电子与信息工程毕业论文：家庭智能安防系统设计.doc

1、 本 科 毕 业 设 计 家庭智能安防系统设计 所在学院 专业班级 电子与信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 本文使用 AT89C2051 单片机和 ATMEGA16 单片机为主控制芯片，利用煤气传感器、烟雾传感器和人体热释电传感器实现家里煤气泄露、火 灾、小偷或强盗的处理和报警。为了引起家里或者邻居和小区物业的注意，还安装了蜂鸣器声音报警。为了平时的美观和便捷，系统还安装有 12864液晶显示屏，平时显示安全信息和时间，突发事件时显示当前状态。同时， ISD4004语音不断提示当前状态。再通过电话模块拨号，利用预存号码通知家人。比如：家里发生煤气泄露时，煤气

2、传感器感觉到情况，把信号发送给 AT89C2051 单片机， AT89C2051 再把突发事件通过无线模块传送给主机 ATMEGA16。当主机接收到信号以后，马上液晶显示语音提示以及蜂鸣器报警。 30 秒后无人处理，立 刻把已经输入的预存号码通过电话模块拨叫。 关键词： 单片机；传感器；语音 II Abstract This design uses microcontroller AT89C2051 and ATMEGA16 as the primary control chip, and utilizes gas sensor, smoke sensor and human pyroelec

3、tric sensor to realize the processing and alarm of the gas leak, fire smoke and the thief. In order to remind the attention of the family, neighbors or residential property, the alarm have installed the sound alarm of buzzer. For the beauty and convenience, the system has also installed a 12864 LCD

4、screen, showing safety information and time. When there has a sudden emergency, the screen can display the current state. Meanwhile, ISD4004 speech will constantly hint current status. Then dial-up through telephone, moduleusing stored number to call the family. For example: when there is a gas at h

5、ome, the gas smoke sensor first feels the signal from AT89C2051, and sends it to AT89C2051 microcontroller. Then the incident will be sent to the host ATMEGA16 through wireless module. When the host receives the anomalous signals, he will immediately alarms over the buzzer and LCD and voice. If ther

6、e are 30 seconds not to be processed, it will think that the master is not at home, then immediately plays stored number through telephone module. Key words： microcontroller; sensor; voiceIII 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 家庭智能安防系统的重要意义和发展前景 . 1 第二章 系统总体方案的设计 . 3 2.1 方案设计分析 . 3 2.2 总体方案的确定 . 3 第三章 系统硬件的实现 . 5 3.

7、1 系统硬件芯片介绍 . 5 3.1.1 ATmega16 芯片 . 5 3.1.2 nRF24L01 芯片 . 5 3.1.3 12864 芯片 . 6 3.1.4 ISD4004 芯片 . 6 3.1.5 MT8880 芯片 . 7 3.1.6 AT89C2051 芯片 . 8 3.1.7 LM386 芯片 . 8 3.2 系统硬件模块介绍 . 9 3.2.1 语音模块 . 9 3.2.2 电话拨号模块 . 10 3.2.3 液晶显示模块 . 12 3.2.4 无线收发模块 . 13 3.2.5 蜂鸣器报警模块 . 13 3.2.6 电源模块 . 14 3.2.7 传感器模块 . 15 第

8、四章 系统软件的实现 . 16 4.1 主程序流程图 . 16 4.2 语音模块子程序流程图 . 17 4.3 电话拨号模块子程序流程图 . 19 4.4 无线收发模块子程序流程 . 21 结束语 . 22 IV 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 23 附录一 电路图实物图 . 24 附录二 部分程序展示 . 25 语音子程序 . 25 电话拨号模块子程序 . 28 1 第一章 绪论 1.1 家庭智能安防系统的重要意义和发展前景 随着当代社会的发展，人们生活水平的逐步提升，人们注重的，已经不是基本的温饱问题了，而是更深层次的精神层面问题，比如生活的质量问题、住房的质量问题、安全问题

9、等等。因此，对于这样的社会大环境下，设计者开始将注意转移到了安防系统上。 现在，小区和住宅群的建立越来越普及，家庭是人们繁忙工作后休憩的港湾。家庭安全的问题日益凸显，每个家庭都会有存在安全隐患。不管是何种形式何种方法的侵害，都有可能伤害到人们，造成生命财产安全的损失。这样的隐患对企求安全人生的人们构成了很大的威胁。我们经常有这样一些情况发生，比如有些家庭不太注意，会放松警惕，或者给人可乘之机，造成火灾、煤气泄露、贼人入侵等不可预知的情况，后果不堪设想。这样的情况下就十分需要智能的机器来帮助人们降低悲剧发生的机率。以前的防盗属于治标，小区和住宅大面积的防盗门和防盗窗，而在外观上，防 盗窗明显地挂

10、在窗外，影响市容，远远望去一点也不美观，像监狱里的铁栏杆，压抑人的自由，影响楼房美观，市容整洁。而实际用途也远远没有看起来那么实用，首先，防盗窗就影响火灾或者入侵的救援，可能会阻碍火灾时候里面人们的逃生，也有可能会让罪犯方便地翻越然后逃逸。另一方来讲，随着时间的流逝，这些铁栏杆生锈腐朽，可能会从上空落下来，砸到行人砸到车子，后果也很难预计。这些事例都是新闻里老生常谈的消息。因此，我们如今的社会越来越需要智能家庭安防系统的设计和研发。它的好处将会有目共睹：它可以被设计为，在家庭发生危险事故的时刻立 刻电话报警，或者通知小区物业管理人员，或着通知家人，将损失降低到最小程度，为更多家庭提供一个安全舒

11、适的家居环境。把险情消灭在萌芽状态，减少各种损失，为家庭生活的安全舒适提供强有力的保障。对于社区物业来讲，它还可以因此提高对用户的服务水平，推动物业的发展，让物业能更好地进行管理。 我国的安防报警行业到目前为止，已经经历了二十多年，产品越来越智能化。目前市场上也不断涌现出很多智能化防盗报警电子产品，比如红外线，比如无线探测、电磁波等等。到目前为止，已有从业相关产品的单位数千家，产品种类也很繁多，发展到 10 余大类 ， 100多个品种。 1999 年初，根据相关统计部门对 7 类安防产品生产企业进行的初步统计得到数据：入侵探测器 13 家，防盗报警控制器 74 家，汽车防盗报警器 22 家，楼

12、宇对讲 104 家，防盗安全门 1366 家，防盗保险柜 245 家，机械防盗锁 42 家，其它类 124 家。类似盼盼、美心、视得安、立林等品牌企业的市场份额不断扩大，从一定程度上改变了我国安防产业小而全的落后局面，激发了安防行业的活力。而报警器的生产方为了自己的利益，专门设计大型的器件，因为这样可以让用户自己安装，方便了生产方自己，但是，这给了盗贼很大的机会去破坏，给 他们创造了破坏目标或反报警的条件。正常情况下，虽然我们都觉得偷盗或抢劫是非常少数的，而且觉得遇到这样事情的人也是很少数的，但结果是，由此引发的后果却给人们自己甚至整个社会造成很严重的危害。因此，为了防范于未然，应该重视安防报

13、警器的安装和使用。家庭安防系统具有着广阔的前景。 作为安防报警产品的市场，经过数次的调查，使用产品的人口数能够占到总人口数的 80%，2 因此这个市场的潜力是非常之大的。作为家庭安防报警系统的设计者，应当看到使用者的需求，提高系统的安装性能，提升人们对安防报警系统电话报警的可信程度，努力研发性 能稳定，但是体积较小的报警器。并且，现代社会的人们还要求家庭安防装置与房屋装修同步进行，能够隐蔽安装，能够做到与房屋装饰装修协调一致，既美观，又有实际用途，美观大方又实用。同时，家用电话报警在现代社会也迅速蓬勃发展 ,目前已经能够做到保证家用电话报警器防破坏、防反报警，遇盗时能准确无误地汇报情况。随着时

14、间的推移，千家万户对电话报警器的可信度也逐渐提高，原来的防盗门防盗窗这些铁栏杆也被消除了。因此安全的首要问题是防盗防火防煤气泄漏，而在防火防盗方面，语音的作用也不可忽视。语音播报能清楚地提醒家人或者使邻居察觉到 突发事件的种类，以便于能及时准确地处理当前事件。和之前的房屋美观相呼应，平时也能安装作为时间显示的液晶，待到突发事件时也能起到引导的关键作用。到那时，千家万户的需求正是安防报警行业的市场前景。众所周知，这些产品对家庭安全的贡献是很大的，不仅在真实情况下有帮助，在人们心理上也渐渐筑成了坚实的堡垒。因此，随着科学技术的日新月异，电子的产品更新速度也越来越快，人们对家庭安防的需要也越来越明显

15、，相信它的前景会越来越美好。 3 第二章 系统总体方案的设计 2.1 方案设计分析 目前，小区安防工作在物业管理的过程中有 着至关重要的应用，因此安防系统的安装是小区发展的必然趋势。根据查阅的资料，目前使用较多的包括有防盗报警、电话报警，这两项设计也将被应用到本次的论文中来。还有红外线应用报警、煤气泄漏报警，这两项也将会适当进行研究。还有楼宇对讲系统、电视监控等。电视监控和红外线应用报警可以装在一些比较重要的出口，而防盗报警、电话报警，以及煤气泄露报警等单独意义上的报警则应被安装在每个家庭内部相应的地方，并且最好能够和物业相连，能够及时取得关注和报警 2、 3。 本次设计就是借鉴了其中的防盗报

16、警、红外线防范系统和煤气泄漏报警。 除 了上述所提到的一些报警系统之外，我还有了解到像围栏报警、入园识别、楼宇对讲、小区监控等设计，可见，目前的安防系统设计方案多样，人们的创新思路也日新月异。下面，来选择几个系统进行研究，为接下来的设计做铺垫： 首先，红外线防范系统是可以借鉴的系统，它具有以下可以借鉴的地方：它不会像防盗门、防盗窗一样要限制住人们的生活，压抑住人们的自由。它能给人广阔的空间。而且重要的是，它的精确度十分高。能够有效地降低错误率，避免像其他系统一样造成不必要的错判。对于小区来讲，还可以方便物业进行统一管理。 除此之外，语音模块的报警 也是一项新的事物，它主要的功能是为了能够使注意

17、到的人能区分突发事件的种类，比如，火灾时候提示着火，烟雾浓厚时候可以提醒煤气泄露等等。 还有调查到的无线智能防盗报警系统也是同样。它是利用微电脑控制技术，也即微控制器控制的，利用电话网报警的系统，它能将众多功能集为一体。而且它的好处是，可以使用现有的通信网络比如电话线，就不用再重新安装，方便快捷，并且可以多址报警 8、 9。 因此本次设计也加入了电话拨号的功能。 增加液晶显示的功能可以增加安防系统的美观性，和之前的房屋美观相呼应，平时也能安装作为时间显示的液晶，待 到突发事件时也能起到引导的关键作用。因此发展到今天，按照制作原理不同，市场上产品已发展到种类繁多。安防行业的应用水平也在不断地提高

18、。随着科学技术的发展，特别是信息网络技术的飞跃发展，极大地促进了安防技术的发展，提高了安防行业的应用水平。 可以说，以上的几种报警系统都是既安全又美观的防盗安全设施，都能给家庭安防带来美好的前途。 2.2 总体方案的确定 根据总体方案的分析，本次设计的硬件总设计框图设计为如图所示，本设计主要由九个模块组成，包括 AT89C2051 单片机控制模块、 ATMEGA16 主机控制模块、 nRF24L01 无线接收模块、 nRF24L01 无线发射模块、 12864 液晶显示 模块、 ISD4004 语音模块、 MT8880 电话拨号模块、传感器模块、电源模块组成。 4 主控制芯片采用具有 32 个

19、通用 I/O 口线的 ATmega16。由传感器感觉到情况后把信号发送给AT89C2051 单片机，具有 128 字节 RAM， 15 根 I/O 口，两个 16 位定时器 /计数器的一个主控制芯片。 AT89C2051 再把突发事件通过无线模块 nRF24L01 传送给主机 ATMEGA16。 nRF24L01是一款 125 个频道的新型单片射频收发器件，它有多种低功率 工作模式，比如掉电模式，比如空闲模式等等，使得节能设计更方便。无线发射模块 nRF24L01 再和无线接收模块 nRF24L01联系并传输数据。当主机 ATMEGA16 接收到无线接收模块 nRF24L01 的信号以后，马上

20、开始发发散各种信号，包括液晶 12864、语音 ISD4004 以及蜂鸣器报警。 12864 是一款带有中文字库的 128*64 点阵的液晶模块。内置含 8192 个中文汉字和 128 个 16*8 点 ASCII 字符集的中文字库，可显示 8*4 行 16*16 点阵汉字及图形。 ISD 系列语音芯片 ISD4004 是一个放音效果非常真实、自 然的芯片，支持单片 8 -16 分音频录放。蜂鸣器是广泛应用的一种元器件，如报警、音乐等，它经常被应用于多种场合，但需要一个电流放大的电路才可以驱动，因此本设计通过连接一个三极管来增加电流。 30 秒后无人处理，系统立刻已经输入的预存号码通过电话模块

21、 MT8880 拨叫。 MT8880 是一个带有呼叫处理滤波器的单片 DTMF 信号收发器，它的制造采用的是低功耗高稳定的 ISO-CMOS 技术，功耗低，可靠性高。 图 2.1 设计方案硬件总框图 ATMEGA16主机 蜂鸣器报警 ISD4004语音 12864 液晶显示 MT8880电话拨号 nRF24L01 无线发射模块 AT89C2051主控制芯片 煤气传感器 烟雾传感器 红外线传感器 nRF24L01 无线接收模块 5 第三章 系统硬件的实现 3.1 系统硬件芯片介绍 3.1.1 ATmega16 芯片 主控制芯片采用 ATmega16，如图 3.1 所示其原理图，简介如下： ATm

22、ega16 的内部属性一是具有 16K 字节的可编程 Flash，二是 1K 字节的 SRAM，三是 512 字节的 EEPROM。外部的属性一为 32 个通用 I/O 口线，二为 32 个通用工作寄存器。其他属性一为数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz，这个数据比普通的 CISC 微控制器多出最高能达到 10 倍，可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。三是一个低功耗的 8 位 CMOS 微控制器，内核具有丰富的指令集，四是有三个定时器 /计数器，五是所有的寄存器都直接 与算逻单元 ALU 相连接，意思是，如果执行一条指令，那么，芯片就可以在一个时钟周期内同时去访问两个独立的寄存器。这种结构

23、的意义在于，很大程度上提高了代码处理的效率。六是有可编程串行 USART，七是有起始条件检测器的通用串行接口，八是一个 SPI 串行端口，九是有片内振荡器的可编程看门狗定时器，十是有片内 /外中断，十一是它支持片内调试与编程，十二是它具有六个省电模式，并且可以通过软件进行选择。 图 3.1 ATmega16 芯片 3.1.2 nRF24L01 芯片 nRF24L01 是一款 125 个频道的新型单片射频收 发器件，既可以用于接收信号，又可以用于发送信号。它的基本情况为：具有 QFN20 引脚 4 mm 4 mm 封装，具有自动应答和自动再发射功能。它的内部属性为：一是 2.4 GHz 2.5 GHz ISM 的工作频段，二是 1.9 V 3.6V 的供电电压，三是 l Mb/s 或 2Mb/s 的数据传输率。内置的功能模块有频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等，功能齐全。在平时的工作时， nRF24L01 的功耗相对于别的产品而言较低，比如，当以 -6dBm 的功率发射时，工作电流也只有 9 mA，接收时，工作电流也只有 12.3 mA。它有多种低功率工作模式，比如掉电模式，比如空闲模式等等，使得节能设计更方便。 在应用方面，无线模块能被广泛应用于很多领域，如无线数据通讯、安防系统、遥控装置等。