基于單片機的智能家居安防監控系統設計與實現

摘 要：為了解決傳統家居安防系統存在的布線困難和維護費用高的缺點，提出了一種基于單片機技術的智能家居安防監控系統。設計了以52單片機為控制核心的智能家居安防系統。通過DTMF公用電話網和CAN 總線傳遞的多節點家居安防系統設計方案。智能家居安防系統集防火、防盜、防燃氣為一體， 可實現自動檢測與自動語音撥號報警。詳細介紹了DTMF收發電路、通話電路和CAN 總線傳輸等電路。本系統還能顯示險情種類信息的功能，并且能夠在現場對火災進行鈴聲報警的功能。

關鍵詞：AT89S52單片機 家居安防 控制器 計算機技術 IC 卡技術

1.AT89S52單片機簡述

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 系統可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應用系統中得到廣泛應用。

2.系統總體構成

單片機控制DTMF收發電路、數字語音電路、摘掛機控制電路。探測器能夠迅速、準確地監測到住宅的異常狀況， 經確認后及時傳送到控制器， 再由單片機來控制電話接口電路， 實現虛擬摘機，自動撥打預先設置的電話號碼進行語音報警并通知管理中心。當監測到對方回應后， 自動恢復警戒狀態。

3 硬件設計

系統主控部分采用AT89S52單片機， 無需擴展外部存儲器，看門狗電路采用具有可編程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存儲了標志字段、話機號碼、警情代號、系統設置等數據信息，數字語音電路采用數字語音芯片ISD1420。

3. 1 振鈴檢測及模擬摘掛機單元

系統并于電話線兩端， 時刻處于監控狀態， 不會影響電話的正常工作。當系統接收到振鈴信號時，會進行振鈴檢測。振鈴信號經三個反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若3次振鈴后無人接聽， 則系統進入自動摘機狀態。

3. 2 DTMF收發單元

DTMF收發電路采用DTMF信號編/解碼芯片MT8880[ 5] 芯片，單片機通過DTMF收發電路撥出電話號碼進行電話報警。

MT8880提供了與微處理器相連的接口， 以對其發送、接收和工作模式進行控制。它的接收部分采用單端輸入， 由R27、R28和C16 組成， 其輸入電壓增益為1， 通過改變R28可調節輸入信號的增益。它的發送部分由R29、C17、C18和XTAL2構成。它的控制部分由R30 和C19 構成。IRQ /CP 與單片機P3. 5 腳相連。當MT8880接收到有效的雙音多頻信號時， 單片機進行中斷處理。MT8880 的IN - 端和通話電路TEA 1062 的QR 端相連， MT8880 的TONE端和TEA1062的DTMF端相連。

3.3通話單元

通話電路使用電話機專用通話集成電路TEA1062。送話時， 語音信號（來自ISD1420）通過M IC + 引腳輸入， DTMF信號（來自MT8880）通過DTMF引腳輸入， 經過TEA1062 放大后從LN 引腳一起送到電話外線上。受話時， 信號通過消側音網絡， 從IR 引腳輸入， 放大后從引腳QR 輸出， 分兩路： 一路送到ISD1420的ANA IN 端供語音錄制用，另一路送到MT8880的IN - 端提取DTMF信號。

3. 4 CAN 總線數據傳輸單元

CAN 總線數據傳輸單元由兩部分構成， 一部分是CAN 控制器， 實現對總線數據的交互與控制， 另一部分是CAN 數據收發器， 實現數據的網絡傳輸。

單片機AT89S52通過控制CAN 控制器來實現對總線的訪問， 同時還負責功能單元的測量和控制。 AT89S52 通過中斷方式訪問CAN 控制器SJA1000， 為了增強CAN 總線節點的抗干擾能力，SJA1000通過高速光耦6N137 與CAN 總線驅動器PCA82C50 相連。PCA82C50 的CANH 和CANL引腳各自接了一個5 的電阻與CAN 總線相連， 可以起到限流作用， 以免PCA82C50受到過電流沖擊。

4 軟件設計

系統的軟件采用模塊化設計， 主要包括主程序模塊、CAN 通信模塊、振鈴檢測模塊、語音報警模塊、DTMF收發模塊等， 這里主要介紹主程序和CAN通信模塊設計。

4. 1 主程序設計

主程序主要完成各功能模塊的調用， 檢測系統輸入， 然后根據系統狀態進行判斷處理。程序進行主循環之前還要進行必要的初始化， 如MT8880、ISD1420、SJA1000、相關標志位等。

5室內安防子系統組成

（1）門磁感應器：一般裝在門及門框上，若有人非法闖入，家庭主機報警，管理主機會顯示報警地點和性質。

（2）紅外線幕簾探測器：主要裝在窗戶和陽臺附近，探測非法闖入者，采用紅外探頭，通過薄薄的一層電子束來保護窗戶和陽臺。

（3）熱感紅外探測器：一般安裝在客廳，通過檢測人體溫度來報警。

（4）燃氣探測器：安裝在廚房，當煤氣泄漏到一定濃度時而報警。

（5）煙感探測器：安裝在臥室和客廳，檢測家居環境煙氣濃度而報警，可作為消防報警。

（6）緊急求助按鈕：一般裝設在較隱蔽地方，家庭發生緊急情況（如打劫），直接向保安中心求助。

6設備安裝

（1）家庭控制器：暗裝（或明裝）在墻內（上），其底邊距地面1.4m左右。家庭控制器應設置在住戶大門附近（宜距戶門0.5m以內），且容易操作（包括設防與撤防）的地方。

（2）可燃氣體探測器：安裝在廚房內的燃氣管道、灶具附近，當住戶使用的是天然氣，燃氣探測器吸頂棚安裝在距頂棚300mm以內的地方；當住戶使用的是液化石油氣，燃氣探測器安裝在距地面300mm以內地方。

（3）感溫探測器：設置在廚房內，它吸頂棚安裝。

（4）感煙探測器：設置在起居室、臥室等房間內，它吸頂棚安裝。

（5）緊急按鈕開關：設置在起居室沙發和主臥室床頭附近的墻上，及衛生間的墻上。緊急按鈕開關暗裝在墻內，其底邊距地面0.5m‐1.2m。

（6）門（窗）磁開關：安裝在門扇和門框內或窗扇和窗框內。

（7）被動紅外侵入探測器或被動紅外/微波雙技術探測器：安裝在住戶的主要通道、重要的房間內，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。

7系統調試

在系統聯調中，最重要的一個環節就是供電電源的正確性（不能斷路、短路，供電電壓要符合設備的要求）。經多次的實驗證明，這是一個既常見又重要的問題。其次就是信號線路的連接正確性、極性的正確性、對應關系的正確性（例如輸入、輸入的對應關系），需要用到的測試工具萬用表。當系統聯調出現問題時，應判斷是哪一個設備系統出了問題，這樣就會化整為零的解決問題。在系統聯調的過程中，可以同時完成某些性能指標的測試，應對需測試的地方做出一個記錄。當單個設備的初步檢測完成后，就可以進入整個系統的調試，實現功能性。

8.結束語

實驗結果證明，采用AT89S52單片機為核心，基于CAN 總線和DTMF技術的新型智能家居安防系統， 使原來小區安防系統的實時性和可靠性有了一個新層次的提高。將家庭生活相關的各種應用子系統有機的結合在一起，為人們提供更加舒適、高效、便捷、安全的現代居住環境。

參考文獻

[1][宿國棟，靳偉].30 kW 雙轉子永磁發電機磁場有限元研究

[2]安全技術防范原理、設備與工程系統.北京：電子工業出版社.

[3][金文光]等.安防系統工程方案設計.西安：電子科技大學出版

[4]天煌教儀.樓宇智能化安裝與調試實訓指導冊

作者簡介：

彭輝（1982年7月），男，漢族，重慶合川人，本科，重慶工程職業技術學院實驗師，主要從事電子電氣專業實訓教學