周海軍，黃　雨，鄧偉強(qiáng)，李　磊

（滁州學(xué)院　電子與電氣學(xué)院，安徽　滁州239000）

現(xiàn)代電子信息技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展為智能化安全住宅研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)是現(xiàn)代財(cái)產(chǎn)保護(hù)的重要途徑之一.設(shè)計(jì)的防盜報(bào)警系統(tǒng)是集傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、GSM通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)和嵌入式技術(shù)于一體的綜合性系統(tǒng).該系統(tǒng)由兩部分組成，分為智能終端（上位機(jī)）和智能監(jiān)控管理系統(tǒng)（下位機(jī)），系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)防盜、檢測人員進(jìn)出、實(shí)時監(jiān)控、通信、語音報(bào)警等功能.

1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)模塊包括嵌入式控制系統(tǒng)、圖像視頻采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、人體入侵感應(yīng)系統(tǒng)、語音報(bào)警系統(tǒng)、智能終端、SIM900A交互通信系統(tǒng)等.各部分的系統(tǒng)構(gòu)成如下：

（1）嵌入式控制系統(tǒng)由STM32F103ZET6中央處理器構(gòu)成；

（2）圖像視頻采集系統(tǒng)由攝像頭OV7670采集模塊、音頻集成功放模塊、GSM模塊構(gòu)成；

（3）人體入侵感應(yīng)系統(tǒng)由紅外探測模塊、微波多普勒傳感器構(gòu)成；

（4）語音報(bào)警系統(tǒng)由ATK-SIM900A模塊、蜂鳴器模塊構(gòu)成；

（5）數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)由W25Q128FV存儲芯片構(gòu)成；

（6）SIM900A交互系統(tǒng)由SIM900A模塊構(gòu)成，智能系統(tǒng)利用此模塊可以與房主預(yù)置的手機(jī)號碼通信.智能防盜系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示.

圖1　防盜系統(tǒng)的整體框圖

圖像采集系統(tǒng)是采集當(dāng)前的圖像信息，考慮到SIM900A通信方式傳輸圖片信息時，很費(fèi)流量，圖像信息平時存儲在數(shù)據(jù)存儲模塊中，存儲信息以圖片為主，所以只有當(dāng)入侵者已經(jīng)進(jìn)入房屋時，才會將采集到的清晰圖片通過GSM方式傳送到房主的手機(jī)上，可以有效避免外部人員的無意損壞.人體入侵感應(yīng)系統(tǒng)安裝在窗戶的邊沿，有人試圖翻越窗戶時，會切割紅外線，阻擋紅外信息傳遞，系統(tǒng)會撥打預(yù)留的房主手機(jī)號碼，實(shí)現(xiàn)實(shí)時語音通信.數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)主要用來存儲攝像頭采集的圖像信息，當(dāng)信息量超過當(dāng)前容量時，會自動的覆蓋較遠(yuǎn)的存儲信息，保持內(nèi)部存儲信息的時效性.

語音報(bào)警系統(tǒng)會建立房主的手機(jī)和監(jiān)控地的通信橋梁，類似兩個人打電話，相互通信，起到威懾的作用.系統(tǒng)采用GSM卡進(jìn)行通信，它是系統(tǒng)家庭智能防盜報(bào)警系統(tǒng)的特色和創(chuàng)新之處，通過和外圍的電路配合使用，能夠全面的保護(hù)家庭的財(cái)產(chǎn).

智能移動終端通常是指能插GSM卡的移動終端設(shè)備.輔助電路包括光敏探測電路、5V電壓轉(zhuǎn)換3.3V電路，嵌入式系統(tǒng)保護(hù)電路等一系列在外圍起輔助作用的電路.

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)的硬件系統(tǒng)基于高性能的STM32F103處理器和嵌入式的實(shí)時操作系統(tǒng)控制的，上位機(jī)主要是手機(jī)或者手持式嵌入式處理系統(tǒng).信息交流的方式以GSM的通信為主.在下位機(jī)操作系統(tǒng)中可以隨時瀏覽存儲信息和進(jìn)行各種操作.

2.1　SIM900A通信及語音報(bào)警模塊

ATK-SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工業(yè)級GSM/GPRS模塊，提供包括語音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?GSM模塊傳輸引腳TX、RX，采用串口通信的方式與嵌入式系統(tǒng)連接，同時GSM通信內(nèi)容通過音頻功放芯片LM386放大，電路如圖2所示.GSM模塊利用TX9和RX10引腳接收無線信號，微弱信號與LM386的正向輸入端相連，將信號進(jìn)行功率放大，通過喇叭傳遞聲音信息.

圖2　通信及語音報(bào)警電路

2.2　攝像頭OV7670采集模塊

OV7670圖像傳感器可以輸出各種分辨率的8位數(shù)據(jù)，包括整幀信號圖像、子采樣圖像、取窗口圖像.用戶可以根據(jù)需要控制輸出圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式.通過SCCB接口編程，軟件可以對攝像頭采集的圖像進(jìn)行伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等參量的調(diào)節(jié).它通過減少或消除光學(xué)或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質(zhì)量，得到清晰的穩(wěn)定的彩色圖像.圖3是攝像頭采集電路的連接方式.系統(tǒng)正常情況以采集圖片信息為主，在必要的時候可以利用攝像頭錄像，但是能存取得時間很短.

圖3　攝像頭采集電路

2.3　微波多普勒探測

微波多普勒傳感器應(yīng)用了主動探測技術(shù)，對前方扇形區(qū)域內(nèi)的移動體探測效果較好，避免了紅外探頭的耐候性差、近距離、平行對射分布等缺點(diǎn).同時，在微波多普勒傳感器輸入輸出信號中，還含有移動體的速度、強(qiáng)度等有效信息，在軟件處理時可以用來提高報(bào)警器的抗干擾和防漏報(bào)的能力.微波多普勒傳感器探測的信號微弱，通常只有幾毫伏，需要利用兩級放大電路對相應(yīng)的信號放大.系統(tǒng)利用LM324運(yùn)放，放到倍數(shù)為1200，在放大電路的反饋信號上要加2.2nf電容，這樣輸出的效果會好些.放大的信號經(jīng)過電壓比較器LM393與2.5V的電壓比較，會輸出高低電平信號.有人接近，嵌入式處理器會檢測到高電平信號，否則為低電平信號.微波多普勒信號的放大電路如圖4所示.

圖4　微波多普勒探測電路

2.4　電源模塊設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)需要用到5V和3.3V兩種電壓值的電源.在調(diào)試階段，5V電源是由USB接口提供，后期采用降壓變壓器對220V交流電降壓整流，在通過LM7805產(chǎn)生，3.3V電源利用ASM1117穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)，將5V的電壓轉(zhuǎn)換成3.3V，在輸入輸出端要加一個濾波電容，轉(zhuǎn)換電路如圖5所示.AMS1117和LM7805提供完善的過流保護(hù)和過熱保護(hù)功能，確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性.

圖5　電源模塊原理圖

2.5　存儲模塊

W25Q128FV是一款SPI Flash存儲芯片，主要用來存儲圖像信息，工作電壓為2.7V到3.6V，支持多種外設(shè)接口，工作溫度范圍寬，適用范圍較廣.系統(tǒng)在微波多普勒傳感器采集移動體信號時，定時存儲圖片信息，或入侵者越過紅外傳感器時，會加速存儲圖片信息.存儲模塊如圖6所示.

圖6　存儲模塊圖

2.6　紅外探測模塊

在室內(nèi)墻壁的門框或者窗戶邊緣安裝紅外傳感器.紅外探測主要是利用紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光是否被紅外接收管接收，從而判斷入口是否被入侵.

圖7　外紅探測電路圖

3　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中編譯軟件采用MDK 5，它是美國Keil Software公司出品的單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng).

圖8　系統(tǒng)工作流程圖

該程序設(shè)計(jì)過程主要包括紅外入侵探測和微波多普勒接近式探測兩種方式，在正常啟動系統(tǒng)時，會根據(jù)入侵的程度做出不同的反應(yīng).在入侵者接近時，只是定時采集圖像信息，采集的信息存儲在系統(tǒng)內(nèi)部的存儲器中.當(dāng)人入侵之后，發(fā)送短信和圖片信息給房主，并且實(shí)時的存儲檢測圖像信息，房主可以根據(jù)GSM通信方式，給與入侵者警告，如果還不行，房主會報(bào)警，并且收集入侵者圖像信息，即便入侵者進(jìn)入家中破壞了智能防盜控制系統(tǒng)，也損壞不了進(jìn)入的證據(jù).系統(tǒng)工作流程圖如圖8所示.

此系統(tǒng)有在家模式和離家模式等兩種工作模式.每一種模式又有白天和晚上之分，他們是通過光敏元件探測光線強(qiáng)度自動設(shè)置.工作模式分類如圖9所示.當(dāng)有人在家，可以將系統(tǒng)關(guān)閉，晚上會自動開啟.離家模式時，白天和晚上都會開啟系統(tǒng).在白天離家時，需要房主主動開啟，微波傳感器判斷客廳長時間沒有人員走動時也會主動開啟系統(tǒng).

圖9　工作模式

4　結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了基于嵌入式的智能防盜報(bào)警系統(tǒng)，詳細(xì)的論述了系統(tǒng)的硬件組成和工作原理.房主可以利用語音報(bào)警系統(tǒng)與侵入者進(jìn)行交流.同時系統(tǒng)引入的內(nèi)部反饋機(jī)制，能夠根據(jù)不同的異常情況做出相應(yīng)的動作，很大層面上避免了錯誤警報(bào)的產(chǎn)生，形成了一個全天候、智能、穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng).與此同時，該產(chǎn)品選材更趨于大眾化，易于購買，從而很大層面降低了開發(fā)成本.綜上，該系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，成本小等優(yōu)點(diǎn).當(dāng)然，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上也存在一定缺陷，進(jìn)一步開發(fā)可以加入WIFI模塊，提供實(shí)時圖像傳輸?shù)耐ǖ?

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