第8章-家庭安防远程监控系统设计-《嵌入式系统原理与设计》课件.ppt

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1、1嵌入式系统原理与设计 第八讲 家庭安防远程监控系统设计 2本节提要1 12 23 3功能需求分析及总体设计系统硬件设计 软件设计 38.1 功能需求分析及总体设计 l 家庭安防监控系统主要是通过远程安防监控器实现对家庭智能化系统中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置进行集中的或异地的控制和家庭事务性管理，实现对家庭中重要设备进行远程信息查询、安防报警、远程监控等功能。图8-1 家庭安防系统总体结构图 4l 整个安防监控器的电路框图如图82 所示，由电源电路、人机交互模块、主控模块、移动通信模块、设备控制模块、数据采集模块、PSTN 模块、语音录放模块等电路组成。主控模块PSTN

2、模块语音录放模块移动通信模块数据采集模块人机交互模块设备控制模块电源模块568.2 系统硬件设计l 系统功能较多，考虑系统对实时性、功耗、成本、扩展性等要求，安防监控器采用S3C44B0X 作为处理器，采用双音多频解码集成电路芯片MT8888 和ISD4004 语音芯片实现报警器的主要功能，PSTN 模块主要由主控芯片电路、语音模块电路、振铃检测电路、摘挂机电路、双音频信号收发器电路、输出放大电路和输入放大电路等部分组成。7表8-1 S3C44B0X 主要端口分配表端口号 连接端口功能描述 端口号 连接端口 功能描述GPF0 K1 继电器K1 控制，接通电话通道nOE MT8888/RD MT

3、8888 读控制引脚GPF1 K2 继电器K2 控制，选择播放录音通道nWE MT8888/WR MT8888 写控制引脚GPF2 K3 继电器K3 控制，选择录音通道ExINT0 D4A 74LS123/Q电话振铃输入检测GPF3 ISD4004 RARISD4004 行地址时钟引脚ExINT1 D4B 74LS123/QMT8888 按键输入信号检测GPF4 ISD4004/SSISD4004 片选 ExINT2 ISD4004/INT ISD4004 中断引脚D0-D3 MT8888 D0-D3MT8888 数据引脚 SIOCK ISD4004 SCLK ISD4004 时钟引脚A1 M

4、T8888 RS0MT8888 地址选择引脚SIOTxD ISD4004 MOSI ISD4004 数据输入引脚nGCS3 MT8888/CSMT8888 片选引脚 SIORxD ISD4004 MISO ISD4004 数据输出引脚8监控器所涉及的关键技术主要在以下几个方面：1.DTMF(Dual Tone Multi Frequency)收发芯片MT8888CE的电路设计；2.基于语音芯片ISD4004 的录放音电路设计；3.电话控制模块家电控制语音提示信息的存放和寻址。本章主要对这几个模块的电路设计进行介绍，其它电路如电源、串口、键盘、LCD 等电路设计参考第五章。9108.2.2 摘挂

5、机电路设计118.2.3 电话DTMF 收发器电路设计12138.2.5 GSM 通信模块主控制器串口DC 电源GSM 模块SIM14158.3 软件设计要实现家电（空调、电视、等）的远程开、关控制，家电状态的远程查询，必须对设备进行编号，设计规范的查询控制的命令格式，才能进行正确地监控家电设备。在一般家庭中电器类型有以下几种：1：空调 2：电视 3：热水器 4：灯开关 5：煤气监测器 6：火焰监测器设备的监控命令设计为如下格式：监控命令格式：命令类型+命令分类+设备序号+设备状态。命令类型主要分为查询命令和控制命令两种；命令分类是指查询命令中的查询分类，控制命令中的分类，如0 表示关、1 表

6、示开；设备序号是指家电设备的编号；设备状态是在查询和控制动作的返回结果，具体见表82。16表8-2 监控命令格式命令类型命令分类 设备序号 设备状态30查询命令1控制命令1 开空调（控制1）1 空调 1 开0 关空调（控制、查询2）0 关1 开电视（控制）2 电视 1 开0 关电视（控制、查询）0 关1 开热水器（控制）3 热水器 1 开0 关热水器（控制、查询）0 关1 开灯（控制）4 灯开关 1 开0 关灯（控制、查询）0 关1 开煤气开关（控制）5 煤气监测器 1 浓度高0 关开煤气开关（控制、查询）0 无煤气1 开喷水开关（控制）6 火焰监测器 1 有火焰0 关喷水开关（控制、查询）0

7、 无火焰1718任务状态切换图 198.3.1 主程序设计开始系统初始化创建任务GSM 查询控制任务报警任务 电话查询控制任务启动任务20/*任务优先级定义*/#define Phone_Prio 7#define GSM_Prio 6#define Alarm_Prio 5/*任务堆栈定义*/#define STACKSIZE 50OS_STK Phone_StackSTACKSIZE=0,;/Phone_Task 堆栈OS_STK GSM_StackSTACKSIZE=0,;/GSM_Task 堆栈OS_STK Alarm_StackSTACKSIZE=0,;/Alarm_Task 堆栈/

8、*任务定义*/21/*任务定义*/void Phone_Task(void*Id);/GSM_Taskvoid GSM_Task(void*Id);/GSM_Taskvoid Alarm _Task(void*Id);/GSM_Task/*事件定义*/OS_EVENT*E_GSM_Mbox;/申明短信消息事件typedef struct gsm_cmd/定义命令参数消息结构INT8U phone_no14;/手机号码INT8U dev_no;/设备编号INT8U cmd_type;/instruction 命令类型INT8U cmd_class;/命令种类INT8U dev_status;/设

9、备状态*GSM_CMD;22struct GSM_CMD GSM_Command；/定义命令短信消息/OSMboxPend(E_GSM_Mbox,0,&err);/OSMboxPost(E_GSM_Mbox，GSM_Command);OS_EVENT*E_PConnect_Sem;/申明电话连接消息事件/OSSemPend(E_PConnect_Sem,0,&err);/OSSemPost(E_PConnect_Sem);OS_EVENT*E_PRead_MBox;/申明电话按键读取消息事件INT8U*PRead_Message;/定义电话按键读取消息/OSMboxPend(E_PRead_M

10、Box,0,&err);/OSMboxPost(E_PRead_MBox，PRead_Message);typedef struct gsm_msg/定义短信消息结构INT8U phone_no14;/短信手机号码INT8U msg_time20;/短消息发送时间INT8*msg_data;/短消息内容*GSM_MSG;23248.3.2 报警任务 l 系统报警任务功能是指系统定时查询各个设备的状态，并与设定的报警值进行比较，如果超出设定值则通过通信模块进行报警。开始读取各个设备状态判断是否超出设定范围读取手机电话号码任务挂起发送报警短信判断是否超出设定范围是否接收到短信回复是否是否手机电话是

11、否读完否拨打有线电话号码是是否接起播放报警录音否挂机电话是否读完否是是25void Alarm_Task(void*Id)INT8U i,j,k=0;INT8U DeviceStatus=0;INT8U*msg;for(;)for(i=0;idev_no=i;if(DeviceStatus Devicei.UpStatus)/如果状态超出设定范围，则报警。for(j=0;jmobile_no=MobilePhonej;GSM_Command dev_status=DeviceStatus;SendMessage(GSM_Command);msg=OSMboxPend(E_GSM_Mbox,20

12、00,&err);/设定短信回复等待时间if(msg)break;/如果在规定时间内有短信回复，跳出循环26if(msg=NULL)/当短信没有回复，则认为短信报警信息失败，电话报警while(k2)for(j=0;j=PhoneNum;j+)phoneflag=CallPhone(PhoneNoj);if(phoneflag)/判断电话在规定时间内是否接通/接通则播放报警录音，否则拔下一个电话号码PlayRecord(i,DeviceStatus);/播放设备i 的报警状态StopPhone();/挂机Break;if(phoneflag=0)OSTimeDly(18000);k+;else

13、 k=0;break;2728void GSM_Task(void*Id)void*msg=NULL;INT8U error;for(;)OSMboxPend(E_GSM_Mbox,0,&err);/等待短信到来switch(E_GSM_MboxOSEventPtrcmd_type)/提取短信命令类型 case 0:/查询命令 GSM_Command dev_status=DeviceCheck(E_GSM_MboxOSEventPtrdev_no);/查询指定设备状态 SendMessage(GSM_Command);/发送查询结果 break;case 1:/控制命令 GSM_Messag

14、e dev_status=DeviceControl(E_GSM_MboxOSEventPtrdev_no,E_GSM_MboxOSEventPtrcmd_class);SendMessage(GSM_Message);/控制设备动作，返回状态SendMessage(GSM_Command);/发送控制结果 break;292.短信接收中断服务程序设计 短信的接收是放在串口中断服务程序中执行的，需要编写串口接收中断服务程序。开始发出“AT+CMGR=0”命令读SIM 卡中的短信结束发出“AT+CMGD=0”命令删除SIM 卡中的短信解析短信内容通过消息邮箱发送消息30318.3.4 电话查询控

15、制任务l 该任务负责有线电话线路的监听，将获取的数据放入消息数组中。电话查询控制是通过远程电话根据监控器提示音进行按键输入控制或查询命令来实现的。电话振铃检测与外部中断0相关联，如果出现打入电话，可采用在中断服务程序中加入信号量事件来传递接入电话信号。32开始读取外部中断0发送的消息查询控制语音提示查询命令 控制命令查询设备状态发送设备状态控制设备动作发送设备状态输入密码验证任务挂起无效有效挂机查询设备选择设备1 设备2 设备n控制设备选择设备1 设备2 设备n判断按键内容33l void Phone_Task(void*Id)l l char*password;l INT8U i;l INT

16、8U j=1;l INT8U data3;l INT8U CmdType=0;l INT8U CmdClass=0;l INT8U DeviceNo=0;l INT8U DeviceStatus=0;l for(;)l l OSSemPend(E_PConnect_Sem,0,&err);/等待外部中断0 发送电话接通信号量l ConnectPhone();/摘机l for(;)l l PlayRecord(0,PasswordInstruction);/播放提示输入密码录音l passwordi=OSMboxPend(E_PRead_MBox,0,&err);/等待外部中断1 发送消息l i

17、f(passwordi=#)l l strncpy(password,password,i)/密码取i 个符号有效l if(strcmp(password,PASSWORD)l i=0;l break;l else if(j2)l PlayRecord(0,PasswordReinput);/播放密码重新输入提示录音l j+;l elsel PlayRecord(0,PasswordError);/播放提示输入密码错误l 34l i+;l l if(!strcmp(password,PASSWORD)l l for(i=0;i3;i+)l PlayRecord(0,InputInstructi

18、oni);/播放提示录音l&datai=OSMboxPend(E_PRead_MBox,0,&err);/等待外部中断1 发送消息l l PlayRecord(0,WaitRecord);/播放等待录音l CmdType=data0;/从PSTN 电路中读取输入按键值l CmdClass=data1;l DeviceNo=data2;l switch(CmdType)l l case 0:/查询命令l DeviceStatus=DeviceCheck(DeviceNo);l break;l case 1:/控制命令l DeviceStatus=DeviceControl(DeviceNo,Cm

19、dClass);l break;l l PlayRecord(DeviceNo,DeviceStatus);l l StopPhone();/挂机l l 35外部中断0 中断服务程序负责监听电话和接通电话，通过信号量来通知任务电话接通信息。中断服务程序如下:void ConnectPhone_ISR()rGPF=|0 x1;/设置端口GPF0，使继电器K1 导通，接通电话OSSemPost(E_PConnect_Sem);/发送信号量，激活电话任务void ReadPhone_ISR()unsigned char data;StopPlay();/中断录音播放data=DTMF_Read();

20、/读取按键值 OSMboxPost(E_PRead_MBox，&data);/发送按键消息，激活电话任务368.3.5 其他函数说明1.设备相关函数设备状态查询函数：unsigned char DeviceCheck(unsigned char deviceno)设备状态控制函数：unsigned char DeviceControl(unsigned char deviceno,unsigned char cmdclass);2.短信相关函数短消息发送函数：void SendMessage(unsigned char*message)短消息读取函数：void ReadMessage(void

21、*msg)短消息解析函数unsigned char*MessageAnalyze(char*message)373.电话相关函数电话拨号函数：unsigned char CallPhone(unsigned char*PhoneNo)电话摘机函数：void ConnectPhone()电话挂机函数：void StopPhone()远端按键读函数：unsigned char DTMF_Read();4.录音相关函数播放录音函数：void PlayRecord(unsigned char device_no,unsigned char record_no)停止放音函数：void StopPlay(void);38谢谢！