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1、题 目： 家用无线防盗器的设计 学 院： 机械与电子控制工程学院 专 业： 测控技术与仪器 1.1课题的研究背景随着社会经济的飞速发展和人民物质生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。然而经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，社会结构、社会治安日趋复杂，社会矛盾开始凸显1。随着流动人口迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，并且危害越来越严重，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以
2、往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求；这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求2。人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、造价高或使用复杂而难于普及3。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在
3、工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭、仓库、银行等重要场所的低价位、运行可靠的多功能智能型安全防范报警系统，对室内出现的入室盗窃事件自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行4。1.2防盗报警系统的国内外研究现状随着科学技术的迅猛发展，人类已经步入了信息时代，智能化住宅也应运而生，计算机技术、网络技术、控制技术、通信技术等各种技术的发展为智能建筑的发展打下了坚实的基础。另一方面社会上广大的开发商、工程业主等也逐渐加大了智能建筑的投资。住宅智能化现在还没有确切的定义，它一般包括住宅安全自动化，通
4、信自动化，保健自动化和管理自动化。安全技术防范行业是智能住宅安全自动化的一个重要内容，随着近几年国际互联网技术的发展，安防行业得到快速发展5。在我国，家庭安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的基础，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。家庭智能报警便是其中的一项内容，报警器应具有多个探测器接口，可接收红外及微波探测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号，然后通过通讯网络将报警信息传送到相关人的通讯设备上，以使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全6。报警设备主要是在两方面发展较快，一方面是探测器技术和探测器的发展
5、，一方面是远程报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术，各种不同类型的探测器也纷纷涌现。这方面最有前途的是复合式探测器，即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器，两者组合后误报率将会大大降低7。复合式探测器一般有超声波/被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。远程报警系统的发展主要表现在出现了有线式报警系统、无线式报警系统，报警联防网络等。目前我国有关报警系统方面的产品也愈来愈丰富8。按照报警系统的规模可分为小规模、中规模和大规模报警系统。小规模防盗报警系统近年来在市场上较多见，例如无线式系统。它具有安装方便、简单，一次性投资小的特点，但
6、它存在覆盖面积小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。但由于此类产品具有体积小、耗电低、成本低、功能单一等优点，对于一些简单的报警场合和个人家庭，具有很大的市场潜力，目前此类产品在市场上非常活跃9。中规模防盗防警系统，例如闭路电视监控系统、智能监控系统，无论从功能上，还是从结构上，都介于小规模防盗报警系统和大规模防盗报警系统之间。其报警功能、有关技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差，与微机系统相比，此类系统缺乏人机界面、图形功能和管理功能，性能价格比较低10。目前市场上有不少此类产品，例如美国C&K 公司的2300 系列，美国ADEMCO 公司的4110 系列防盗报警系统，国内此类产
7、品如康必特电子技术研究所生产的CPT-302 传呼报警系统，中国金辰安全技术公司研制的TW-A 防盗驱逐报警系统等。大规模防盗报警系统一般都是指微机监控系统，微机监控系统能充分发挥微机的作用，利用微机软件灵活多变，人机界面友好，管理操作简单、方便，图形丰富等特点而做成的监控软件，可监控数十个甚至上百个控制分机，性能价格比较高。国外此方面的系统研究得较早，有系列的商品，如美国C&K 公司的“MONITOR”监控软件等。国内在此方面的系统较小，产品没有形成系列化和商业化，只有一些简单的微机软件监控系统11。1.3课题的研究目标和意义虽然安防技术飞速发展，但是我国的智能住宅的普及程度相对国外来讲，还
8、有很大差距。众多家庭的安防防范还是主要依靠安装防盗窗、防盗门以及人工防范。这样不仅有碍美观，不符合防火的要求、而且不能有效地防止坏人的侵入。现在全国都在开展建设安全文明小区的活动，提出取消防盗门窗，“走出牢笼”的口号12。采取技术手段防范和打击不良行为不失为一种行之有效的方法。可是，现实生活中防盗装置并未在一般企事业单位和个人家庭中得到十分广泛的应用，没有发挥此类防盗装置应有的作用。究其原因，除认识上的问题外，主要是防盗产品的性价比不能适应社会的要求13。如银行、大型商场、仓库采用的带摄像、报警、监听，甚至门窗自锁等功能的防盗系统，性能虽好，但价格不菲，非一般企事业单位和个人家庭所承受。我们对
9、现有的国内外相关专利进行了查询和比较。目前可查的专利主要有红外线防盗网，反射式红外线防盗网，无线主动红外防盗报警窗14。从国内来看，比较高档的一般为进口货，价格昂贵，且多为有线连接方式。国内产品尽管不少，但多为模拟电路形式，且结构和功能简单，可靠性差，难以联网15。近几年也出现了一些比较先进的国产产品，如安装有图像传感器基于彩信的家用无线报警系统、红外防盗报警系统、短距离的无线报警系统、基于短信的无线报警系统。本文综合之前各种产品的优点，利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种无线智能防盗系统，真正的适合家庭使用。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户，及布线不方便的场合。
10、本系统基于电话网络但是与电话互相独立不会影响电话的正常使用，并通过语音提示操作，人机交互友好。智能化防盗技术的发展与进入二十一世纪信息技术的腾飞正迈入一个全新的领域，智能化安防技术与计算机之间的界限正逐步消失。目前，智能化防盗技术的发展己取得了瞩目的成就，随着企业和住宅小区需求的凸现，数字化智能报警当前面临新的发展契机16。目前关于家庭防盗的专利和产品仍具有如下缺陷：1、基于彩信的防盗系统需要电脑的支持，而且图像传感器的价格不菲，在家庭普及不太现实。2、基于短信或彩信的防盗系统，由于手机接受短信时反应不够明显，不能及时的引起用户的注意通知户主，且万一手机关机没有进一步的措施。3、这些系统还有一
11、个共同的缺点，容易出现误报，往往由于小动物进入或窗帘的飘动而报警，从而引起不必要的恐慌。4、繁杂的布线，不仅安装不方便而且影响居室的美观。5、布防撤防的过程繁琐，不利于操作17。为了解决以上问题，我们选择设计了家用无线防盗报警系统。该系统结合红外微波探测技术、无线数据传输技术，在出现异常情况时，自动依次拨打设置好的电话通知用户。与现有技术相比，该系统具有以下优点：1、利用了家庭中十分普及的电话和手机作为支撑，因而成本低廉、性能可靠、功能易于扩充、应用范围广；2、采用无线数据传输技术，无需繁杂的布线，安装方便，不会影响居室的美观同时也不易被犯罪者察觉；3、由于采用模块化设计，用户可以根据不同的需
12、求和经济承受能力，购买相应的模块组成满足要求的报警器；4、摈弃了一一对应的监控模式，用户只要增加前端报警模块的数量即可实现多场景监控，避免了不必要的浪费；5、自动拨号报警，在布防状态时，当有人非法侵入，主机会自动拨通电话通知用户，报警电话可设四组。一组电话遇忙不通，则自动转拨下一组，拨通后立即播放事先自行录制的报警求援录音。6、采用复合传感器检测，大大降低了误报的可能性18。1.4论文的主要研究内容本论文需要研究的内容主要有以下几个方面：1、分析目前市面上的家用防盗报警器的发展现状和存在的各种不足；2、根据系统功能要求并且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计方法，方便
13、系统的调试、维护和升级；3、系统硬件设计，包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计等。主要内容包括：电源电路设计、无线接收发射电路设计、DTMF拨号电路设计、DTMF解码电路设计、语音电路设计、电话接口电路设计、有线防区接口电路设计、内置警号驱动电路设计、人机界面显示电路设计等；4、系统硬件的印制电路板(PCB)的设计；5、系统软件设计，包括系统主程序、无线自适应解码模块、内置警号音调软件控制模块、DTMF软件解码模块、话线断线无线呼救软件模块等功能模块的软件设计；6、系统硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术的研究与实现19；根据本课题欲实现的功能和所要研究的内容，应采取以下研究步骤来
14、实现：1、进行系统整体方案设计与可行性研究、合理的将整个系统划分成各个功能模块；2、各个功能模块的电路原理设计、元器件(芯片)选择与特性测试；3、各个功能模块的软硬件调试、各个功能模块的整体调试、系统整体电路调试、系统整体软件调试、最后进行联机调试；4、抗干扰设计应贯穿于整个设计过程之中20。主要参考文献：1 任杰基于彩信的无线红外防盗报警系统的硬件设计D河北工业大学，20072 胡敏强智能防盗报警主机的研制D广东工业大学,20093 李雪梅热释红外无线报警器J山东纺织经济 ，2006（3）：77-784 徐甲强，张全法，范福玲传感器技术（下册）M哈尔滨工业大学出版社，20045 张丽，樊文生
15、单片机应用系统的软件抗干扰策略J通信技术，2008，48（1）：125-1266 许进雄无线防盗报警探照灯自动/手动控制器的制作J实用电子制作，2007(4)：177 魏庆安基于电话自动拨测系统的拨测模块的研究D哈尔滨工程大学，20068 代新鹏智能型住宅安防报警系统的研究D中国工业大学，20059 史纪元，黄忠义无线防盗报警系统的设计J潍坊学院学报，2005，5（6）：32-3410 许礼捷室内监测报警系统的设计开发东南大学D200711 崔占琴，马虎山一种无线报警器的设计与实现J现代电子技术，2006（6）：32-3312 Shenzhen Dspan Electronic Co.DSPF
16、05PEB/OL.2003-5.13 施建珍无线控制的智能家居安保系统研究及应用D东南大学，200614 安阳市新世纪电子研究所超再生接收模块J04V技术规格书EB/OL2003-0515 张丹平小单元远程报警与智能防盗系统的研究D鞍山科技大学，200016 代新鹏，王书茂MT8888在家庭安全自动报警系统中的应用J微计算机信息，2005，21（5）：113-11417 陈劲松，程新明，魏忠，郭盛刚DTMF信号接受/发送芯片MT8888在通信中的引用J空军雷达学院学报，1999，13（2）：71-7318 张立臣DTMF信号收、发芯片MT8888原理及应用J国外电子元器件，2001，（9）：3
17、0-3119 MITEL,Inc.MT8888C/MT888C-1 integrated DTMF Transceiver with intel Micro interfaceEB/OL.1995-05.http:/www.EE.20 郭云志智能无线防盗系统设计J电子工程师，2008，34（3）：75研究方案：2.1系统设计思想对于单片机系统来说，要想其能够可靠的工作，具有良好的性能，硬件设计是最为关键的地方之一。硬件就好比系统的骨架，只有硬件具有了高可靠性，才能支撑起软件良好实现系统所要达到的功能。正是由于硬件系统的这种特殊地位，所以在硬件的设计过程中必须有一个可靠的设计原则。针对本系统的功
18、能特点、应用范围和市场需要，在本系统的设计中的基本设计原则如下：1、可靠性高高可靠性是系统应用的前提，是防盗报警产品的生命线。在系统设计的每一个环节，都应该将高可靠性作为首要的设计准则，系统一旦失去了可靠性也就失去了产品的生命力。因此，针对系统在具体使用过程中可能存在的情况根据理论原理对系统的设计方案深刻论证严格把关。2、性能价格比高本家用防盗器具有体积小、速度快、功耗低等特点，并且集成了丰富的硬件资源，具有很高性价比。在设计硬件时，尽量地做到简化设计，减少元器件的使用数量，提高复用度。3、功能完备，操作简便，高度人性化强大、完备的功能将受到更多用户的欢迎，显著增加产品在市场上的竞争力。在设计
19、家用无线防盗报警器的硬件、软件系统时，针对很多同类产品的不足，相应地增加了家用无线防盗报警器的功能。实现功能完备的同时，系统的操作使用上，尽量做到简单、方便，高度的人性化。比如说设防时只需要拨动一个按键就可以；用户在使用电话机键盘进行系统设置时，用户每一步的操作都有恰当的语音提示；系统状态全面直观，一目了然。4、功能可扩展一个有广泛使用性和强大市场生存力的系统必须在系统设计时考虑以后系统的可扩展性。能够实现不用改变或者改变很少即可用于其它的场合，或者根据要求能够增加系统的处理能力，使系统具有良好的可升级能力。只有具备可扩展性，产品才能够在市场上长时间的存在下去，否则会很快的被市场所淘汰。因为这
20、样的产品属于阶段性产品，只能满足社会某个特定时期的要求。本系统的设计充分考虑到了以后的系统升级需要。 5、模块化设计根据本系统是用于防盗报警的这一特殊应用目的，系统尽量使用模块化设计，实现模块化积木式组合与拆分的功能，便于以后的升级换代，减少二次投资，可以满足报警场合的重要性和复杂度以及使用对象对功能和价格的选择。2.2家用无线报警系统的总体构成根据系统拟达到的总体功能，家用无线报警系统划分为以下功能模块：前端信息采集模块、核心控制模块、无线传输模块、电话控制模块和外围功能模块等五个模块。系统组成框图如图1所示。图1家用无线报警系统组成框图单元模块的组成及功能如下：1、前端信号采集模块它是一个
21、红外微波复合探测器。它作为整个报警系统的最前端，完成触发报警信号的工作。红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，同时微波传感器根据多普勒效应将人体反射回来的频率变化的微波转化成电信号，两种电信号相与得到的电信号作为报警信号发送到前端信息处理模块。2、无线传输模块在本设计中选用MC55来完成传感器与主控器之间的通信，无线传输模块包括无线接收模块和无线发射模块。3、核心控制模块采用单片机AT89C51与各模块之间进行数据交换和过程控制。它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作，考虑到系统的功能性、经济性等因素，采用的是低
22、端的、性价比较高的AT89C51单片机。4、电话控制模块拨号电路主要采用MITEL公司的编译码集成芯片MT8888来完成电话号码的发送、配合单片机完成电话线上各种信号音的监测等工作。5、外围功能模块语音电路采用美国ISD公司的高保真录放一体化语音芯片ISDl420来完成报警时进行语音提示的预存工作，根据警情的不同进行相应的提示语音录存。其它的外围设备包括一些输入输出设备：键盘、报警蜂鸣器、按钮或开关、各类指示灯等。键盘用于用户密码的输入、修改、预存电话号码的输入等；报警蜂鸣器和各类指示灯用于声音报警和系统不同工作状态的指示；按钮或开关用于系统电路调试工作或一些用到手工触发的场合。考虑到系统使用
23、时的安全性和保密性，特设计了密码控制电路，只有主人才可以通过密码验证来控制系统的运行和停止。看门狗电路完成对系统电源电压的监测工作， EEPROM中存储系统的一些原始参数、重要数据(预存电话号码、系统密码等)。2.3系统的预期效果复合红外微波探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如大厅，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域，当系统设定为布防状态时，一旦有人入侵，报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，蜂鸣器发出声响报警、驱赶侵入者，同时用户端自动报警器自动向用户拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。用户端自动报警器的面板上的三色灯(LED)用来指示系统的工作状态，红色警灯指示系统处于布防状态、绿色灯指示系统处于报警状态、白色灯来指示系统电源电池电量是否充足。 毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注1开题报告2月25日3月18日2硬件的选择和论证3月18日3月25日3硬件电路的设计3月25日4月1日4硬件的制板和组装4月1日4月15日5硬件的调试4月15日4月22日6软件的设计4月22日4月29日7软件的调试4月29日5月14日8综合调试5月14日5月21日9论文完善和答辩准备5月21日答辩指导教师意见：指导教师签名： 审核日期： 2010 年 3 月 18 日
