向用户指定方向发送报警信息,报警信息可发送方向包括手机、座机、寻呼机、小区保安中心等。当有报警数据信息从主机报警信号输入接口输入,主机CPU 被唤醒,从休眠状态变为工作状态。CPU 接收完整数据帧并进行校验,排除误报干扰。发现是真实报警后进入报警循环。主机检测到市话线路拨号音正常,开始拨号连接。CPU 启动语音录放电路反复播放语音报警信息直到被叫挂机或被叫开始执行远程操作。遥控器即键盘显示，用于对系统的布防、撤防和紧急情况下的手动报报警等操作。警铃主要用于非正常入侵发生时于现场对盗贼的震吓及通知周围住户。 家庭安防系统前端感应器控制的重点应是犯罪分子侵入家庭主要途径门和窗。住户可以在入户门上安装门磁感应器,报警锁等。在每套房的窗口或阳台安装主动红外感应探头玻璃破碎感应器等。由于撬门、撬窗引起的感应器磁场破坏、玻璃振动、破碎或盗匪进入时造成的主动红外线被阻断都会引起系统的报警。对于安全要求较高的部位或主要通道可以安装红外探头。红外探头是通过探测人体的温度和物体移动来确定非法侵入,安全性更高。但同时也存在一个问题,如风吹动窗帘、家里的宠物进入设防区域和现场温度过高等情况都会引起系统报警。所以安装红外探头应尽量使防范区域避开可能活动的物体,如空调、窗等。对于家中有宠物的用户应按照宠物重量选用相应规格的具有防宠物功能的红外探头,这样可以减少因系统误报而引起的麻烦。如有盗匪撬门、撬窗或非法进入设防区域,报警探头会即刻将此信息传输给家庭报警主机,报警主机将此信息传输到用户预先指定的手机、座机或小区保安中心等同时可触发警铃。用户手机或座机所接收的信息可以是预先录制的语音信息,这会明确地提示意外情况所出现的位置。 家庭智能远程报警系统还能针对家庭中可能出现的火灾、燃气泄漏等危险情况的报警。 燃气泄漏感应探头安装于厨房当出现燃气泄漏时,现场燃气达到一定浓度,感应器立即 将此信号通过家庭主机传输到报警中心。对火灾的发生一般是通过烟感探头监控, 当现 |
场烟雾达到一定浓度后,感应器立即将此信号通过家庭主机传输到报警中心。这样可以避免因意外情况发生时不能及时发现和处理而引起的损失。
家庭报警主机一般都同时具有几个有线防区和无线防区,分别用于连接有线报警探头和无线报警探头。对于房间内已装修的用户来说无线报警探头至报警主机无需线缆连接,安装方便且不影响美观,但容易受外界因素影响,系统误报率相对于有线系统为高。有线报警系统误报率较低但由探头至报警主机需要有线缆连接,这对未预先埋设线缆的用户来说,明敷的线缆会影响室内装修的美观。所以在系统设计时应预先考虑这个问题。家庭电子安防系统的设置和日常操作十分简便。对于新安装的系统通过家庭报警主机对系统进行初始化设置,主要包括,对所有前端感应器进行分区设置防区类型可归纳为下面三类: ①不可撤防防区:任何时候触发都有效。如紧急按钮、消防的烟雾传感器和气体泄漏传感器等。②可撤防不延时防区:家庭成员回家后可撤防,离家时布防;一触发立即有效。如防盗的红外线传感器、窗磁传感器等。③可撤防延时防区:家庭成员回家后可撤防,离家时布防;当触发后延时一段时间才有效,在这段时间内可撤防。如防盗的门磁传感器;针对每个分区预先录制报警语音提示;设置报警电话号码序列;设置系统控制密码等。对系统的日常操作一般是通过随身携带的遥控器进行。当用户离家时对系统设防,回家时先用遥控器撤防以免开门引起报警。对于用户忘记带遥控器或离家时忘记布防的情况,用户可以通过电话对系统远程布防和撤防。
| 本课题设计侧重于安防的思路， 而是家庭信息化的整体解决方案。本系统既有防盗的功能， 还具有防火防盗的功效。本系统的特点是使用远程电话语音通知家庭主人，并在家中无人的时候模拟出家中有人一样的环境， 起到迷惑小偷的目的，使其主动放弃偷盗。系统实现的功能有，当家里传感器感受到信息时系统自动拨号通知主人； 当有陌生人进入家里时， 系统自动发电话通知主人； 主人可以在回家前发电话给系统将需要的家用电器自动打开。 |
参考书目：
1苏小会,徐淑萍, 谭宝成. 智能住宅报警监控系统的设计与实现[M]. 微计算机信息, 2004
2 杨恢先等.单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2003.3
3 赵亮等.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2003.3
4 何英等.Protel99入门与应用[M].北京:机械工业出版社,2001.1
5 李广弟.单片机技术[M].北京：广播电视大学出版社，2001年.
6李刚等编.51系列单片机系统设计与应用技巧[M].北京:北京航空航天大学出版社， 2004.1
7 张迎新.单片机微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京：国防工业出版社，1993年.
8 雷旭,何万强. 新型家用防盗报警系统[M].现代电子技术，2003
9 孙传友，孙晓斌，测控系统原理与设计[M]，北京航空航天大学出版社， 2007
10 徐晨，陈继红，王春明，徐慧，微机原理及应用[M]
| ，高等教育出版社， 2006 |
| 2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） |
| 一、总体硬件设计 防火防盗防煤气智能报警系统的硬件主要由部分组成: 传感器检测电路部分, 主控单元单片机,录音电路， DTMF 拨号电路, 声光报警电路, 键盘显示电路。 该系统以感烟火灾传感器、红外线防盗传感器、CO传感器为检测元件, 以C51单片机为控制核心, 组成的一种自动防煤气防火防盗报警系统。它可以通过多种方式进行报警和预警, 并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。系统有3种报警类型：煤气报警、火灾报警和非法侵入报警。 图1 系统总框图 系统采用多传感器电路检测火灾的发生和人体侵入,一旦出现火灾或是出现非法侵入,传感器检测电路发出信号,向单片机申请中断,单片机响应中断后,启动自动拨号电路,根据报警类型的不同拨打不同的电话号码,发送不同的报警信息。比如发生非法侵入的时候,系统自动拨打110,并在确认对方已摘机的情况下,启动语音报警电路,报出非法入侵现场位置等信息。同时,它还可以拨打用户事先预置的电话,直接向用户报警。这些报警信息的内容和电话号码可以由用户自己设置、存储,还可以随时修改。发生火灾、煤气泄漏的处理方式与此类同。本系统与电话机并联,只在报警期间占用电话线路,报警结束后与电话线路脱离,不影响电话的正常使用。 |
二、传感器监测电路
1、（1）感烟火灾探测器
该传感器采用光电感烟探测器JTYB－GD－SX3211，整个电路主要分为红外脉冲发射部分和接收部分。一旦发生火灾, 烟雾中的细微颗粒将对红外脉冲发生漫反射, 并变换成相应的电信号该信号由运放交流放大后, 经比较器送单片机处理并报警。
图2 光电感烟火灾探测器原理
（2）温度探测器： 温度探测器使用数字温度传感器DS1820, 它是一种三脚塑封芯片，提供9位温度读数，指示器件的温度，数据经过单线接口送入DS1820或从DS1820送出。因此主机CPU到DS1820仅需一根线（和地线）。DS1820的电源可以有数据本身提供而不需外部电源，因为每一DS1820在出厂时已经给出了唯一序号，因此任意多个DS1820可以存放在同一条单线总线上。这允许在许多不同的地方放置温度传感器。DS1820的测温范围从-55度到+125度，增量值为0.5度，可在1s内把温度变换成数字。
| 在本系统中, 温度传感器和烟雾传感器一起实现火灾检测. 如果温度和烟雾同时超标, 表示发生火灾报警; 如只是一项超标, 表示参数异常, 只是预警。 预警与报警的区别主要在于发送的语音信箱不同, 预警时通知用户温度(或烟雾) 偏高, 以提醒用户注意, 而报警则是通知用户现场发生了火灾。 温度和烟雾信号合成的火灾信号, 与键盘中断信号共用C51的INT0外部中输入端, 如图3所示。 |
图 3 中断信号连接示意图
当现场温度或烟雾出现超过设定值,或是有键盘操作时,触发INT0中断,协调执行火灾及键盘中断服务程序,在中断服务程序中查询PT2.0和PT2.1,若P2. 0 = 0, P2. 1 = 0,说明发生火灾,则转入火灾处理程序,进行火灾报警;若P2.0 = 0,P2.1 = 1,表示温度异常,则转入温度处理程序,进行高温预警;若P2.0 = 1,P2.1 = 0,表示烟雾异常,则转入烟雾处理程序,进行烟雾预警;若P2.0 = 1,P2.1 = 1,表示有键盘操作,则转入键盘处理程序,对用户输入的报警号码等数字信息进行显示后存储。
2、 远红外线防盗探测器
采用远红外线传感器作为防盗信号检测手段,具有价格便宜、抗干扰性能好、工作范围广等优点。该电路所产生的盗情信号接到C51的INT1外部中断输入端,当检测范围内有人体活动时,检测电路输出一系列脉冲信号,引起INT1中断,系统执行盗情中断服务程序。在实际应用过程中,该传感器可安装于需要监控的任何地方,并可通过开关设定为监控和监控解除2种工作状态。
防盗探测器电路由远红外线防盗探测器组成。在单片机内部进行信号处理时,将探测到的红外信号进行运算,检测到传感器端口的信号时,主机就会发出盗情报警信号,否则不予报警。
3、CO气体探测器
| 一氧化碳传感器MGS1100是一种新型的专门设计定位于家庭用途的CO气体检测器。其结构特点是采用微电子工艺，在傲型硅桥结构中嵌人的加热器上制作一层SnO薄膜，这种结构不仅使得SnO薄膜对CO气体在很宽的温度范围内都具有敏感性，且由于硅膜减少了热传导的热损失，从而大大降低了功耗。该传感器横截面的封装外形共有4个管脚， |
两个为加热端，两个为传感器输出端，通常加热器及SnO层的温度与加热电压V、加热电流I有关。在CO气体中，SnO层电阻会随CO浓度增大
而减小。传感器不能暴露在高浓度的有害性气体中，如挥发性有机溶剂、浓烟和氨气等。CO气体探测器是采用MGS1100一氧化碳传感器作为CO敏感元件,对CO响应的选择性好具有灵敏度高、稳定性好等特点。该传感器主要作为煤气泄漏检测,和上述的光电感烟探测器和温度探测器结合使用。
三、单片机
AT系列单片机在内部结构上基本相同，其中不同型号的单片机只不过在个别模块和功能方面有些区别。ATC51单片机内部硬件结构框图如下图所示。它由一个8位处理器（CPU）、一个256B片内RAM及4KB Flash ROM 、21个特殊功能寄存器、4个8位并行I/O口、两个16位定时/计数器、一个串行I/O口以及中断系统等部分组成，各功能部件通过片内单一总线联成一个整体，集成在一块芯片上。
图4 ATC51单片机内部结构框图
| ATC51单片机内部有256个字节的RAM数据存储器和4 KB的闪存程序存储器(Flash)，当不够使用时，可分别扩展为 KB外部RAM存储器和 KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。程序存储器是可读不可写的，用于存放编好的程序和表格常数。数据存储器是既可读也可写的，用于存放运算的中间结果，进行数据暂存及数据缓冲等。ATC51单片机对外部电路进行控制或交换信息都是通过I/O端口进行的。单片机的I/O端口分为并行I/O端口和串行I/O端口，它们的结构和作用并不相同。 |
四、 声光报警系统
报警装置可使用声光报警器，微处理器通过一只三极管驱动，就能获得很好的效果。
当预防火灾时，高温二极管发光预警；浓烟雾声音报警；火灾声光报警。当防盗时，声光报警。当煤气泄露时，声光报警。
图5 声光报警原理图
五、键盘显示及电话号码预设
本键盘采用4x4键盘。该部分电路的设计是采用清除键关闭该系统、复位键、数字键0-9，使用户录入电话号码、确认键、录音键共14个键。电话预设，按下预设功能键,开始输入号码,同时上面的液晶显示屏显示输入的号码,当输完一个号码后,按确定键。当一个号码输完后，开始记忆第二个号码。
六、DTMF拨号电路
| 系统使用MK8870型DTMF拨号专用芯片,该芯片是行列式按键输入芯片,即4条行线及4条列线组成16个按键,实践证明该芯片不但具有行列式键盘输入功能,而且与51系列单片机具有良好的接口性能。 |
图 6 DTMF拨号电路
如图6所示, 系统利用C51 完成对拨号芯片的控制, 其中R8, C5为复位元件, 完成上电复位, JT1使用6MHz晶体。这里用P1口的8根线完成对拨号芯片的控制。电话号码的拨出是利用控MK8870型DTMF拨号专用芯片的键盘行列输入端R1～R4和C1～C4来实现的，采用的是双音多频拨号方式。首先要使相应的行线和列线接通一段时间,然后再断开一段时间, 这样芯片便将双音多频信号送到电话交换机网络,实现电话拨号。
自动摘机是远程报警和接收电话的前提。程控电话交换机判断电话线路是否摘机的根据是回路电流突然增大到30A左右则认为电话已经摘机，本电路就是据此而设计的。当有报警信号或者外界有电话打入，需要系统摘机接通电话时，单片机变高电平，使三极管导通，从而电话回路被接通，实现了自动摘机。当单片机为低电平时系统实现挂机。
七、语音电路
| 语音电路在报警系统中录制和播放用户所要报警的语音信号，这些语音信号可由用户自己预先录制并能随时修改。语音电路主要由单片机C51和数字音频录放芯片ISD1420构成。美国ISD 公司利用其专利“直接模拟存储技术” , 把模拟数据成功地存入半导体存储器中。这种突破性的EEPROM 存储方法可以在每次取样后, 将数据暂存在取样保持电路中, 并最终将数据写入EEPROM 存储单元, 而不需要A/D 或D/A 的转换。这也是ISD 技术与其竞争对手在语音存储技术上的最大差别。这种技术产生的效果: ①比同等的数字存储方式增加了集成度; ②模拟数据的存储是不挥发的, 因此可多次进 |
行录放。在语音录入时， 按住录音键，开始录音，录完后松开录音键，则停止录音，并且保存为报警语音信号。
八、电源系统
本设计采用为单片机系统提供不间断电源。在正常情况下，系统由交流电网供电，同时电池组处于浮充状态，如果交流电供电中断，由电池组供电。
九、复位电路及晶振电路
在每个用户使用单片机实验板之前，我们都得使单片机复位，使处理器CPU 以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态。51系列单片机的RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，持续时间要有24 个时钟周期以上。例如：若MCS-51单片机的时钟频率为12MHz，则复位脉冲宽度至少应为2us。通常，复位有自动上电复位和人工按钮复位两种。自动上电复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST 引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST 端电压慢慢下降，降到一定程度即为低电平，温度控制报警系统开始工作。人工按钮复位的工作原理是：按钮按下后，电容两端被短路，RST 端电压上为高电平，温度控制报警系统进入复位状态，按钮断开后，电源通过电阻R1 对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，降到一定程度即为低电平，温度控制报警系统开始工作。本系统采用上电自动复位电路即可实现系统的正常工作。本系统采用的是12M晶振，所以选用22uF的电解电容和一个1K的电阻来构成复位电路就能满足系统的要求。
| 图7、上电复位电路 |
图8、晶振电路
| 十、（1）主程序流程图 |
（2）语音录制系统流程图
（3）语音播放系统图
| 指导教师意见： | |||||
| 1．对“文献综述”的评语： 2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： | |||||
| 年 | 月 | 日 |
| 指导教师： （手写签名） | |||||
| 所在专业审查意见： | |||||
| 负责人： （手写签名） | 年 | 月 | 日 |
