隨著社會(huì)的發(fā)展，入室盜竊案越來越多,，使人們財(cái)產(chǎn)受到極大的威脅,。由于入室盜竊者非常狡猾，使警方破案極為困難,。而本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以為家居提供安全保障,，同時(shí)為警方破案提供最大化幫助。目前,，市場上也出現(xiàn)了各式各樣的智能家居控制系統(tǒng),，說明家居安防越來越受重視，即時(shí)報(bào)警系統(tǒng)不可或缺,。
本文設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)以即時(shí)報(bào)警為理念,，即時(shí)將報(bào)警系統(tǒng)抓拍的罪犯圖像以MMS（Multimedia Messaging Service，彩信）形式發(fā)送給用戶,，從而讓用戶及時(shí)掌握家中動(dòng)態(tài),，為破案提供直接證據(jù)。本系統(tǒng)同時(shí)能與用戶語音交互,，用戶可以主動(dòng)要求系統(tǒng)抓拍室內(nèi)當(dāng)前圖像,。
1 系統(tǒng)的工作原理
1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該全面考慮系統(tǒng)的總體功能，進(jìn)行硬件的初步選型后,，確定一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)的可行方案,。經(jīng)過反復(fù)對(duì)比，考慮到節(jié)約整體成本,，系統(tǒng)以Atmel公司生產(chǎn)的AVR系列ATmega16L單片機(jī)為控制核心,，并選用低功耗和低成本的功能器件。經(jīng)過調(diào)查研究,，從技術(shù)上認(rèn)真分析,，認(rèn)為需滿足下列5條技術(shù)要求，方能實(shí)現(xiàn)功能完善,、即時(shí)報(bào)警這兩個(gè)主要目標(biāo),。
①報(bào)警系統(tǒng)靈敏度要高,，能即時(shí)向用戶發(fā)送警情,；
②報(bào)警地點(diǎn)與被呼叫對(duì)象（用戶）之間的空間距離應(yīng)不受限制,；
?、勰軌蚺c用戶進(jìn)行語音交互,；
?、苋缫蚬仕罊C(jī),，應(yīng)能正常恢復(fù)運(yùn)行,；
?、菡麄€(gè)系統(tǒng)應(yīng)能隱蔽安裝，不易被罪犯發(fā)覺破壞,。
1.2 系統(tǒng)框圖
即時(shí)報(bào)警系統(tǒng)由AVR單片機(jī)ATmega16L,、語音模塊、GPRS模塊,、DTMF譯碼電路,、人體熱紅外感應(yīng)電路和圖像采集模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示,。
圖1 系統(tǒng)框圖
1.3 系統(tǒng)主要功能
?、佼?dāng)人體熱紅外感應(yīng)探頭感應(yīng)到人體熱紅外線時(shí)，便會(huì)啟動(dòng)人體熱紅外感應(yīng)電路產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào),，并傳送給主控單片機(jī)ATmega16L.微控制器在被觸發(fā)后啟動(dòng)攝像頭模塊抓拍圖片,，并將圖片以MMS形式通過GPRS模塊發(fā)送給用戶指定的手機(jī)號(hào)碼；發(fā)送完后給用戶打電話,，語音通知用戶報(bào)警,。
②用戶可以主動(dòng)給系統(tǒng)撥號(hào),，系統(tǒng)與用戶語音交互,，接受用戶控制，如設(shè)定報(bào)警號(hào)碼,、要求抓拍圖片等,。
2 主要功能模塊硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 主控芯片電路
ATmega16L單片機(jī)是一款高性能、低功耗的8位AVR微處理器,，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu),，內(nèi)部有大容量的ROM、RAM,、Flash和EEPROM,，集成4通道PWM和SPI串行外設(shè)接口，有兩個(gè)可編程的串行UART和豐富的片內(nèi)/片外中斷引腳,。
2.2 人體熱紅外感應(yīng)電路
此部分電路以熱釋電紅外傳感器和紅外傳感信號(hào)處理器BISS0001為核心,，熱釋電紅外傳感器是一種能夠感應(yīng)人體靠近或遠(yuǎn)離的傳感器，將人體紅外熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),。人體都有恒定的體溫,，一般在37℃左右，人體會(huì)發(fā)射10 μm左右的特定波長紅外線,。熱釋電紅外傳感器通過菲涅爾透鏡將熱釋的紅外信號(hào)聚焦在熱釋電紅外傳感器（PIR）上,。熱釋電紅外傳感器將透過濾光晶片的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，即熱電轉(zhuǎn)換。因此在被動(dòng)紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi),，當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí),，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度；當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū)時(shí),，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異,。此時(shí)將前后兩次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果,，可以判斷出是否有人進(jìn)入警戒區(qū),。人體熱紅外感應(yīng)電路如圖2所示，主控器通過與SING端相連的輸入端口的高低電平來判斷是否有人進(jìn)入警戒區(qū),。
圖2 體熱紅外感應(yīng)電路
PIR將熱電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)由S腳傳送到第一級(jí)運(yùn)放的1IN+腳,，運(yùn)算放大器OP1（1IN-、1IN+為差分輸入端）組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路,，將信號(hào)放大,，然后耦合給運(yùn)算放大器OP2（2IN-為反相輸入端），再進(jìn)行第二級(jí)放大,，同時(shí)將直流電位抬高（≈0.5VDD）后,，BISS0001內(nèi)部將輸出信號(hào)送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào),。由于BISS0001內(nèi)部VH≈0.7VDD,，VL≈0.3VDD，所以當(dāng)VDD=5 V時(shí),，可有效抑制±1 V的噪聲干擾,，提高系統(tǒng)的可靠性。BISS0001具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平）,，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段,，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號(hào)。
由此,，當(dāng)有人進(jìn)入警戒區(qū)時(shí),，信號(hào)輸出引腳SING將變?yōu)楦唠娖剑鵁o人時(shí)則變?yōu)榈碗娖?。微處理器檢測到SING相連的引腳的電平變化,，就可以判斷有人進(jìn)入了警戒區(qū)。
2.3 圖像采集模塊
2.3.1 VC0706介紹
圖像采集模塊采用北京中星微電子公司的VC0706系列芯片,，該芯片是中星微電子針對(duì)圖像采集和處理應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)數(shù)字圖像處理芯片,。通過對(duì)來自CMOS傳感器的視頻信號(hào)進(jìn)行AWB（自動(dòng)白平衡）、AE（自動(dòng)曝光）、AGC（自動(dòng)增益控制）等圖像處理,，并融合低照度下圖像增強(qiáng)處理,、圖像噪聲智能預(yù)測與抑制等先進(jìn)技術(shù)，通過標(biāo)準(zhǔn)CCIR656接口輸出高質(zhì)量的數(shù)字視頻信號(hào),，供外部處理器進(jìn)行壓縮和處理,。
系統(tǒng)MCU通過SPI接口與VC0706連接,，依據(jù)VC0706的內(nèi)部通信協(xié)議進(jìn)行通信,。VC0706的SPI接口只支持兩種工作模式：
①M(fèi)aster mode,，VC0706作為SPI的主設(shè)備,，主要用于連接SPI Flash或者其他SPI從設(shè)備；
?、赟lave mode,，VC0706作為SPI的從設(shè)備，主要用于連接外部控制器,。
同時(shí),，VC0706只支持MSB的傳輸方式和8位的字符長度。
VC0706支持的SPI時(shí)序如圖3所示,。
圖3 VC0706支持的SPI時(shí)序圖
2.3.2 從VC0706讀取圖像
MCU要通過SPI讀取VC0706采集的視頻圖像,，依據(jù)VC0706的內(nèi)部通信協(xié)議進(jìn)行通信，其步驟如下：
?、侔l(fā)送FBUF_CTRL命令,，參數(shù)為0x00，來停止當(dāng)前幀更新,。
?、诎l(fā)送GET_FBUF_LEN命令來獲取當(dāng)前幀中圖像的長度。
?、郯l(fā)送READ_FBUF命令來讀取圖像數(shù)據(jù),。READ_FBUF命令中參數(shù)設(shè)置為：FBUF幀類型設(shè)置為0x00;操作方式設(shè)置為0x0F;起始地址設(shè)置為0x00;數(shù)據(jù)長度設(shè)置間用于在數(shù)據(jù)和命令回復(fù)之間添加延遲，以區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和命令回復(fù),，默認(rèn)值為3000,，可修改為其他值。
?、馨l(fā)送完READ_FBUF命令后,，先等待VC0706的回應(yīng)，回應(yīng)正確則等待接收VC0706發(fā)送的數(shù)據(jù),。在數(shù)據(jù)接收完畢后,，VC0706會(huì)再次發(fā)送命令回復(fù)，通知外部主控MCU數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢,。
?、葑x取完畢后,，發(fā)送FBUF_CTRL命令，參數(shù)為0x02,，來回復(fù)幀的更新,。
2.4 語音模塊電路
語音電路采用ISD公司出品的高性能單片語音錄放芯片ISD4004，該芯片采用直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)（DAST）,，只需要少量的外圍電路就可實(shí)現(xiàn)錄放音,，語音的錄制和播放非常方便。ISD4004系列工作電壓3 V,，單片錄放時(shí)間8~16 min,，音質(zhì)好，適用于移動(dòng)電話及其他便攜式電子產(chǎn)品中,。ISD4004可以進(jìn)行多段語音操作,，每一段稱為一個(gè)信息段（在每次操作開始之前由信息起始指針MSP指定），它由信息起始標(biāo)志,、記錄數(shù)據(jù)和信息結(jié)束標(biāo)志（EOM）組成,。一個(gè)信息段占用一行或者多行存儲(chǔ)空間，且可以包含多個(gè)地址單元,，而一個(gè)地址單元只能作為一個(gè)獨(dú)立的段,。語音錄放電路如圖4所示。
ISD4004的AUOUT引腳是模擬語音信號(hào)輸出端,，其標(biāo)記為voice,，與GPRS模塊的語音輸入腳相連。錄音通過MIC將語音信號(hào)加到ISD4004的輸入端,。ISD4004語音芯片要求主控制器可以是內(nèi)置有SPI兼容接口的微控制器,，也可以用I/O口仿真SPI通信協(xié)議。
2.5 DTMF譯碼電路
DTMF譯碼電路采用HT9172芯片來接收DTMF信號(hào),。HT9172是盛群半導(dǎo)體公司推出的產(chǎn)品,，與HT9170功能相同，腳位兼容,，而效能更佳,，具有較短的號(hào)音偵測時(shí)間及較高的抗噪性能，適用于各種采用有線電話及行動(dòng)電話的遙控系統(tǒng),、自動(dòng)呼叫系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)等,。HT9172是一個(gè)具有數(shù)字譯碼和濾波功能的雙音多頻（DTMF）信號(hào)接收器，內(nèi)置的放大電路可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)整,，高速轉(zhuǎn)換的濾波電路將DTMF信號(hào)分解為高頻和低頻信號(hào),，利用數(shù)字計(jì)數(shù)的方法對(duì)16種DTMF輸入進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生4位的代碼輸出。其電路如圖5所示,。
圖5 DTMF譯碼電路
圖中DTMF_IN接GPRS模塊EARP引腳（GPRS語音輸出引腳之一）,。HT9172能夠檢測用戶按下鍵盤時(shí)產(chǎn)生的頻率，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的4位代碼輸出至D1~D4（連接微處理器相應(yīng)的I/O口）,。當(dāng)HT9170芯片接收到有效的DTMF信號(hào)后,，INT端將變?yōu)楦唠娖剑琁NT與單片機(jī)中斷引腳相連,，從而使單片機(jī)中斷并運(yùn)行中斷服務(wù)程序,。
2.6 GPRS模塊
GPRS模塊選用ESMART公司提供的iWOWTR800 GSM/GPRS模塊，具有標(biāo)準(zhǔn)AT命令接口,，支持GSM語音,、短信息,、GPRS上網(wǎng),、彩信收發(fā)等業(yè)務(wù)。
發(fā)送MMS的AT命令流程：
結(jié)語
本文根據(jù)報(bào)警系統(tǒng)的即時(shí)性需要,，設(shè)計(jì)了一款性價(jià)比高的控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)經(jīng)過測試和應(yīng)用，穩(wěn)定性好,，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程報(bào)警功能及時(shí),，且彩信圖像清晰。