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作者：郑州科技学院 杨宇 胡志鹏 杨运森

指导老师：李志伟 刘筠筠

作品简介：

　　开发背景

　　随着生活水平的提高，人们对自己的个人安全和家庭财产安全越来越重视，传统的防盗门窗越来越不能满足人们日常防范的要求。科学技术的进步和普遍应用，进一步推动了智能化家庭的建设步伐。确保每一个家庭住户的生命财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。

　　结构说明

　　本设计主要包含三大部分：

　　①主控系统：包括以IAP15F2K61S2单片机为核心的主控单元， GSM/GPRS模块、诺基亚5110LCD显示模块、语音输入输出模块(用于通话)、语音报警模块、矩阵键盘模块和315MHz解码模块。

　　②315MHZ无线门磁报警系统：包括以STC15F104W为核心的控制单元、由干簧管和磁铁构成的门磁开关、PT2262和315MHZ发射模块构成的通信系统。

　　③315MHZ无线烟雾/可燃气体报警系统：包括以STC89C52单片机为核心的控制单元、MQ2烟雾/可燃气体传感器、PT2262和315MHZ发射模块构成的通信系统。

　　系统实物图如图1所示：

　　功能与使用说明

　　门磁报警：在报警开启时若门被打开该系统会先发出狗叫声(具有一定的震慑力，也可以让邻居知道情况)然后向预设的几组号码分别发送短信说明报警原因并拨号30s以确认用户及时了解警报情况。

　　烟雾/可燃气体泄露报警：在警报处于开启状态时家中如果有可燃气体泄漏或者火灾，系统会先发出狗叫声然后发送短信到预设的几组号码告知灾情并拨号30s确保及时了解警报情况。

　　万年历：系统默认显示日期、时间、报警状态和信号强度。且具有备用电池可以掉电走时。

　　智能门磁：为了方便用户，该系统设计了定时开启/关闭门磁警报功能，用户可以开启这个功能实现上班自动开启门磁警报，下班自动关闭。

　　掉电保存：使用IAP单片机强大的IAP功能实现了掉电保存用户数据。

　　拨号功能：连接耳机在待机界面点击拨号键进入拨号系统，输入号码点击拨号开始呼叫，按挂机键挂机。

　　系统设置：点击ok键进入设置菜单，主菜单包括号码修改，警报开关，智能门磁。按键说明：“ok”是确认，“↑、↓”是移动光标，“返回”可以用来删除一个数据或者返回上一层菜单，“挂机”是挂电话或者退出输入界面。“拨号”是拨打电话，“0-9”为输入想应数字。

　　作品特色

　　智能看家“狗”的设计考虑到了很多细节问题，比如定时开启/关闭门磁警报功能、拨号功能以及简洁有效的系统设置菜单。系统预设了三组号码，可以向主人、小区保安、 110联网报警中心自动报警。整个系统采用无线通信，方便安装;用户数据掉电保存，内置备用电池实现掉电走时。可以说是一条真正意义上的智能看家“狗”!

平台选型说明：

　　智能看家“狗”主要是针对家居内非法入侵、燃气和烟雾检测组成，信号通过局域网内无线传输和GSM网外传输，虽然涉及的内容非常广泛但是没有大数据量的传输和复杂的计算无需使用比较复杂的芯片和嵌入式系统。从成本、实用的角度考虑最终选用IAP15F2K61S2单片机作为主控。

设计说明：

　　系统整体方案设计

　　1.系统整体框图

　　根据设计，系统的各模块之间的关系，设计出作品整体方案的框图如图2所示：

　　2.系统整体电路图

　　系统整体电路图如图3所示：

　　系统各部分方案设计

　　门磁报警模块

　　本部分采用干簧管作为触控开关，当系统处于报警开启状态时，门如果出现从关闭到开启的状态变化时，单片机STC15F104W检测到到该信号后，给PT2262使能端一个触发信号，形成一组报警信号的编码通过315MHz无线发射模块传给室内的控制中心。当确认控制中心收到信号后，会自动停止发码，即使门一直处于开启状态，也不会继续发码。采用8引脚的STC15F104W单片机，大大减小了本模块的体积。

　　门磁报警模块电路原理图如图4所示：

　　2. 烟雾报警模块

　　本模块由它由MQ-2传感器检测模块、STC89C52单片机控制电路、PT2262和315MHz无线发射模块组成。MQ-2 传感器模块对环境液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、烟雾等较敏感。模块在无上述气体影响或者气体浓度未超过设定阈值时，数字接口DO口输出高电平，模拟接口A0 电压基本为0V 左右，当气体影响超过设定阈值时，模块数字接口D0 输出低电平，模拟接口A0 输出的电压会随着气体的影响慢慢增大;小板数字量输出D0 可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，当单片机收到监测可燃气体超标或火灾的信号，给PT2262使能端一个触发信号，形成一组报警信号的编码通过315MHz无线发射模块传给室内的控制中心。当确认控制中心收到信号后，会自动停止发码。

　　烟雾报警模块电路图如图5所示：

　　3.室内无线传输模块

　　采用315MHz无线收发模块与PT2262/PT2272相结合的方式，315MHz无线收发模块工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在-25～+85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。与PT2262/PT2272相结合，可以大大降低误码率。

　　室内更易操作和控制，同时也降低了整个系统的成本。图6为发码解码电路实物图。

　　4.语音报警提示模块

　　为满足不同用户需求，综合考虑采用可擦写式芯片。用户可以根据自己的需求，擦出芯片报警提示音，并重新写入。同时为了提高性价比，采用现在较为常用的ISD1820芯片，实现可擦除的功能。本系统预先写入了“狗吠声”作为报警警示音。

　　模块整体电路原理路，如图7所示：

　　5.液晶显示模块

　　由于本系统需要用户调整一些参数，例如：手机号码，警报开关，智能门磁定时开启/关闭时间，在待机状态显示时间日期，警报开关以及网络状态。本着够用为度，经济实用的原则，选择了NOKIA 5110手机上的显示屏，这块屏幕价格和1602相当却可以显示图像和汉字。图8为液晶屏现实的人机交互和待机界面。

　　6.GSM模块与控制核心电路原理图

　　本系统设计中采用SIM900A GSM无线通信模块。SIM900A是SiM COM公司推出的新一代通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。模块的工作电压为3.3-4.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段。SIM900A模块有5个工作模式，它们的电流消耗指标为：① 通话模式的峰值电流(TALK mode of peak)，1.8A;② 通话模式的典型电流(TALK mode)，300mA(900MHz频段)和270mA(1800MHz频段);③空闲模式(IDLE mode)的消耗电流，10mA;④休眠模式(SLEEP mode)的消耗电流，3mA;⑤关机模式(Power Down mode)的消耗电流，50µA。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息以及波特率为2.4k、4.8k、9.6k的串口传输模式。在本系统中，当门磁无线报警模块、烟雾传感器被触发后，控制中心收到通过无线模块发送过来的报警信息后，控制中心会显示报警界面、语音报警模块发出10s的“狗吠”警示，并且通过GSM发送相关的报警短信(如果是门异常开启，将会收到“有人闯入”的信息;如果是火灾或易燃气体泄露超标，将会收到“火灾或易燃气体泄露”的信息。)到设定的手机号码，而后会给设定手机拨打30s电话，增加预设手机收到相关的信息的概率，及时处理，生命财产损失降到最低。

　　同时与矩阵键盘和显示屏配合使用，可以呼入和呼出电话，紧急时可以作为应急电话使用。

　　GSM模块原理图如图9所示。主控电路图如图10所示。

　　作品特色

　　1、 选题新颖

　　智能住宅是近几年产生并迅速崛起的一种新型住宅，而家居的智能化是其最重要的内容，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代技术的完善综合。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。

　　2、 采用先进的无线网络

　　通过低成本、低功耗、高可靠性的无线网络技术设计了智能看家“狗”系统,本系统无须布线,其可靠性和可扩展性得到了加强。

　　3、 采用GSM网络远程监测

　　基于GSM短消息业务，只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到最终目标。GSM短消息业务连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便。同时还具有应急呼叫功能，紧急时可作为电话使用。

　　4、 使用先进的传感器

　　本系统采用了先进的门磁感应、气体传感器、烟雾传感器。传感器性能稳定，价格低廉，便于推广。

　　5、简单大方的UI

　　本系统模仿手机的人机交互，让操作变得舒适、简单、自由。

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