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使用AT89S52单片机实现智能家居安防系统的设计资料说明

2019-11-23 12:10 次阅读

现在,人们对工作和生活环境不仅要求舒适健康、可靠便利,而且更加看重安全性,并利用安防系统来提高家庭抵御各种意外情况的能力。现在的安防系统可借助计算机技术、IC 卡技术、通信技术等来实现,CAN总线应用于安防系统对家居智能化发展起到了良好的促进作用。CAN总线是一种应用较为广泛的现场总线,它支持多主节点,有完善的错误处理机制,通信速率快,传送距离远,可挂接控制设备多。而把DTMF 技术应用于安防系统,不需要专门的布线,不占用无线电频率资源,没有电磁污染。文中设计了一种基于CAN 总线和DTMF技术的以AT89S52单片机为核心的新型智能家居安防系统,使原来小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。本系统可以对整个家居的安全环境进行实时监控,监控的范围包括室内防盗、火灾报警、煤气泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故发生,该报警系统就会发出相应的报警信息,用语音播出警情类别,向远方用户和相关部门提供警情语音。

2 系统总体构成

系统框图如图1所示。单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够快速、准确地监测到住宅的异常状况,经确认后及时通知控制器,再由单片机来控制电话接口电路,实现模拟摘机,自动拨打预先设置的电话号码进行语音报警并通知管理中心。当监测到对方回应后,自动恢复警戒状态。

图1 家居安防系统框图

3 硬件设计

系统主控部分采用AT89S52单片机,无需扩展外部存储器看门狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息。数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。系统中ISD1420仅作为基本录放音电路,所以所有的地址线全部置为0, 因此放音的起始地址是0。语音信号由驻极话筒拾取,从M IC和M IC REF两端输入芯片内部的放大器放大,经过功放后的音频信号从SP+ 被用来与通话电路相连,以送出语音信号。

3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元

系统并于电话线两端,时刻处于监控状态,不会影响电话的正常工作。当系统接收到振铃信号时,会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口。若5次振铃后无人接听,则系统进入自动摘机状态。单片机P1. 2 引脚输出高电平,三极管V501导通则继电器K1动作,将负载电阻接入电路实现模拟摘机。此后电话线上就会出现大于10mA的电流,交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通电话。如果振铃信号没有达到预设值就消失,则单片机的计数值清零,控制器不动作。

3. 2 DTMF收发单元

DTMF收发电路采用DTMF信号编/解码芯片MT8880[ 5] 芯片,单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警,DTMF收发电路如图2所示。

图2 DTMF收发电路

MT8880提供了与微处理器相连的接口,以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入,由R27、R28和C16 组成,其输入电压增益为1, 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成。它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP与单片机P3. 5 脚相连。当MT8880接收到有效的双音多频信号时,单片机进行中断处理。MT8880的IN - 端和通话电路TEA 1062 的QR 端相连,MT8880的TONE端和TEA1062的DTMF端相连。

3. 3 通话单元

通话电路使用电话机专用通话集成电路TEA1062。送话时,语音信号(来自ISD1420)通过M IC + 引脚输入,DTMF信号(来自MT8880)通过DTMF引脚输入,经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到电话外线上。受话时,信号通过消侧音网络,从IR 引脚输入,放大后从引脚QR 输出,分两路:一路送到ISD1420的ANA IN端供语音录制用,另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信号。

3. 4 CAN 总线数据传输单元

CAN 总线数据传输单元由两部分构成,一部分是CAN控制器,实现对总线数据的交互与控制,另一部分是CAN 数据收发器,实现数据的网络传输。

单片机AT89S52通过控制CAN控制器来实现对总线的访问,同时还负责功能单元的测量和控制, CAN 总线接口电路如图3所示。

图3 CAN总线接口电路

AT89S52通过中断方式访问CAN控制器SJA1000,为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJA1000通过高速光耦6N137与CAN总线驱动器PCA82C50相连。PCA82C50的CANH和CANL引脚各自接了一个5的电阻与CAN总线相连,可以起到限流作用,以免PCA82C50受到过电流冲击。

4 软件设计

系统的软件采用模块化设计,主要包括主程序模块、CAN通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、DTMF收发模块等,这里主要介绍主程序和CAN通信模块设计。

4. 1 主程序设计

主程序主要完成各功能模块的调用,检测系统输入,然后根据系统状态进行判断处理。程序进行主循环之前还要进行必要的初始化,如MT8880、ISD1420、SJA1000相关标志位等。主程序流程如图4所示。

图4 主程序流程图

4. 2 CAN通信模块设计

CAN通信模块包括控制器初始化、数据接收和发送子程序。SJA1000有复位模式和工作模式两种状态,两种状态下寄存器配置不同。当参数设置完后,CPU发出命令,SJA1000处于工作状态,进行正常通信。如果通信出错,CPU会使SJA1000回到复位模式。接收模块负责节点报文的接收及相关处理。接收过程中CPU会读数据,根据命令字判断数据帧的类型进行不同处理。发送模块负责报文的发送,SJA1000发送数据前,要判断是否满足发送条件,如果满足,则把报文帧信息、标识符和要发送的数据写入缓冲区,即可发送。JA 1000的收发流程图如图5所示。

图5 JA 1000的收发流程图

5 结束语

本系统以AT89S52单片机为核心,不用对电话网进行任何改造,实现对家居设防点进行自动检测和语音报警。设计中用CAN总线结构组成安防系统,有较好的灵活性和扩展性,同时利用CAN 总线引入实时的数据处理,提高了系统的可靠性。可对楼宇可视对讲、智能小区管理、门禁管理等有较大的应用推广价值。

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TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类应用标准 器件温度等级1: -40°C至125° CT A 符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准的要求 高达5Mbps的传统CAN和CAN FD支持 较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量 在有负载CAN网络中实现更快的数据速率< /li> I /O电压范围:1.8V至5V 优化了未上电时的性能 总线和逻辑终端为 结温范围:-40°C至150°C 可提供SOIC(8)封装和无引线VSON...
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TCAN1044-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类 应用标准器件温度等级 1:–40°C 至 125°C TA符合 ISO 11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层标准的要求高达 5Mbps 的传统 CAN 和 CAN FD 支持较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量在有负载 CAN 网络中实现更快的数据速率I/O 电压范围:1.8V 至 5V优化了未上电时的性能总线和逻辑终端为高阻抗(运行总线或应用上无负载) 支持热插拔:总线和 RXD 输出端加电/断电时的无毛...
发表于 01-08 17:49 224次 阅读
TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN2441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN2441-Q1集成了基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN2441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN2441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC Q...
发表于 01-08 17:48 122次 阅读
TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN1441-Q1集成了一个基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN1441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN1441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC...
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TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 130次 阅读
SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235用于采用符合ISO 11898标准的控制器局域网(CAN)串行通信物理层的应用中。作为CAN收发器,每个都在差分CAN总线和CAN控制器之间提供发送和接收功能,信号速率高达1 Mbps。 设计用于特别恶劣的环境,设备具有交叉线保护,高达±36 V的过压保护,接地保护丢失,过热(热关断)保护以及±100 V的共模瞬变保护。这些器件可在7 V至12 V的宽共模范围内工作。这些收发器是微处理器上的主机CAN控制器与工业,楼宇自动化,运输和汽车应用中使用的差分CAN总线之间的接口。 模式: R < SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235的sub> S 引脚(引脚8)提供三种工作模式:高速,斜率控制和低功耗待机模式。通过将引脚8直接连接到地来选择高速工作模式,允许驱动器输出晶体管尽可能快地接通和断开,而不限制上升和下降斜率。可以通过在R S 引脚和地之间连接一个电阻来调整上升和下降斜率。斜率将与引脚的输出电流成比例。电阻值为10kΩ时,器件驱动器的压摆率约为15 V /μs,值为100kΩ时,器件的压摆率约为2.0 V /μs。有关斜率控制的更多信息,请参阅功能描述。 SN65HVD23...
发表于 10-16 10:08 499次 阅读
SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

TLIN2024-Q1器件是一款四路局域互连网络(LIN)物理层收发器,集成了唤醒和保护特性,符合LIN 2.0 ,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标准.LIN是一根单线制双向总线,通常用于低速车载网络,数据传输速率高达20kbps.LIN接收器支持数据传输速率高达100kbps的内联编程应用.TLIN2024-Q1具有两个独立的双路LIN收发器模块.V SUP1 /2 可控制独立的双路收发器模块.TLIN2024-Q1使用一个可降低电磁辐射(EME)的限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转化为LIN总线信号。接收器将数据流转化为逻辑电平信号,此信号通过开漏RXD引脚发送到微处理器。休眠模式可实现超低电流消耗,该模式允许通过LIN总线或EN引脚实现唤醒。集成电阻器,静电放电(ESD)保护和故障保护功能有助于设计人员节约应用的布板空间 特性 符合汽车类标准 具有符合AEC Q100标准的下列结果: 器件环境温度:-40°C至125°C 器件HBM ESD分类等级:±6kV 器件CDM ESD分类等级:±1.5kV 符合LIN 2.0,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标...
发表于 10-16 10:08 111次 阅读
TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

SN75LBC031 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 118次 阅读
SN75LBC031 收发器

SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 96次 阅读
SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器