基于单片机的智能家居安防监控系统设计与实现

摘 要：为了解决传统家居安防系统存在的布线困难和维护费用高的缺点，提出了一种基于单片机技术的智能家居安防监控系统。设计了以52单片机为控制核心的智能家居安防系统。通过DTMF公用电话网和CAN 总线传递的多节点家居安防系统设计方案。智能家居安防系统集防火、防盗、防燃气为一体， 可实现自动检测与自动语音拨号报警。详细介绍了DTMF收发电路、通话电路和CAN 总线传输等电路。本系统还能显示险情种类信息的功能，并且能够在现场对火灾进行铃声报警的功能。

关键词：AT89S52单片机 家居安防 控制器 计算机技术 IC 卡技术

1.AT89S52单片机简述

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

2.系统总体构成

单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够迅速、准确地监测到住宅的异常状况， 经确认后及时传送到控制器， 再由单片机来控制电话接口电路， 实现虚拟摘机，自动拨打预先设置的电话号码进行语音报警并通知管理中心。当监测到对方回应后， 自动恢复警戒状态。

3 硬件设计

系统主控部分采用AT89S52单片机， 无需扩展外部存储器，看门狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息，数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。

3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元

系统并于电话线两端， 时刻处于监控状态， 不会影响电话的正常工作。当系统接收到振铃信号时，会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若3次振铃后无人接听， 则系统进入自动摘机状态。

3. 2 DTMF收发单元

DTMF收发电路采用DTMF信号编/解码芯片MT8880[ 5] 芯片，单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警。

MT8880提供了与微处理器相连的接口， 以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入， 由R27、R28和C16 组成， 其输入电压增益为1， 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成。它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP 与单片机P3. 5 脚相连。当MT8880接收到有效的双音多频信号时， 单片机进行中断处理。MT8880 的IN - 端和通话电路TEA 1062 的QR 端相连， MT8880 的TONE端和TEA1062的DTMF端相连。

3.3通话单元

通话电路使用电话机专用通话集成电路TEA1062。送话时， 语音信号（来自ISD1420）通过M IC + 引脚输入， DTMF信号（来自MT8880）通过DTMF引脚输入， 经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到电话外线上。受话时， 信号通过消侧音网络， 从IR 引脚输入， 放大后从引脚QR 输出， 分两路： 一路送到ISD1420的ANA IN 端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN - 端提取DTMF信号。

3. 4 CAN 总线数据传输单元

CAN 总线数据传输单元由两部分构成， 一部分是CAN 控制器， 实现对总线数据的交互与控制， 另一部分是CAN 数据收发器， 实现数据的网络传输。

单片机AT89S52通过控制CAN 控制器来实现对总线的访问， 同时还负责功能单元的测量和控制。 AT89S52 通过中断方式访问CAN 控制器SJA1000， 为了增强CAN 总线节点的抗干扰能力，SJA1000通过高速光耦6N137 与CAN 总线驱动器PCA82C50 相连。PCA82C50 的CANH 和CANL引脚各自接了一个5 的电阻与CAN 总线相连， 可以起到限流作用， 以免PCA82C50受到過电流冲击。

4 软件设计

系统的软件采用模块化设计， 主要包括主程序模块、CAN 通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、DTMF收发模块等， 这里主要介绍主程序和CAN通信模块设计。

4. 1 主程序设计

主程序主要完成各功能模块的调用， 检测系统输入， 然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化， 如MT8880、ISD1420、SJA1000、相关标志位等。

5室内安防子系统组成

（1）门磁感应器：一般装在门及门框上，若有人非法闯入，家庭主机报警，管理主机会显示报警地点和性质。

（2）红外线幕帘探测器：主要装在窗户和阳台附近，探测非法闯入者，采用红外探头，通过薄薄的一层电子束来保护窗户和阳台。

（3）热感红外探测器：一般安装在客厅，通过检测人体温度来报警。

（4）燃气探测器：安装在厨房，当煤气泄漏到一定浓度时而报警。

（5）烟感探测器：安装在卧室和客厅，检测家居环境烟气浓度而报警，可作为消防报警。

（6）紧急求助按钮：一般装设在较隐蔽地方，家庭发生紧急情况（如打劫），直接向保安中心求助。

6设备安装

（1）家庭控制器：暗装（或明装）在墙内（上），其底边距地面1.4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近（宜距户门0.5m以内），且容易操作（包括设防与撤防）的地方。

（2）可燃气体探测器：安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300mm以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。

（3）感温探测器：设置在厨房内，它吸顶棚安装。

（4）感烟探测器：设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。

（5）紧急按钮开关：设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0.5m‐1.2m。

（6）门（窗）磁开关：安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。

（7）被动红外侵入探测器或被动红外/微波双技术探测器：安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。

7系统调试

在系统联调中，最重要的一个环节就是供电电源的正确性（不能断路、短路，供电电压要符合设备的要求）。经多次的实验证明，这是一个既常见又重要的问题。其次就是信号线路的连接正确性、极性的正确性、对应关系的正确性（例如输入、输入的对应关系），需要用到的测试工具万用表。当系统联调出现问题时，应判断是哪一个设备系统出了问题，这样就会化整为零的解决问题。在系统聯调的过程中，可以同时完成某些性能指标的测试，应对需测试的地方做出一个记录。当单个设备的初步检测完成后，就可以进入整个系统的调试，实现功能性。

8.结束语

实验结果证明，采用AT89S52单片机为核心，基于CAN 总线和DTMF技术的新型智能家居安防系统， 使原来小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。将家庭生活相关的各种应用子系统有机的结合在一起，为人们提供更加舒适、高效、便捷、安全的现代居住环境。

参考文献

[1][宿国栋，靳伟].30 kW 双转子永磁发电机磁场有限元研究

[2]安全技术防范原理、设备与工程系统.北京：电子工业出版社.

[3][金文光]等.安防系统工程方案设计.西安：电子科技大学出版

[4]天煌教仪.楼宇智能化安装与调试实训指导册

作者简介：

彭辉（1982年7月），男，汉族，重庆合川人，本科，重庆工程职业技术学院实验师，主要从事电子电气专业实训教学