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嵌入式系统/ARM技术中的基于嵌入式的家庭智能安全报警系统的设计.pdf

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嵌入式系统/ARM技术中的基于嵌入式的家庭智能安全报警系 嵌入式系统 技术中的基于嵌入式的家庭智能安全报警系 统的设计 统的设计 概述   智能安防报警系统是同家庭的各种传感器、功能键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系,是家 庭安防体系的"大脑".报警功能包括防火、防盗、煤气泄露报警及紧急求助等功能,报警系统采用先进智能型控 制网络技术、由微机管理控制,实现对匪情、盗窃、火灾、煤气、紧急求助等意外事故的自动报警,是由保安 中心管理主机、家庭报警器、各类传感器和传输缆线组成。各类传感器对家庭重要地点和区域布防,品种齐全 的传感器能代替传统家居内钢筋防盗网,让业主生活在更安全、舒适的环境之中,   系统原理   TC35I短 信模块是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM短信模块。在GSM网络日臻完善的今天,TC35/TC   概述 概述   智能安防报警系统是同家庭的各种传感器、功能键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系,是家庭安防体系的"大脑". 报警功能包括防火、防盗、煤气泄露报警及紧急求助等功能,报警系统采用先进智能型控制网络技术、由微机管理控制,实现 对匪情、盗窃、火灾、煤气、紧急求助等意外事故的自动报警,是由保安中心管理主机、家庭报警器、各类传感器和传输缆线 组成。各类传感器对家庭重要地点和区域布防,品种齐全的传感器能代替传统家居内钢筋防盗网,让业主生活在更安全、舒适 的环境之中,   系统原理   系统原理   TC35I短信模块是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM短信模块。在GSM网络日臻完善的今天,TC35/TC35I短信模块 秉承了西门子一贯的优秀品质,它易于集成,使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。   整个系统开始工作后,热释电红外传感器RE200B会对探测范围内的红外信号不断地进行采集,当有人体出现时,经信号 处理芯片BISS0001处理后会有一高电平输出给主控制器--基于ARM7架构的LPC2478.当高电平的持续时间在最佳报警时间以 内,则系统会对门外人员发出一般语音提示,LPC2478提供的IIS音频总线接口可以作为一个编解码接口与外部8/16位立体声 音频编解码芯片--UDA1341TS相连,短信发送模块采用西门子公司的TC35i模块,通过移动运营商的GSM无线网络,由主控 制器控制其警报短信的发送。   硬件部分   硬件部分   家庭智能安全报警系统的硬件部分主要由报警信号采集和处理模块、主控制模块、语音报警模块、短消息发送模块和预设 信息存储模块五部分组成,系统总框图见图1.   主控制模块采用基于ARM7TDMI-S内核的微控制器LPC2478,集成度非常高。内嵌98K的片内静态RAM和512KB的片内 FLASH存储器,片内集成ADC、DAC转换器、看门狗、实时时钟RTC、1个IIS音频接口、3个IIC接口、4个UART接口等资 源,方便扩展IIS接口、JTAG调试接口,外扩芯片少,而且采用超小LQFP208封装,整个系统微型化,而且电路简单,芯片 可以实现最高72MHz的工作频率,功能较强。   BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配 以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热 释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置,特别适用于 企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域,或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。   报警信号采集和处理模块主要由热释电红外传感器(PIR)RE200B和红外传感专用处理芯片BISS0001构成。热释电红外 传感器利用热释电效应,以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号。在实际使用时在传感器前安装菲涅 尔透镜,可将检测距离提高到10m以上。RE200B的D、G、S端分别为电源端、地端和目标输出电压端。BISS0001芯片的输 出信号VO送至主控制器,供其读取,具体电路见图2.
  语音报警模块主要由NXP公司生产的一种支持IIS总线数据格式的音频编解码芯片UDA1341TS组成。IIS(Inter-IC Sound bus)又称I2S,是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。目前很多音频芯片和MCU都提供了对IIS的支持。IIS总线只处理 声音数据。其他信号(如控制信号)必须单独传输。为了使芯片的引出管脚尽可能少,IIS只使用了三根串行总线。这三根线 分别是:提供分时复用功能的数据线、字段选择线(声道选择)、时钟信号线。UDA1341TS的IIS总线接口信号线为:位时钟 输入BCK、字选择输入WS、数据输入DATAI、数据输出DATAO和音频系统时钟SYSCLK信号线。主控制器LPC2478提供了 IIS总线接口发送和接收共两组六根信号线,具体电路见图3.   短消息发送模块则由西门子公司的TC35i模块组成。TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块 (ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线结构六部分组成。为了方便调试,我们购置了一款基于TC35i 的GSM模块开发设备,该开 发设备上已经预留出与主控制器进行连接的接线端口,只需将这三个接线端口分别与LPC2478的RXD、TXD、GND相连,就 可以实现通过主控制器对模块的控制。   预设信息存储模块主要由SD卡构成。LPC2478提供了SD/MMC卡主机控制器,因此在设计SD/MMC卡接口电路时,只需 将这些接口相应地接到SD/MMC卡座就可以了。SD/MMC接口电路见图4.SD卡有两种工作模式,在此设计中,我们选择SPI模 式,SD卡的SPI通道由以下4个信号组成:CS(片选)、CLK(时钟)、DataIn(主机到卡的数据信号)和DataOut(卡到主 机的数据信号)。CS是SD卡的片选信号线,在整个SPI操作过程中,必须保持低电平有效,CLK便于同步,DataIn不但传输 数据,还发送命令,同样DataOut除了发送数据外还传送应答信号。   系统程序设计   系统程序设计   本系统使用C语言进行编程,全部为模块化设计。
  结语 结语   普通家庭用智能安全报警系统,采用恩智浦半导体(NXP Semiconductors)高度集成的LPC2478微处理器,芯片内部集 成IIS接口用于语音处理,SPI接口用于SD卡信息存取,UART接口则用于实现对GSM模块的控制,该款芯片丰富的片上资 源,极大满足了设计要求,简化了外围电路。 参考文献: 参考文献 [1]. RE200B datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RE200B_1132439.html. [2]. BISS0001 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/BISS0001_172329.html. [3]. LPC2478 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/LPC2478_2404791.html. [4]. UDA1341TS datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/UDA1341TS_670523.html. [5]. ARM7TDMI-S datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ARM7TDMI-S_1231795.html.
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