基本信息
- 项目名称：
- 基于ARM的住宅安防系统的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 系统以ARM9、AT89S52为核心处理器，采用人体红外热释电传感器感应人体信号，以电磁波无线收发方式传送报警信号，实现对从非入口入侵的实时监控；通过摄像系统实时采集图像，若有人从入口入侵报警系统，摄像系统实时采集图像，经ARM处理，再以100M以太网为载体，连接到PC终端显示入口画面，实现入口实时监控。
- 详细介绍：
- 基于ARM的智能化住宅安防系统能够提高住宅、社区的安全防范程度。在满足用户现有需求的前提下依托物联网技术，在技术上提供充分升级空间，保护用户的居家安全，利用先进的探测技术，利用较少的成本，实现兼容强大智能化楼宇自控功能。 住宅安防系统是智能化居家控制系统的重要组成部分。该系统应用精密人体感应热释电传感器对住宅周边入侵者进行监控，起到了住宅的初步的安全保护，在出现非法入侵的情况，可及时定位入侵人员，做出必要的处理。在住宅门口夜间常明灯的辅助下，应用实时视频摄像系统，实现对入侵异常行为进一步安全监控，起到了住宅的实时防御及险情预警和自动处理。再加上顶层基于计算机的组态网控制，实现集中控制管理，通过网络实现对安防智能系统的信息收集、管理。 A.住宅安防系统硬件设计 1.电源设计 电源是电子设备的动力支撑，它被誉为电子设备的心脏，没有安全良好的动力，质量和可靠性就无从谈起。为了提高系统运行的稳定性，供电电压必须为稳定且纹波系数小的直流电源。本系统采用交流220V转9V的降压后作为电源的前端器件，变压器能有效隔离市频高压，提高电路的安全性，9V变压器输出接整流桥进行全波整流，再经过1000uF电解电容和104pF瓷片电容虑除电压纹波，最后通过三端集成稳压器7805、lm1117-3.3、lm1117-2.5和lm1117-1.8稳压后输出稳定的的5V、3.3V、2.5V、1.8V直流电压。 2.红外线热释电传感器电路设计 红外线热释电传感器电路以BISS0001为核心芯片，。 BISS0001是一片具有较高性能的信号处理集成芯片，它配合热释电红外传感器和少量外接元器件构成热释电红外开关。它能自动快速驱动各类自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适合于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 本系统中，总共设计8个这样的模块。最左端的RE200B是人体红外热释电传感器。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到热释电红外线传感器上。当RE200B接收到人体红外辐射温度发生变化后，就会失去电荷平衡，产生微弱的电压变化信号，BISS0001将这个电压信号加以放大、比较后，便可输出一个高电平，以驱动后级电路。 3.无线信号传输电路设计 在本次设计中无线数据传输模块采用315MHZ发射、接收模块，发射模块采用声表谐振器SAW稳频，其频率稳定度高。本次设计发射模块与PT2262编码集成芯片连接，可对电路进行不同的编码设计，有效避免传输信号的互扰。 接收模块功耗小、、灵敏度高、工作电压为5伏、静态电流为4毫安。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收模块与解码芯片PT2272M配合使用，实现电路设计。 编码芯片PT2262发出的编码信号有：地址码、数据码、同步码，组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，相应的数据引脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262断开电源，其17引脚为低电平，从而315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17引脚输出经调制的串行数据信号，当17引脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17引脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号， PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生改变。M表示非锁存输出，数据输出引脚的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4)，对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。本设计采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。 4.单片机控制电路的设计 本系统的红外线热释电人体信号检测及控制部分采用AT89S52单片机作为核心处理器，8只绿色发光二极管作红外热释电传感器通道指示灯，P0口的8个port 分别接红外热释电传感器传回的无线信号，蜂鸣器与红色发光二极管组成报警模块，光敏电阻组成环境监测模块。电路设计如图5所示。 5.摄像系统设计 摄像系统采用OV9650 CMOS 130万像素的摄像头进行视频采集，OV9650是一款低功耗的CMOS图像传感器，该传感器提供的SXGA格式图像处理器，也可以提供8bit或10bit格式的图像。外部控制器要可以通过SCCB(Serial Control Bus)接口控制OV9650 。将采集信号直输出后直接送到S3C2440A，由S3C2440A再进行步处理。 6.100M网卡模块 DM9000是一片集成度、性价比高的芯片，为单芯片快速以太网MAC控制器。它有一个普通处理接口、一个10/100M自适应的PHY和4K DWORD值的SRAM 。它的目的是在低功耗和高性能进程的3.3V与5V的转换时兼容。DM9000还提供了介质无关的接口，来连接所有提供支持介质无关接口功能的家用电话线网络设备或其他收发设备。该DM9000支持8位， 16位和32 -位接口访问内部存储器，以支持不同的处理器。采用DM9000将视频信号通过网络在局域网内传输，在PC端通过Web软件将信号还原。 在S3C2440板中，DM9000的访问基地址是0x20000000，DM9000的地址线和数据线是复用的，使用时我们用CMD引脚来区分它们。CMD=0时，数据总线上传输的是地址信号，CMD=1时，数据总线上传输的是数据信号。所以当要访问DM9000内部寄存器时，需要先将CMD置为低电平，然后发出地址信号；发送完地址信号后，将CMD拉高，即可对寄存器读写数据。 值得注意的是DM9000的总线位宽是16位，IOWAIT是处理器命令就绪，当上一指令没有结束该引脚电平为低，表示当前指令需要等待。nIOR是DM9000的读选择引脚，低电平有效，即低电平时进行读操作；nIOW是DM9000的写选择引脚，低电平有效，即低电平时进行写操作。AEN是芯片选通引脚，低电平时有效，只有该脚为低电平时才能进行读写操作。SD0…SD15是数据总线。VDD3.3是外接3.3V电源，GND接地。下面说说对DM9000的读操作和写操作（包括读写命令操作和读写数据操作，只不过读写命令操作时CMD要拉低，而读写数据操作时CMD要拉高）：读操作时首先使能片选AEN=0—>然后读命令使能nIOR=0-->发送数据信号DATA-->读命令使能结束nIOR=1-->片选使能结束AEN=1和数据信号结束DATA；写操作时首先使能片选AEN=0—>然后写命令使能nIOW=0-->发送数据信号DATA-->写命令使能结束nIOW=1-->片选使能结束AEN=1和数据信号结束DATA。 B.住宅安防系统软件设计 本系统软件由引导程序U-BOOT、操作系统内核Linux2.6.30.4、文件系统yaffs2和应用程序四部分组成。采用Linux操作系统无疑降低了成本，还可以根据环境的变化和无线接收的数据判断异常，使用100M网卡，通过网线与PC机相连，实现了实时监控，无人看守,大大提高了系统的性价比。 1.摄像机设备驱动程序: 驱动程序实际上是硬件与应用程序之间的中间层。驱动程序工作在内核空间，应用程序一般工作在用户态。设备驱动程序的本质是实现逻辑设备到物理设备的转换，启动相应的I/O设备，发出I/O命令，完成相应的I/O操作。摄像机驱动程序完成了设备的注册，图像的数据采集，还有和用户层的数据交互。 2.人体红外热释检测程序及无线发送程序。 3.网卡设备驱动程序。 4.报警模块驱动程序。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：设计制作功能完善、性能稳定及性价比高的住宅安防系统。 基本思路：系统以32位MCU ARM9为核心，通过摄像系统实时采集图像配合上住宅周围的无线热释电红外传感器模块报警网络组成住宅安防监控系统。若有人入侵报警系统，摄像系统实时采集图像，经ARM处理，以100M以太网为载体，连接到PC终端显示入口环境画面，实现实时监控。 创新点：PC机和嵌入式linux系统，100M以太网，摄像系统及无线热释电红外模块、报警系统配合使用，保卫家居安全。 技术关键：嵌入式linux系统移植，摄像系统驱动，100M网卡驱动，人体红热释模块驱动，报警系统驱动。 主要技术指标:1.若有入口或非入口非法入侵时，立即报警； 2.报警时能够显示报警时间、地点，并有声光提示及视频数据存储； 3.探测器具有高质量保证，避免误报，漏报； 4.系统具有防拆，防破坏功能。
科学性、先进性
- 科学性：采用人体红外热释电传感器感应人体信号，以电磁波无线收发方式传送报警信号。实现对周边防范的实时监控，防止入侵者从非入口地方未经允许擅自闯入，避免各种潜在的危险。 实质性及显著进步：采用samsung公司高性价比的32位微处理器S3C2440A，配置通用网卡DM9000，摄像系统，实现数据图像实时传输，实时监控；同时使用市场上廉价的人体热释电红外传感器探测入侵者，用无线传输方式传送热释电红外检测系统捕获的信号，使报警系统发出报警信息，达到安防的目的。 先进性：凭借其两种探测系统的有机结合，此安防系统在当前具有先进性，并且在今后很长时间内保持一定竞争力。因此在系统结构设计上采用以模块化的处理单元为主体的控制系统,这在目前是先进的，而且也是安防系统的发展趋势，可以随着技术的发展升级，保证其先进性。
获奖情况及鉴定结果
- 百色学院2011年“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 一等奖
作品所处阶段
- 电路系统的实物阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：此基于ARM的智能化住宅安防系统实现入侵者从入口入侵时，管理员在PC机上实时监视入口情况及查看历史监控录像；当有非入口入侵时，采用人体红外线热释电传感器感应人体信号，以电磁波无线收发方式传送报警信号，实现对周边防范的实时监控，及时锁定入侵者位置。 作品优势：此安防系统中的软、硬件都采用模块化设计，系统是根据具体需求灵活组织，所以具有非常好的扩充性 适用范围：此安防系统可以应用于小区防盗，有效简化小区管理工作人员的工作任务，提高工作效率。 推广前景：在此基础上适当增加相应模块就可以推广到商场、图书馆、超市、服装品牌店、箱包店、眼镜店、药店、鞋店、体育用品店等。 市场分析：随着社会的发展，家庭的防范问题就显得尤为重要。本系统能够解决上述问题，进一步规范住宅小区智能化建设，因此，住宅安防系统必将有很大的发展。 经济效益：由于采用以模块化的处理单元为主体的结构，系统大部分功能可由软件实现同时可自由拆分自合，在保证系统强大功能的同时，节省了费用。
同类课题研究水平概述
- 现阶段，大部分工程安装住宅安防系统都倾向于选择国外品牌产品，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国。这主要是因为，绝大部分国际知名品牌大都来自美国和日韩，安防系统产品在这些国家的发展已经比较成熟，产品功能稳定、性能完善，很早就打进了我国市场，所以在我国市场上占有相当大的份额。要想在安防系统领域中占据一定市场，我们只能够在此基础上进一步提出更完善、合理及性价比高的全新安防系统。 该基于ARM的智能化住宅安防系统着眼于提高住宅、社区的安全防范程度。在满足用户现有需求的前提下依托物联网技术，在技术上提供充分升级空间，保护用户的居家安全，利用先进的探测技术，利用较少的成本，实现兼容强大智能化楼宇自控功能。系统应用精密人体感应热释电传感器对住宅周边几十米以内的行人进行监控，起到了住宅的初步的安全保护，在出现非法入侵的情况，可及时定位入侵人员，做出必要的处理方法。在住宅门口的夜间常明灯的辅助下，应用实时视频摄像系统，实现对入侵异常行为的进一步安全监控，起到了住宅的实时防御及险情预警和自动处理。再加上顶层基于计算机的组态网控制，实现集中控制管理，通过网络实现对安防智能系统的信息收集、管理。
