Домашняя система безопасности

A Cornell University ECE 476 Final Project
by
Chun-Pai Jimmy Hsieh (ch236 (at) cornell.edu) & Yang Cao (yc233 (at) cornell.edu)

Введение:

Цифровая домашняя система безопасности с голосовым управлением, проводит мониторинг температурного режима, наличия задымления, постороннего движения, сохранности дверей и окон. Задача проекта реализовать вторичный спрос на радио комплектующие для построения единой домашней системы безопасности. Кроме традиционных магнитных переключателей устанавливаемых на двери и окна мы подключили температурный датчик, датчик задымления и детектор движения. Поэтому система реагирует не только на взлом дома, но также на дым и огонь.

Система полностью цифровая и ее можно настроить под конкретного заказчика. К системе подключен 2-х строчный ЖКИ и 4х4 клавиатура. Любой датчик можно включить и выключить с клавиатуры, тон тревожного сигнала также выбирается пользователем. Мы также задействовали звуковоспроизводящее устройство на специализированном чипе для подачи голосового сообщения о том, какой датчик сработал.

Логическая структура:

    На входы центрального процессора подсоединяются датчики и клавиатура, на выходы подсоединены жидкокристаллический индикатор, индикаторы состояния системы, тревожное устройство и цифовой магнитофон.

Электроника и программное обеспечение:

    Для устройства используется готовый инфракрасный детектор движения, детектор дыма.
В базовой версии голосовое сообщение подается только при получении сигнала с датчика дыма.

    Кроме обвязки цифрового магнитофона на микросхеме ISD1420 (конденсаторы, резисторы и др.) проект базируется на программном обеспечении. Потому что от этого зависит настраиваемость системы под конкретного пользователя и возможность применения при различных ситуациях. Возникает необходимость в проверке состояния всех датчиков и связывание их сигналов с определенным голосовым сообщением. Например при получении сигнала с датчика дыма и температуры получаем голосовое сообщение о возможном пожаре, с дверного датчика - сообщение о взломе. Необходимо реализовать пользовательский интерфейс через клавиатуру и буквенно-цифровой индикатор.

Стандарты:

    В нашей системе используются стандартные комплектующие - 2х16 ЖКИ, 4х4 цифровая клавиатура, детектор дыма с питанием от 9V батареи, детектор движения с питанием от 3V батареи.

Особенности программного обеспечения:

    Наиболее важная часть - программа. Она производит опрос датчиков и вывод тревожного сигнала при получении кода ошибки с того или иного датчика. Для включения цифрового магнитофона на воспроизведение сообщения мы выводим адресный бит на порт к которому он подключен, программно выполняется задержка вывода адресного бита на время необходимое для полного воспроизведения записи. И хотя такую задержку использовать нежелательно - данная программа построена таким образом, что бы не вызывать ее сбоев.
    Кроме того за счет использования клавиатуры и индикатора реализовано пользовательское меню. Сделать это не очень трудно, зато очень удобно для пользователя. У нас сделано 12 пунктов меню.   Установка фонового уровня температуры возможна в пределах от 70 до 120 Фаренгейт с шагом в 1 Фаренгейт, длительность звучания голосового сообщения от 0 до 30 секунд с шагом в 2 секунды.
   Существует еще одна функция - если во время звучания обычного тревожного сигнала (звонка) нажать и удерживать некоторое время любую клавишу на клавиатуре, то звонок будет звучать однократно.
   Задействуется также клавиша "ВК" для стирания предыдущего неправильно введенного символа
пароля, клавиша для быстрой маскировки вводимого парольного слова.

Особенности "Железа":

    Первый датчик который мы рассмотрим - температурный датчик. Собственно в схему входит сам датчик LM34 и операционный усилитель LMC7111. Выходное напряжение в ОУ подается на один из входов аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера А0.

    Второй датчик - детектор движения. У нас нет его схемы, но известно что в его состав входит несколько N-P-N транзисторов. Транзисторы работают в ключевом режиме и в схеме имеется оригинальный пьезоэлектрический излучатель. Выход этого датчика подключается к другому входу аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера А1. Если напряжение находится вблизи порогового уровня, то мы знаем, что сигнал датчика выключен.

    Третий датчик - детектор дыма. Большинство датчиков оснащено пьезоэлектрическим излучателем соединенным с основной схемой тремя выводами. Электроды: F - выход, С - вход, М - общий. Излучатель начинает подавать сигнал, когда на нем происходит падение напряжения. Следовательно, когда датчик не активен, то на пьезоэлементе присутствует высокий уровень напряжения. Электрод F соединяется со входом АЦП микроконтроллера A2.

    Последний датчик - магнитный переключатель. В нормальном положении он замкнут и его сопротивление равно нолю. При его срабатывании контакты размыкаются и сопротивление увеличивается до бесконечности. Датчики через притягивающие резисторы номиналом 10 кОм соединяются со входами простых логических элементов И/ИЛИ на микросхеме 74LS00. Четыре входа этой микросхемы имеют тип НЕ/И. Если мы соединяем два НЕ/И входа параллельно для одного сигнала, а два других НЕ/И входа параллельно для другого сигнала, то получаем два входа типа И/ИЛИ для параллельных сигналов.

    Клавиатура. Используется клавиатура 4х4 клавишного поля. Клавиши "-" и "+" увеличивают номера в подменю, а также время или высоту тона. Клавиши UP или DOWN используются для навигации в меню. Клавиша BK(backspace) используется для ввода пароля. Клавиша EN(enter) используется для включения или выключения меню или включения системы.

Справочная информация о разработке

Голосовой сигнализатор. Построен на микросхеме ISD1420 с дополнительной обвязкой (резиторы, конденсаторы) по типовой схеме. Для соединения с микроконтроллером используется адресный бит порта А (вывод 6 соединяется с контактом PLAY). Дополнительно о пьезоэлектрических излучателях можно посмотреть по адресу www.imagineeringezine.com/e-zine/beeper.html

Детектор дыма - www.epa.gov/radiation/sources/smoke_alarm.htm

Код программы на языке Си - project.c (скачать с radiovisor.ru)

Схемы:

кликни для расширения!

Основная схема соединений с микроконтроллером ATmega32

Схема датчика температуры

Схема магнитного датчика

Схема голосового сигнализатора

Фото устройства

Ссылки сети интернет