基于AT89C51單片機(jī)和傳感器實(shí)現(xiàn)家庭安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

家庭安全報(bào)警系統(tǒng)家庭安防報(bào)警功能是智能家居系統(tǒng)的重要功能，同家庭的各種傳感器、功能鍵、探測(cè)器及執(zhí)行器共同構(gòu)成家庭的安防體系，是家庭安防體系的“大腦”。報(bào)警功能包括防火、防盜、煤氣泄露報(bào)警及緊急求助等功能，報(bào)警系統(tǒng)采用先進(jìn)智能型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、由微機(jī)管理控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)匪情、盜竊、火災(zāi)、煤氣、緊急求助等意外事故的自動(dòng)報(bào)警。然而市場(chǎng)上出現(xiàn)的各類(lèi)家庭安全報(bào)警系統(tǒng)功能雖較齊全，但并不完善，明顯的不足之處就是報(bào)警號(hào)碼都是預(yù)先存入，而且沒(méi)有提供人機(jī)交互功能，用戶(hù)如因特殊情況需更換報(bào)警電話號(hào)碼時(shí)往往無(wú)能為力，其設(shè)計(jì)顯然不夠人性化，也給用戶(hù)帶來(lái)了諸多不便。明顯的不足之處就是報(bào)警號(hào)碼都是預(yù)先存入，而且沒(méi)有提供人機(jī)交互功能，用戶(hù)如因特殊情況需更換報(bào)警電話號(hào)碼時(shí)往往無(wú)能為力。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件部分采用AT89C51單片機(jī)作為控制中心，并且配有警情采集電路、報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、雙音多頻（DTMF）收發(fā)電路、摘機(jī)檢測(cè)電路、語(yǔ)音報(bào)警電路、鍵盤(pán)接口及LED各種電路用來(lái)顯示監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。

警情采集電路當(dāng)采集到警情信號(hào)時(shí)，單片機(jī)立即接通報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，同時(shí)由雙音多頻收發(fā)電路通過(guò)電話網(wǎng)絡(luò)撥打報(bào)警號(hào)碼向外界報(bào)警，當(dāng)摘、掛機(jī)檢測(cè)電路檢測(cè)到被呼叫方摘機(jī)后，單片機(jī)接通語(yǔ)音報(bào)警電路，通過(guò)事先錄制好的語(yǔ)音信號(hào)告知對(duì)方與警情相關(guān)的信息，對(duì)方掛機(jī)后，模擬掛機(jī)，完成自動(dòng)報(bào)警。鍵盤(pán)接口及LED顯示電路負(fù)責(zé)使用者對(duì)報(bào)警信息的顯示、修改與存儲(chǔ)，它由8×8鍵盤(pán)、8位8段數(shù)碼管及HD7279A控制電路組成，HD7279A通過(guò)定時(shí)查詢(xún)鍵盤(pán)和AT89C51進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。保安中心可以通過(guò)監(jiān)控管理軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種系統(tǒng)狀態(tài)，可以對(duì)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行雙向控制，還可以與公安局報(bào)警中心聯(lián)網(wǎng)并自動(dòng)報(bào)警，構(gòu)成多級(jí)聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)。

家庭報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要由報(bào)警主機(jī)、前端感應(yīng)器、遙控器和警鈴組成。

家庭安防系統(tǒng)前端感應(yīng)器控制的重點(diǎn)應(yīng)是犯罪分子侵入家庭主要途徑門(mén)和窗。住戶(hù)可以在入戶(hù)門(mén)上安裝門(mén)磁感應(yīng)器，報(bào)警鎖等。在每套房的窗口或陽(yáng)臺(tái)安裝主動(dòng)紅外感應(yīng)探頭玻璃破碎感應(yīng)器等。由于撬門(mén)、撬窗引起的感應(yīng)器磁場(chǎng)破壞、玻璃振動(dòng)、破碎或盜匪進(jìn)入時(shí)造成的主動(dòng)紅外線被阻斷都會(huì)引起系統(tǒng)的報(bào)警。對(duì)于安全要求較高的部位或主要通道可以安裝紅外探頭。紅外探頭是通過(guò)探測(cè)人體的溫度和物體移動(dòng)來(lái)確定非法侵入，安全性更高。

1.1 警情采集電路

警情采集電路負(fù)責(zé)各類(lèi)警情信號(hào)的采集，并向AT89C51單片機(jī)發(fā)送信息。警情采集電路構(gòu)成的主要原件，如下所示：

（1）煙霧傳感器。煙霧傳感器MQ-2可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)；

（2）溫度傳感器。溫度傳感器DS18B20體積小，集成了溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路，使用方便；

（3）防盜檢測(cè)器。人體熱釋電紅外傳感器SGP102能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，在信號(hào)輸出端輸出一個(gè)脈沖使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。

1.2 雙音多頻收發(fā)電路

MT8870是MITEL公司生產(chǎn)的DTMF解碼器，為CMOS電路，DIP封裝。它具有DTMF信號(hào)分離濾波和譯碼功能，可直接與MCS-51系列單片機(jī)接口。圖2為MT8870和AT89C51的接口電路。

輸入的DTMF信號(hào)經(jīng)MT8870解調(diào)后，在STD端產(chǎn)生一個(gè)控制輸出信號(hào)，該信號(hào)與單片機(jī)AT89C51的外部中斷輸入端INT1相連。當(dāng)該信號(hào)發(fā)生由1到0的跳變時(shí)引發(fā)中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，使MT8870的TOE端產(chǎn)生一個(gè)高電平脈沖信號(hào)，該信號(hào)使MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3由原來(lái)的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當(dāng)前輸入的雙音頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼，單片機(jī)通過(guò)P1口將該二進(jìn)制數(shù)讀入并識(shí)別出鍵值保存在RAM中。

1.3 語(yǔ)音報(bào)警電路

語(yǔ)音報(bào)警電路主要由語(yǔ)音電路、譯碼器和電子開(kāi)關(guān)組成，如圖3所示。

APR9600芯片采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)，噪音低，不怕斷電，可以反復(fù)錄放。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，單片機(jī)通過(guò)P2.2~P2.4控制電子開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)按鍵操作，啟動(dòng)相應(yīng)的錄音段，放出相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警信息，并且可以根據(jù)需要循環(huán)播放，播放次數(shù)由用戶(hù)自行設(shè)置。

1.4 鍵盤(pán)接口及LED顯示電路

HD7279A可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8個(gè)共陰式數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，也可同時(shí)連接多達(dá)64鍵的矩陣鍵盤(pán)。與傳統(tǒng)的鍵盤(pán)顯示器件8279相比，HD7279A外圍元件數(shù)目少，單片即可完成LED顯示和鍵盤(pán)接口的全部功能，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，而且和AT89C51相連只需4根線（CS、CLK、DATA、KEY），僅僅使用單片機(jī)的P1.4～P1.7口，大大節(jié)省了CPU的端口資源。由于HD7279A內(nèi)部含有消除按鍵抖動(dòng)電路，這樣就可以使工作過(guò)程的程序變的更加簡(jiǎn)單。如圖4所示的接口電路來(lái)了解運(yùn)行的方法。

P1.4/CS是HD7279A的片選線，P1.5/CLK是單片機(jī)產(chǎn)生的控制同步時(shí)鐘，P1.6/DATA是命令數(shù)據(jù)輸出/輸入線，P1.7/KEY是按鍵有效輸出端。CLK時(shí)鐘頻率約100 kHz，由單片機(jī)編程延時(shí)決定。在CLK的同步時(shí)鐘作用下，控制命令、顯示數(shù)據(jù)以及采用查詢(xún)方式讀取鍵盤(pán)鍵值代碼數(shù)據(jù)等均由DATA端輸入/輸出［3-5］。

2、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件功能均由軟件控制實(shí)現(xiàn)，針對(duì)系統(tǒng)硬件特點(diǎn)，軟件控制分警情采集和鍵盤(pán)查詢(xún)與顯示兩大模塊。其中警情采集又分聲光報(bào)警和電話報(bào)警兩部分。主程序負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使之進(jìn)入工作狀態(tài)，鍵盤(pán)查詢(xún)及顯示程序響應(yīng)用戶(hù)的信息輸入與顯示，警情采集程序通過(guò)調(diào)用相應(yīng)子程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。圖5和圖6分別為軟件主程序流程圖和鍵盤(pán)查詢(xún)與顯示程序流程圖，警情采集程序流程如圖7所示。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為了社區(qū)和居民的安全，在居民區(qū)、公司、銀行、辦公區(qū)、庫(kù)房等場(chǎng)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)，讓周?chē)氖忻窀臃判牡木幼?，系統(tǒng)的安全系統(tǒng)的研究考慮到了由于各種的因素，更加的安全的保護(hù)市民的財(cái)產(chǎn)，讓不懷好心的人沒(méi)有乘虛而入的機(jī)會(huì)。這樣就實(shí)現(xiàn)了研發(fā)這個(gè)系統(tǒng)的主要目的。

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