一种智能家居安防系统的电路设计.pdf

S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l.3 1 N o.8A u g u s t 2 0 0 6625STDesign and development设计与开发1 引言随着我国社会经济的发展人们的安全意识不断提高安防报警系统已成为智能小区家居智能化系统的重要组成部分安防报警系统必须具有稳定可靠易操等特点且能保证实现有警必报无警不误报这两个主要目标本文介绍一种无线智能家居安防报警系统具有高稳定性和可靠性且价格低廉采用先进的无线遥控技术不但能够接入有线电话网络且能够与 G S M网络相连进行无线人机通信该系统特别适合于家居安防环境具有广阔的应用前景2 系统的基本结构无线智能安防报警系统由报警主机和各种前端探测器组成如图 1所示前端探测器包括门磁探测器窗磁探测器红外探测器煤气探测器烟感探测器紧急报警按钮等每个探测器中的报警探头都采用无线方式与主机相连系统特点如下采用 P I C单片机作为中央处理器性能稳定工 作 可 靠出现警情时可以提供现场警笛并且能立即自动按顺序拨打6 组报警电话号码遇到忙音自一种智能家居安防系统的电路设计魏平俊1,2方向前1,2韩建勋21.郑州大学 信息工程学院郑州 4 5 0 0 5 2 2.中原工学院 电子信息学院郑州 4 5 0 0 0 7摘要介绍了一种家居安防系统的硬件电路采用门磁热释红外主动红外振动可燃性气体烟雾等传感器及新型的安防集成电路由高性能收发组件完成外围信号的采集和传送采用高性价比的 P I C单片机作为主控器件工作稳定可靠关键词探测器编码电路红外全球移动通信系统中图分类号T N 4 0 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 3-3 5 3 X 2 0 0 6 0 8-0 6 2 5-0 4D e s i g n o f t h e A p t i t u d e S a f e-S y s t e m C i r c u i t i n H o m e-L i v i n gC i r c u m s t a n c eW E I P i n g-j u n 12,F A N G X i a n g-q i a n12,H A N J i a n-x u n21.I n s t i t u t e o f I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n gZ h e n g z h o u U n i v e r s i t y,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2,C h i n a2.D e p t.o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g,Z h o n g y u a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 7,C h i n aA b s t r a c t:A h a r d w a r e-c i r c u i t o f s a f e-s y s t e m i n h o m e-l i v i n g c i r c u m s t a n c e w a s i n t r o d u c e d.T h es e n s o r s s u c h a s t h e g a t e m a g n e t i s m,t h e h o t l y r e l e a s e d i n f r a r e d,t h e i n i t i a t i v e i n f r a r e d,t h ev i b r a t i o n,t h e i g n i t a b l e g a s,t h e s m o g a n d t h e n e w t y p e I C o f t h e s a f e-s y s t e m i n h o m e-l i v i n gc i r c u m s t a n c e w e r e u s e d.T h e p e r i p h e r y s i g n a l w a s g a t h e r e d a n d t r a n s m i t t e d b y t h e h i g h p e r f o r-m a n c e r e c e i v i n g a n d d i s p a t c h i n g m o d u l e.T h e P I C S C M w o r k i n g j a r l e s s l y a n d t r i d l y w a s u s e d a st h e m a i n p a r t s o f t h e h a r d w a r e-c i r c u i t r y.K e y w o r d s:d e t e c t o r;c o d i n g c i r c u i t;i n f r a r e d;G S M基金项目河南省教育厅科技攻关项目2 0 0 6 1 2 0 0 1 2半导体技术第 3 1 卷第 8期2 0 0 6 年8 月626Design and developmentST设计与开发动追拨直到拨通设定的电话采用 I S D 录音芯片可以事先录入1 0 s 左右的报警语音以供报警时自动播放掉电后录音信息不会丢失且可重复录音具有远程遥控功能当用户拨打和报警器主机连接的固定电话号码时在振铃6 声无人接听后主机自动摘机用户可以立即输入设定的四位密码系统校验正确后可进行远程遥控操作主机内部配备镍氢可充电电池能 2 4 h工作确保停电时自动切换到备用电源上继续工作抗破坏能力强可扩展性能强系统除了标准配置外还可以选配煤气探测器烟感探测器紧急报警按钮等甚至还可以与小区管理中心联网进一步增强系统的报警能力当外部线路被破坏时自动转入 G S M网络3 主机部分的设计主机部分的设计任务是主机电路能够接收各个探测器的信号并能加以数据分析和处理后输出执行信号拨出电话号码和现场报警本方案主机核心部分采用 P I C 1 6 C 5 7单片机该单片机采用R I S C 结构的单片机数据线和指令线分离即所谓哈佛结构执行效率高速度快同时这种单片机指令多为单字节采用精简指令集具有省电带负载能力强输出拉电流可达 2 5 m A价格低廉等特点3.1 信号输入接口信号输入接口电路由超再生式接收模块和P T 2 2 7 2解码电路组成 1 超再生式接收模块内含放大整形及解码电路它有四个引出端分别是正电源输入端输出端和地输出端信号提供给解码电路 P T 2 2 7 2 P T 2 2 7 2 是用 C M O S 工艺制造的低功耗低价位的通用解码集成电路它与编码集成电路P T 2 2 6 2 配对使用主机中的P T 2 2 7 2 集成电路采用 8 位地址码4 位数据码共有6 5 6 1 个不重复的编码 使用时必须保证发射部分和接收部分的频率一致及编解码集成电路的地址码相同 还必须使编解码集成电路的振荡电阻匹配 否则传输无 效3.2 主机信号处理电路主机信号处理电路主要由双音频解码电路P I C 单片机信号处理电路号码存储电路极性变换电路警音电路等组成如图 2所示主机中的单片机采用美国M i c r o c h i p 公司生产的 P I C 1 6 C 5 7 2 P I C 1 6 C 5 7 为 2 8 脚 D I P 双列塑料封装内有 2 0 个 I/0 口内带 2 K 的 1 2 位 E P R O M 存储器及 8 0 个 8 位 R A M 数据存储器由于 P I C 1 6 C 5 7的片内存储器仍然不足所以外接 A T M E L公司的2 4 C 0 2 用以保存诸如用户设置的电话号码等各类参数采集到的数据等如果主机在使用前录有报警语音信息和电话号码则在出现警情时除了本地有高响度警音外还会在稍做延时后开始轮流拨打用户设置的电话号码这部分功能在单片机中是由 R C 2R C 5R C 7 控制的R B 0 R B 6 口与外接的 2 4 C 0 2 E E P R O M存储器相接其中 R B 0 口为 2 4 C 0 2 的时钟控制端R B 6为读写数据端R C 4R C 1R A 0R A 1R A 2 R A 3口外接的电阻网络为双音多频信号网络用户接到电话后首先由 R C 2 口输出高电平用户设置的电话号码数据被调出经双音多频电阻网络输出至外线开始拨打用户设置的电话用户按下接听键后单片机的 R C 7口输出低电平将I C 5 1 S D 1 1 1 0 语音集成电路的第 2 4 脚 P L A Y E 变为低电平这样该集成电路处于放音状态其中录有的报警语音信息通过第1 4 脚S P+端经极性变换电路输出至外线进而传输到用户电话中如果第一组电话号码不通在收到回馈的占线及挂断信号后主机又会拨打第二组电话号码循环往复当进行本地或远程布防时I C 2的第 1 4脚R B 4口输出高电平驱动 L E D 1发光以指示布防成功同理撤防时该端口呈低电平S e m i c o n d u c t o r T e c h n o l o g y V o l.3 1 N o.8A u g u s t 2 0 0 6627STDesign and development设计与开发L E D 1熄灭以示撤防3.3 语音控制和录放电路这部分电路采用美国I S D 公司生产的I S D 1 1 1 0高品质单片语音处理大规模集成电路该集成电路内含振荡器话筒的前置放大自动增益控制防混淆滤波器平滑滤波器扬声器驱动及 E E P R O M阵列具有电路简单音质好寿命长等优点3.4 遥控信号发送电路遥控电路采用声表谐振器稳频 频率稳定度很高 3 编码芯片采用宽体贴片的 S C 2 2 6 2 S 电池是用小型的A 2 7 遥控专用1 2 V 小电池发射天线采用内藏式的 P C B 天线高频发射电路受控于 S C 2 2 6 2的 1 7 脚输出的数字信号从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为 1 0 0%的调幅这样对采用电池供电的遥控器是很有利的 4 3.5 G S M 通信模块图 2 主机信号处理电路原理图当有线系统被破坏时系统自动转入 G S M方式报警监控网的网络依托已有的 G S M/C D M A移动通讯网 使该系统易于构成覆盖全市或全省的无线报警监控网具有系统组网简便报警响应及时适应性好等特点 5 4 结论在设计中使用了单片机和专用防盗芯片 很大程度上保证了系统的稳定性和可靠性 缩短了开发周期采用公用电话线作为信息传输媒体不用无线电方式,机器受干扰小误报率低使用范围更加宽广充分利用公共电话线路普及性的优势成本大大降低同时简化了设计提高了可靠性参考文献 1 李朝青.无线发送/接收 I C芯片及其数据通信技术选编半导体技术第 3 1 卷第 8期2 0 0 6 年8 月628Design and developmentST设计与开发 M .北京航空航天出版社,2 0 0 2.2 R A P P A P O R T T S.W i r e l e s s C o m m u n i c a t i o n s P r i n c i p l e sa n d P r a c t i c e 2 n d E d.M .P u b l i s h i n g H o u s e o f E l e c-t r o n i c s I n d u s t r y,2 0 0 4.3 黄智伟.无线数字收发电路设计电路原理与应用实例 M .北京电子工业出版社,2 0 0 3.4 黄继昌,乔苏文.实用报警电路 M .北京人民邮电出版社,2 0 0 5.5 张威.G S M 网络优化原理与应用 M .北京人民邮电出版社,2 0 0 3.收稿日期 2 0 0 6-0 3-2 8作 者 简 介魏平俊1963-男汉族副教授硕士主要从事电子信息与通信领域的科研与教学工作方向前1971-男汉族工程师硕士主要从事微电子技术与通信领域的科研与教学工作韩建勋1963-男汉族实验师主要从事电子技术领域的科研与实验教学工作设计具有更低的供电电压和更宽的输入输出范围4 结论提出了一种 C M O S 高速高精度的电压模多输入求小/求大电路结构和电流模结构相比新电路具有高达 1 0 位的分辨率同时还具备接近满量程的输入范围和 1.1 5 V 的最小工作电压通过 C S M C0.6 m 数模混合工艺的电路仿真和芯片流水测试证明了该函数功能的正确性以及性能的优越参考文献 1 Y A M A K A W A T.A f u z z y i n f e r e n c e e n g i n e i n n o n l i n e a ra n a l o g m o d e a n d i t s a p p l i c a t i o n s t o a f u z z y l o g i cc o n t r o l J .I E E E T r a n s o n N e u r a l N e t w o r k s,1 9 9 3,4:4 9 6 5 2 2.2 L A Z Z A R O J,L Y C K E N B U S H S,M A L H O W A D M A,e ta l.W i n n e r-t a k e-a l l o f O(n)c o m p l e x i t y C /A d-v a n c e s i n N e u r a l S i g n a l P r o c e s s i n g S y s t e m sN I P S 8 9.S a n M a t e o U S A,1 9 8 9 7 0 3 7 1 1.3 S E R R A N O T,L I N A R E S-B A R R A N C O B.A m o d u l a rc u r r e n t-m o d e h i g h-p r e c i s i o n w i n n e r-t a k e-a l l c i r c u i t J .I E E E T r a n s o n C i r c u i t s a n d S y s t e m s I I,1 9 9 5,4 2(2):1 3 2 1 3 4.4 C H O I J,S H E U B J.A h i g h-p r e c i s i o n V L S I w i n n e r-t a k e-a l l c i r c u i t f o r s e l f-o r g a n i z i n g n e u r a l n e t w o r k s J .J o fS o l i d-S t a t e C i r c u i t s,1 9 9 3,2 8(5):5 7 6 5 8 3.5 C A R V A J A L R G,R A M I R E Z-A N G U L O J,M A R T I N E Z-H E R E D I A J.H i g h-s p e e d h i g h-p r e c i s i o n v o l t a g e-m o d em i n/m a x c i r c u i t s i n C M O S t e c h n o l o g y J .E l e c t r o n i c sL e t t e r s,2 0 0 0,3 6(8):6 9 7 6 9 9.6 R O B I N S O N M E,Y O N E D A H,S A N C H E Z-S I N E N C I OE.A m o d u l a r C M O S d e s i g n o f a H a m m i n g n e t w o r k J .I E E E T r a n s o n N e u r a l N e t w o r k s,1 9 9 2,3(3):4 4 4 4 5 6.7 D O N C K E R S N,D U A L I B E C,V E R L E Y S E N M.A c u r-r e n t-m o d e C M O S l o s e r-t a k e-a l l w i t h m i n i m u m f u n c-t i o n f o r n e u r a l c o m p u t a t i o n s C /I E E E I n t S y m p o nC i r c u i t s a n d S y s t e m s(I S C A S).G e n e v a,S w i z e r l a n d,2 0 0 0 I-4 1 5 4 1 8.8 S I L V A-M A R T I N E Z J,B A R R A N C O M,S A N C H E Z-S I N E N C I O E.M o d u l a r C M O S c h a r g e b a s e d h a m m i n gn e u r a l n e t w o r k C /I E E E P r o c.F i r s t I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e o n E l e c t r o n i c s C i r c u i t s a n d S y s t e m s.C a i r o,1 9 9 4:5 6 1 5 6 5.9 C I L I N G I R O G L U U.A c h a r g e-b a s e d n e u r a l h a m m i n gc l a s s i f i e r J .J o f S o l i d-S t a t e C i r c u i t s,1 9 9 3,2 8(1):5 96 7.1 0 S E R R A N O-G O T A R R E D O N A T,L I N A R E S-B A R-R A N C O B.A h i g h-p r e c i s i o n c u r r e n t-m o d e W T A-M A Xc i r c u i t w i t h m u l t i c h i p c a p a b i l i t y J .I E E E J o f S o l i d-S t a t e C i r c u i t s,1 9 9 8,3 3(2):2 8 0 2 8 6.1 1 O P R I S I E.R a i l-t o-r a i l m u l t i p l e-i n p u t m i n/m a x c i r c u i t J .I E E E T r a n s o n C i r c u i t s a n d S y s t e m s-I I:A n a l o ga n d D i g i t a l S i g n a l P r o c e s s i n g,1 9 9 8,4 5(1):1 3 7 1 4 0.收稿日期 2 0 0 6-0 2-2 4作 者 简 介张洵1 9 7 9-博士研究生现从事智能传感器系统研究上接第6 2 0 页