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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于ARM的住宅安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 系統(tǒng)以ARM9、AT89S52為核心處理器，采用人體紅外熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號(hào)，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)從非入口入侵的實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集圖像，若有人從入口入侵報(bào)警系統(tǒng)，攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集圖像，經(jīng)ARM處理，再以100M以太網(wǎng)為載體，連接到PC終端顯示入口畫面，實(shí)現(xiàn)入口實(shí)時(shí)監(jiān)控。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于ARM的智能化住宅安防系統(tǒng)能夠提高住宅、社區(qū)的安全防范程度。在滿足用戶現(xiàn)有需求的前提下依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上提供充分升級(jí)空間，保護(hù)用戶的居家安全，利用先進(jìn)的探測技術(shù)，利用較少的成本，實(shí)現(xiàn)兼容強(qiáng)大智能化樓宇自控功能。 住宅安防系統(tǒng)是智能化居家控制系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)應(yīng)用精密人體感應(yīng)熱釋電傳感器對(duì)住宅周邊入侵者進(jìn)行監(jiān)控，起到了住宅的初步的安全保護(hù)，在出現(xiàn)非法入侵的情況，可及時(shí)定位入侵人員，做出必要的處理。在住宅門口夜間常明燈的輔助下，應(yīng)用實(shí)時(shí)視頻攝像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵異常行為進(jìn)一步安全監(jiān)控，起到了住宅的實(shí)時(shí)防御及險(xiǎn)情預(yù)警和自動(dòng)處理。再加上頂層基于計(jì)算機(jī)的組態(tài)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)集中控制管理，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)安防智能系統(tǒng)的信息收集、管理。 A.住宅安防系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1.電源設(shè)計(jì) 電源是電子設(shè)備的動(dòng)力支撐，它被譽(yù)為電子設(shè)備的心臟，沒有安全良好的動(dòng)力，質(zhì)量和可靠性就無從談起。為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，供電電壓必須為穩(wěn)定且紋波系數(shù)小的直流電源。本系統(tǒng)采用交流220V轉(zhuǎn)9V的降壓后作為電源的前端器件，變壓器能有效隔離市頻高壓，提高電路的安全性，9V變壓器輸出接整流橋進(jìn)行全波整流，再經(jīng)過1000uF電解電容和104pF瓷片電容慮除電壓紋波，最后通過三端集成穩(wěn)壓器7805、lm1117-3.3、lm1117-2.5和lm1117-1.8穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的的5V、3.3V、2.5V、1.8V直流電壓。 2.紅外線熱釋電傳感器電路設(shè)計(jì) 紅外線熱釋電傳感器電路以BISS0001為核心芯片，。 BISS0001是一片具有較高性能的信號(hào)處理集成芯片，它配合熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成熱釋電紅外開關(guān)。它能自動(dòng)快速驅(qū)動(dòng)各類自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適合于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)中，總共設(shè)計(jì)8個(gè)這樣的模塊。最左端的RE200B是人體紅外熱釋電傳感器。人體發(fā)射的10um左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到熱釋電紅外線傳感器上。當(dāng)RE200B接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化后，就會(huì)失去電荷平衡，產(chǎn)生微弱的電壓變化信號(hào)，BISS0001將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大、比較后，便可輸出一個(gè)高電平，以驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路。 3.無線信號(hào)傳輸電路設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)中無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用315MHZ發(fā)射、接收模塊，發(fā)射模塊采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，其頻率穩(wěn)定度高。本次設(shè)計(jì)發(fā)射模塊與PT2262編碼集成芯片連接，可對(duì)電路進(jìn)行不同的編碼設(shè)計(jì)，有效避免傳輸信號(hào)的互擾。 接收模塊功耗小、、靈敏度高、工作電壓為5伏、靜態(tài)電流為4毫安。接收模塊本身不帶解碼集成電路，因此接收模塊與解碼芯片PT2272M配合使用，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)。 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)有：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼，組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí)，PT2262斷開電源，其17引腳為低電平，從而315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，其第17引腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17引腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17引腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)， PT2272解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對(duì)應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控?cái)?shù)據(jù)發(fā)生改變。M表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)輸出引腳的電平是瞬時(shí)的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)，可以用于類似點(diǎn)動(dòng)的控制。后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道，當(dāng)采用4路并行數(shù)據(jù)時(shí)（PT2272-M4)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位，如果采用6路的并行數(shù)據(jù)時(shí)(PT2272-M6)，對(duì)應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。本設(shè)計(jì)采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262和解碼PT2272的第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復(fù)度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對(duì)使用。 4.單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的紅外線熱釋電人體信號(hào)檢測及控制部分采用AT89S52單片機(jī)作為核心處理器，8只綠色發(fā)光二極管作紅外熱釋電傳感器通道指示燈，P0口的8個(gè)port 分別接紅外熱釋電傳感器傳回的無線信號(hào)，蜂鳴器與紅色發(fā)光二極管組成報(bào)警模塊，光敏電阻組成環(huán)境監(jiān)測模塊。電路設(shè)計(jì)如圖5所示。 5.攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì) 攝像系統(tǒng)采用OV9650 CMOS 130萬像素的攝像頭進(jìn)行視頻采集，OV9650是一款低功耗的CMOS圖像傳感器，該傳感器提供的SXGA格式圖像處理器，也可以提供8bit或10bit格式的圖像。外部控制器要可以通過SCCB(Serial Control Bus)接口控制OV9650 。將采集信號(hào)直輸出后直接送到S3C2440A，由S3C2440A再進(jìn)行步處理。 6.100M網(wǎng)卡模塊 DM9000是一片集成度、性價(jià)比高的芯片，為單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器。它有一個(gè)普通處理接口、一個(gè)10/100M自適應(yīng)的PHY和4K DWORD值的SRAM 。它的目的是在低功耗和高性能進(jìn)程的3.3V與5V的轉(zhuǎn)換時(shí)兼容。DM9000還提供了介質(zhì)無關(guān)的接口，來連接所有提供支持介質(zhì)無關(guān)接口功能的家用電話線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其他收發(fā)設(shè)備。該DM9000支持8位， 16位和32 -位接口訪問內(nèi)部存儲(chǔ)器，以支持不同的處理器。采用DM9000將視頻信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)在局域網(wǎng)內(nèi)傳輸，在PC端通過Web軟件將信號(hào)還原。 在S3C2440板中，DM9000的訪問基地址是0x20000000，DM9000的地址線和數(shù)據(jù)線是復(fù)用的，使用時(shí)我們用CMD引腳來區(qū)分它們。CMD=0時(shí)，數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)，CMD=1時(shí)，數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號(hào)。所以當(dāng)要訪問DM9000內(nèi)部寄存器時(shí)，需要先將CMD置為低電平，然后發(fā)出地址信號(hào)；發(fā)送完地址信號(hào)后，將CMD拉高，即可對(duì)寄存器讀寫數(shù)據(jù)。 值得注意的是DM9000的總線位寬是16位，IOWAIT是處理器命令就緒，當(dāng)上一指令沒有結(jié)束該引腳電平為低，表示當(dāng)前指令需要等待。nIOR是DM9000的讀選擇引腳，低電平有效，即低電平時(shí)進(jìn)行讀操作；nIOW是DM9000的寫選擇引腳，低電平有效，即低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。AEN是芯片選通引腳，低電平時(shí)有效，只有該腳為低電平時(shí)才能進(jìn)行讀寫操作。SD0…SD15是數(shù)據(jù)總線。VDD3.3是外接3.3V電源，GND接地。下面說說對(duì)DM9000的讀操作和寫操作（包括讀寫命令操作和讀寫數(shù)據(jù)操作，只不過讀寫命令操作時(shí)CMD要拉低，而讀寫數(shù)據(jù)操作時(shí)CMD要拉高）：讀操作時(shí)首先使能片選AEN=0—>然后讀命令使能nIOR=0-->發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)DATA-->讀命令使能結(jié)束nIOR=1-->片選使能結(jié)束AEN=1和數(shù)據(jù)信號(hào)結(jié)束DATA；寫操作時(shí)首先使能片選AEN=0—>然后寫命令使能nIOW=0-->發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)DATA-->寫命令使能結(jié)束nIOW=1-->片選使能結(jié)束AEN=1和數(shù)據(jù)信號(hào)結(jié)束DATA。 B.住宅安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件由引導(dǎo)程序U-BOOT、操作系統(tǒng)內(nèi)核Linux2.6.30.4、文件系統(tǒng)yaffs2和應(yīng)用程序四部分組成。采用Linux操作系統(tǒng)無疑降低了成本，還可以根據(jù)環(huán)境的變化和無線接收的數(shù)據(jù)判斷異常，使用100M網(wǎng)卡，通過網(wǎng)線與PC機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，無人看守,大大提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。 1.攝像機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序: 驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H上是硬件與應(yīng)用程序之間的中間層。驅(qū)動(dòng)程序工作在內(nèi)核空間，應(yīng)用程序一般工作在用戶態(tài)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)換，啟動(dòng)相應(yīng)的I/O設(shè)備，發(fā)出I/O命令，完成相應(yīng)的I/O操作。攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)程序完成了設(shè)備的注冊(cè)，圖像的數(shù)據(jù)采集，還有和用戶層的數(shù)據(jù)交互。 2.人體紅外熱釋檢測程序及無線發(fā)送程序。 3.網(wǎng)卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 4.報(bào)警模塊驅(qū)動(dòng)程序。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：設(shè)計(jì)制作功能完善、性能穩(wěn)定及性價(jià)比高的住宅安防系統(tǒng)。 基本思路：系統(tǒng)以32位MCU ARM9為核心，通過攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集圖像配合上住宅周圍的無線熱釋電紅外傳感器模塊報(bào)警網(wǎng)絡(luò)組成住宅安防監(jiān)控系統(tǒng)。若有人入侵報(bào)警系統(tǒng)，攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集圖像，經(jīng)ARM處理，以100M以太網(wǎng)為載體，連接到PC終端顯示入口環(huán)境畫面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。 創(chuàng)新點(diǎn)：PC機(jī)和嵌入式linux系統(tǒng)，100M以太網(wǎng)，攝像系統(tǒng)及無線熱釋電紅外模塊、報(bào)警系統(tǒng)配合使用，保衛(wèi)家居安全。 技術(shù)關(guān)鍵：嵌入式linux系統(tǒng)移植，攝像系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，100M網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，人體紅熱釋模塊驅(qū)動(dòng)，報(bào)警系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 主要技術(shù)指標(biāo):1.若有入口或非入口非法入侵時(shí)，立即報(bào)警； 2.報(bào)警時(shí)能夠顯示報(bào)警時(shí)間、地點(diǎn)，并有聲光提示及視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 3.探測器具有高質(zhì)量保證，避免誤報(bào)，漏報(bào)； 4.系統(tǒng)具有防拆，防破壞功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：采用人體紅外熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號(hào)，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報(bào)警信號(hào)。實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊防范的實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止入侵者從非入口地方未經(jīng)允許擅自闖入，避免各種潛在的危險(xiǎn)。 實(shí)質(zhì)性及顯著進(jìn)步：采用samsung公司高性價(jià)比的32位微處理器S3C2440A，配置通用網(wǎng)卡DM9000，攝像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖像實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)使用市場上廉價(jià)的人體熱釋電紅外傳感器探測入侵者，用無線傳輸方式傳送熱釋電紅外檢測系統(tǒng)捕獲的信號(hào)，使報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信息，達(dá)到安防的目的。 先進(jìn)性：憑借其兩種探測系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，此安防系統(tǒng)在當(dāng)前具有先進(jìn)性，并且在今后很長時(shí)間內(nèi)保持一定競爭力。因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用以模塊化的處理單元為主體的控制系統(tǒng),這在目前是先進(jìn)的，而且也是安防系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，可以隨著技術(shù)的發(fā)展升級(jí)，保證其先進(jìn)性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 百色學(xué)院2011年“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 電路系統(tǒng)的實(shí)物階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：此基于ARM的智能化住宅安防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)入侵者從入口入侵時(shí)，管理員在PC機(jī)上實(shí)時(shí)監(jiān)視入口情況及查看歷史監(jiān)控錄像；當(dāng)有非入口入侵時(shí)，采用人體紅外線熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號(hào)，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊防范的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)鎖定入侵者位置。 作品優(yōu)勢：此安防系統(tǒng)中的軟、硬件都采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)是根據(jù)具體需求靈活組織，所以具有非常好的擴(kuò)充性 適用范圍：此安防系統(tǒng)可以應(yīng)用于小區(qū)防盜，有效簡化小區(qū)管理工作人員的工作任務(wù)，提高工作效率。 推廣前景：在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加相應(yīng)模塊就可以推廣到商場、圖書館、超市、服裝品牌店、箱包店、眼鏡店、藥店、鞋店、體育用品店等。 市場分析：隨著社會(huì)的發(fā)展，家庭的防范問題就顯得尤為重要。本系統(tǒng)能夠解決上述問題，進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，因此，住宅安防系統(tǒng)必將有很大的發(fā)展。 經(jīng)濟(jì)效益：由于采用以模塊化的處理單元為主體的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)大部分功能可由軟件實(shí)現(xiàn)同時(shí)可自由拆分自合，在保證系統(tǒng)強(qiáng)大功能的同時(shí)，節(jié)省了費(fèi)用。
同類課題研究水平概述
- 現(xiàn)階段，大部分工程安裝住宅安防系統(tǒng)都傾向于選擇國外品牌產(chǎn)品，其中，安裝的國外產(chǎn)品主要來自美國、日本和韓國。這主要是因?yàn)椋^大部分國際知名品牌大都來自美國和日韓，安防系統(tǒng)產(chǎn)品在這些國家的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，很早就打進(jìn)了我國市場，所以在我國市場上占有相當(dāng)大的份額。要想在安防系統(tǒng)領(lǐng)域中占據(jù)一定市場，我們只能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出更完善、合理及性價(jià)比高的全新安防系統(tǒng)。 該基于ARM的智能化住宅安防系統(tǒng)著眼于提高住宅、社區(qū)的安全防范程度。在滿足用戶現(xiàn)有需求的前提下依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在技術(shù)上提供充分升級(jí)空間，保護(hù)用戶的居家安全，利用先進(jìn)的探測技術(shù)，利用較少的成本，實(shí)現(xiàn)兼容強(qiáng)大智能化樓宇自控功能。系統(tǒng)應(yīng)用精密人體感應(yīng)熱釋電傳感器對(duì)住宅周邊幾十米以內(nèi)的行人進(jìn)行監(jiān)控，起到了住宅的初步的安全保護(hù)，在出現(xiàn)非法入侵的情況，可及時(shí)定位入侵人員，做出必要的處理方法。在住宅門口的夜間常明燈的輔助下，應(yīng)用實(shí)時(shí)視頻攝像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵異常行為的進(jìn)一步安全監(jiān)控，起到了住宅的實(shí)時(shí)防御及險(xiǎn)情預(yù)警和自動(dòng)處理。再加上頂層基于計(jì)算機(jī)的組態(tài)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)集中控制管理，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)安防智能系統(tǒng)的信息收集、管理。
