基于单片机的智能家庭安防系统设计

只看该作者 · 2019-6-15 17:13

基于单片机的智能家庭安防系统设计

　本文设计了一种基于DTMF技术的单片机进行远程控制的智能家庭防盗报警器，该系统能利用现有的公共电话网络随时实现异地监控家中的情况，并且家中发生危险情况时能及时将信息传递给主人，具有方便、安全的优点。

　　1．引言

　　随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，人们对家庭住房的防盗、防劫、防火设备的重视程度也在不断提高，所以现代社会有更多的人需要对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行监测和报警。为了有效的保证居民的生命财产安全，我们设计了一款智能家庭防盗报警系统。该系统是利用无处不在的电话网络进行监控，将AT89S51单片机、ISD4000集成语音芯片、HT1602液晶显示驱动芯片及集成电路组成的双音多频拨号电路等有机地结合在一起，构成一种功能先进、实用、成本低廉的家庭智能防盗报警器。

　　2．电路组成框图和基本工作原理

　　2.1电路组成框图

　　智能家庭防盗报警系统是由无线发送/接受模块、报警模块、键盘模块、液晶显示模块、语音模块、DTMF解/编码模块等构成，系统硬件总体框图如图1所示。

图1系统硬件总体框图

　　2.2电路基本工作原理介绍

　　当家中发生警情时，此时家中设定的无线模块或者其他传感器模块会发出异常信号给单片机，单片机接受到信号后立即发出现场声光报警信号来威慑侵入者，同时将单片机自动拨打预先存储在24C02中的电话号码给主人或者小区物业报警，以便及时采取防盗措施避免财产损失。

　　当主人在异地想*家中的情况或者遥控家中的电器的开关时，只需要拨打家中的固定电话号码，因为该报警系统的电话接口是并联在电话机上的，若铃声响五次后无人接通(具体次数可由软件设定)，则该报警系统就自动模拟摘机，在主人输入预定的密码后，就可以家中的动静以及控制家中电器的关、断。

　　当主人在家无须设防时，该报警系统还可以显示时钟、温度等等，还可以设定起床闹铃等多重功能，这些都可以结合软件和相关芯片来实现。

　　3．系统部分电路功能介绍

　　3.1 MCU模块

　　MCU器件采用AT89S51芯片，如图2所示。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，具有高密度、非易失性存储技术的特点，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。

图2 MCU模块电路图

3.2无线模块

　　无线模块主要是是处理红外、无线信号。包括门窗磁报警模块、火灾探测模块、有害气体探测模块等传感器模块。

　　在这里主要讲解门窗磁报警模块，门窗磁探测器选用无线门磁，由一块永磁体和门磁主体(内部有一个常开型的干簧管)两部分组成，其无线接受模块的传感器应用电路图如3所示。

图3无线门磁接受模块传感器电路图

　　H1是一个干簧管，当门闭合时，H1吸合，C1两端点位相同，Q1截止，Q2也截止；当门打开时，干簧管触点打开，有一个电流流过Q1的发射极、R32(和H12并联)、C1、R31、地，使得Q2饱和导通，输出低电平0给单片机，发出报警信号。

　　3.3报警模块

　　P3.2(INT0)连接防盗探测器，用来检测盗情，如果盗情发生，触发外部中断0，MCU接到报警信号以后，开始启动LED等闪烁报警，同时启动100dB的声音报警，来震慑入室的小偷，同时把信号送给电话模块，告诉主人或者报警中心有小偷入室。

　　3.4液晶显示模块

　　液晶显示模块采用LCD1602来实现，主要功能是用来显示时间、日期、家里的温度、以及报警的时候显示报警的类型等功能。

图4液晶显示电路图

　　3.5语音模块

　　语音模块的采用ISD4000芯片，其连接电路图见图5所示。

图5语音芯片连接电路图

　　3.6 DTMF编码/解码模块

　　报警器电路与用户电话机共用一条电话线。选用HT9200B做DTMF编码器，HT9170做DTMF解码器，其应用电路图见图6和图7。

图6 HT9200B电路图

图7 HT9170B电路图

　　给HT9200B提供确定的4位二进制数(比如电话号码)，从D0--D3输入，就可从13脚输出相应的DTMF信号，并将DTMF信号送到电话线上，实现自动拨号功能；HT9170的功能主要是将输入的DTMF信号变换为相应的二进制数，解码远程电话按键信号，传送到单片机，实现远程控制。

　　DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，即双音多频信令，基本上在全世界范围内使用在按键式电话机上，一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加构成。其中DTMF信号与电话按键关系见图8所示。

图8 DTMF信号与电话按键关系图

　　3.7 电话接口模块

　　电话接口模块包括振铃检测电路、摘机控制电路以及回铃检测电路。

　　振铃检测是指当振铃一定次数(比如5次，可由软件设定)后，若无人接听，则由主人输入密码，密码输入正确后，则由单片机自动模拟摘机，以查看家里的情况，若密码连续3次输入不正确则强行挂机。

图9振铃检测电路图

振铃检测电路电路图见图9所示，25Hz的交流振铃信号经过整流以后，再经过稳压，送入光电耦合器，再输出方波信号给单片机的外部中断0，用软件判别振铃信号。

　　模拟摘机检测电路电路图见图10所示。该电路利用三极管来模拟电话摘机。当Q4基级为低电平时，Q3的集电极和发射机断开，为挂机状态；电平时当Q4基级为高电平时，Q3的集电极和发射机饱和导通，为摘机状态，于是电话信号送入。

图10模拟摘机检测电路图

　　而回铃音、忙音、线路错误音等电话进程音是载波为450Hz的信号，各种信号不同的只是调制的周期、占空比不同，所以对这些信号的检测是检测450Hz的信号的周期和占空比。该电路利用锁相环LM567 构成检测电路(LM567 的中心频率调450Hz)，当输入信号为450Hz时候，LM567输出低电平，送入单片机利用软件区别各种信号，其检测电路见图11所示。