基本信息
- 項目名稱：
- 基于ARM的住宅安防系統(tǒng)的設(shè)計
- 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，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報警信號，實現(xiàn)對從非入口入侵的實時監(jiān)控；通過攝像系統(tǒng)實時采集圖像，若有人從入口入侵報警系統(tǒng)，攝像系統(tǒng)實時采集圖像，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，實現(xiàn)入口實時監(jiān)控。
- 詳細介紹：
- 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)上提供充分升級空間，保護用戶的居家安全，利用先進的探測技術(shù)，利用較少的成本，實現(xiàn)兼容強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)熱釋電傳感器對住宅周邊入侵者進行監(jiān)控，起到了住宅的初步的安全保護，在出現(xiàn)非法入侵的情況，可及時定位入侵人員，做出必要的處理。在住宅門口夜間常明燈的輔助下，應(yīng)用實時視頻攝像系統(tǒng)，實現(xiàn)對入侵異常行為進一步安全監(jiān)控，起到了住宅的實時防御及險情預(yù)警和自動處理。再加上頂層基于計算機的組態(tài)網(wǎng)控制，實現(xiàn)集中控制管理，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對安防智能系統(tǒng)的信息收集、管理。 A.住宅安防系統(tǒng)硬件設(shè)計 1.電源設(shè)計 電源是電子設(shè)備的動力支撐，它被譽為電子設(shè)備的心臟，沒有安全良好的動力，質(zhì)量和可靠性就無從談起。為了提高系統(tǒng)運行的穩(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 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)。它能自動快速驅(qū)動各類自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適合于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)中，總共設(shè)計8個這樣的模塊。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后聚集到熱釋電紅外線傳感器上。當RE200B接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化后，就會失去電荷平衡，產(chǎn)生微弱的電壓變化信號，BISS0001將這個電壓信號加以放大、比較后，便可輸出一個高電平，以驅(qū)動后級電路。 3.無線信號傳輸電路設(shè)計 在本次設(shè)計中無線數(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)計發(fā)射模塊與PT2262編碼集成芯片連接，可對電路進行不同的編碼設(shè)計，有效避免傳輸信號的互擾。 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，實現(xiàn)電路設(shè)計。 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號有：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼，組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，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，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，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，當有按鍵按下時，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，當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，當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， 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應(yīng)的電平狀態(tài)，直到下次遙控數(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的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，可以用于類似點動的控制。后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道，當采用4路并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4)，對應(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(PT2272-M6)，對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。本設(shè)計采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路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，才能配對使用。 4.單片機控制電路的設(shè)計 本系統(tǒng)的紅外線熱釋電人體信號檢測及控制部分采用AT89S52單片機作為核心處理器，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port 分別接紅外熱釋電傳感器傳回的無線信號，蜂鳴器與紅色發(fā)光二極管組成報警模塊，光敏電阻組成環(huán)境監(jiān)測模塊。電路設(shè)計如圖5所示。 5.攝像系統(tǒng)設(shè)計 攝像系統(tǒng)采用OV9650 CMOS 130萬像素的攝像頭進行視頻采集，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 。將采集信號直輸出后直接送到S3C2440A，由S3C2440A再進行步處理。 6.100M網(wǎng)卡模塊 DM9000是一片集成度、性價比高的芯片，為單芯片快速以太網(wǎng)MAC控制器。它有一個普通處理接口、一個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程的3.3V與5V的轉(zhuǎn)換時兼容。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)部存儲器，以支持不同的處理器。采用DM9000將視頻信號通過網(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，使用時我們用CMD引腳來區(qū)分它們。CMD=0時，數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，CMD=1時，數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號。所以當要訪問DM9000內(nèi)部寄存器時，需要先將CMD置為低電平，然后發(fā)出地址信號；發(fā)送完地址信號后，將CMD拉高，即可對寄存器讀寫數(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，當上一指令沒有結(jié)束該引腳電平為低，表示當前指令需要等待。nIOR是DM9000的讀選擇引腳，低電平有效，即低電平時進行讀操作；nIOW是DM9000的寫選擇引腳，低電平有效，即低電平時進行寫操作。AEN是芯片選通引腳，低電平時有效，只有該腳為低電平時才能進行讀寫操作。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CMD要拉低，而讀寫數(shù)據(jù)操作時CMD要拉高）：讀操作時首先使能片選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)信號結(jié)束DATA；寫操作時首先使能片選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)信號結(jié)束DATA。 B.住宅安防系統(tǒng)軟件設(shè)計 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機相連，實現(xiàn)了實時監(jiān)控，無人看守,大大提高了系統(tǒng)的性價比。 1.攝像機設(shè)備驅(qū)動程序: 驅(qū)動程序?qū)嶋H上是硬件與應(yīng)用程序之間的中間層。驅(qū)動程序工作在內(nèi)核空間，應(yīng)用程序一般工作在用戶態(tài)。設(shè)備驅(qū)動程序的本質(zhì)是實現(xiàn)邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的轉(zhuǎn)換，啟動相應(yīng)的I/O設(shè)備，發(fā)出I/O命令，完成相應(yīng)的I/O操作。攝像機驅(qū)動程序完成了設(shè)備的注冊，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)動程序。 4.報警模塊驅(qū)動程序。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：設(shè)計制作功能完善、性能穩(wěn)定及性價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)實時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警網(wǎng)絡(luò)組成住宅安防監(jiān)控系統(tǒng)。若有人入侵報警系統(tǒng)，攝像系統(tǒng)實時采集圖像，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，實現(xiàn)實時監(jiān)控。 創(chuàng)新點：PC機和嵌入式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，100M網(wǎng)卡驅(qū)動，人體紅熱釋模塊驅(qū)動，報警系統(tǒng)驅(qū)動。 主要技術(shù)指標:1.若有入口或非入口非法入侵時，立即報警； 2.報警時能夠顯示報警時間、地點，并有聲光提示及視頻數(shù)據(jù)存儲； 3.探測器具有高質(zhì)量保證，避免誤報，漏報； 4.系統(tǒng)具有防拆，防破壞功能。
科學性、先進性
- 科學性：采用人體紅外熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報警信號。實現(xiàn)對周邊防范的實時監(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。 實質(zhì)性及顯著進步：采用samsung公司高性價比的32位微處理器S3C2440A，配置通用網(wǎng)卡DM9000，攝像系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖像實時傳輸，實時監(jiān)控；同時使用市場上廉價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，使報警系統(tǒng)發(fā)出報警信息，達到安防的目的。 先進性：憑借其兩種探測系統(tǒng)的有機結(jié)合，此安防系統(tǒng)在當前具有先進性，并且在今后很長時間內(nèi)保持一定競爭力。因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計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，保證其先進性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 百色學院2011年“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽 一等獎
作品所處階段
- 電路系統(tǒng)的實物階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物展示
使用說明,技術(shù)特點和優(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)實現(xiàn)入侵者從入口入侵時，管理員在PC機上實時監(jiān)視入口情況及查看歷史監(jiān)控錄像；當有非入口入侵時，采用人體紅外線熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號，以電磁波無線收發(fā)方式傳送報警信號，實現(xiàn)對周邊防范的實時監(jiān)控，及時鎖定入侵者位置。 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，系統(tǒng)是根據(jù)具體需求靈活組織，所以具有非常好的擴充性 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現(xiàn)同時可自由拆分自合，在保證系統(tǒng)強大功能的同時，節(jié)省了費用。
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。這主要是因為，絕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，很早就打進了我國市場，所以在我國市場上占有相當大的份額。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)上進一步提出更完善、合理及性價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)上提供充分升級空間，保護用戶的居家安全，利用先進的探測技術(shù)，利用較少的成本，實現(xiàn)兼容強大智能化樓宇自控功能。系統(tǒng)應(yīng)用精密人體感應(yīng)熱釋電傳感器對住宅周邊幾十米以內(nèi)的行人進行監(jiān)控，起到了住宅的初步的安全保護，在出現(xiàn)非法入侵的情況，可及時定位入侵人員，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)用實時視頻攝像系統(tǒng)，實現(xiàn)對入侵異常行為的進一步安全監(jiān)控，起到了住宅的實時防御及險情預(yù)警和自動處理。再加上頂層基于計算機的組態(tài)網(wǎng)控制，實現(xiàn)集中控制管理，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對安防智能系統(tǒng)的信息收集、管理。
