基于嵌入式的家庭智能安全报警系统的设计

　　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/TC35I短信模块秉承了西门子一贯的品质，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

　　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

　　本系统使用C语言进行编程，全部为模块化设计。

　　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:

[1]. RE200B datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RE200B_1132439.html.
[2]. BISS0001 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/BISS0001_172329.html.
[3]. LPC2478 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LPC2478_2404791.html.
[4]. UDA1341TS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/UDA1341TS_670523.html.
[5]. ARM7TDMI-S datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ARM7TDMI-S_1231795.html.