基于单片机的防盗报警器的设计(英文翻译)

I本科生毕业设计（翻译）专业：电子信息工程学生：指导教师：完成日期：2013年03月日II多功能智能无线报警系统摘要：利用内部资源丰富的FPGA（现场可编程门阵列），设计了一个无线报警发送系统。它包括编码器，FSK（频移键控）调制和每个通道的控制电路，它可以减小报警系统的体积同时提高其可靠性，解调接收系统的实现基于一个应用特定程序的集成电路MC3372。在一个单片机89C51的帮助下，地址解码器也设计在接收器中。添加其他反干扰功能，有效地降低报警系统的错误警报率。该系统可以安装多达128个通道的发送设备。有某些情况下，在有突发情况时，它可以发送报警信号至主机，系统会循环显示多个突发情况所在的区域代码。传输距离是大于4公里的开阔地带。用户可以同时安装多个类型的传感器，例如，烟雾传感器，可燃气体传感器或防盗传感器。实验表明，无线报警系统具有高可靠性，高抗干扰能力和低错误警报率的优势。它可以完全满足对防火防盗需要。关键词：通讯；报警系统；频移键控；微控制器；现场可编程门阵列一、前言无线报警系统与有线警报系统相比，具有隐蔽性和易于安装的特点。III它在复杂的地形地貌情况之间的长距离传输时特别有效。由FPGA（现场可编程门阵列）组成，其编码模块在发送系统创建地址信号，FSK（频移键控）调制信号及每个通道的控制器信号。用FPGA取代MSI/SSI（中等规模的综合或小规模的综合）数字电路设备，不仅提高报警系统的可靠性和干扰阻力，同时也降低了它的体积，使系统更易于安装。由于使用7位二进制数表示地址，最多可以安装为128个收发通道。解码器由ASIC（特定用途集成电路）和SCM（单芯片微机）在无线报警接收机系统，它可以有效地降低错误警报率。二、发送系统原理每个基站安装一个无线发送系统，并与一个7位二进制地址标识符相对应。一旦在任何一个基站中传感器检测到突发情况，该区域的控制信号发送至编码电路，通过编码再接入该区域的7位地址标识的接口电路，转换成FSK信号。将FSK信号传输到一个频率调制电路进行频率调制。再经过功率放大后，经调频后通过天线发出的电磁波发送。发送系统的一个特点是不连续的发送。换句话说，发送系统在没有突发情况时不发送信号，当有报警的情况时会持续发送，以便有机会为其他基站发送信号。A.编码和控制电路配置编码电路数字电路部分由包括8个模块的FPGA芯片构成。利用D触发器组成，模块dff1是检测器和编码器之间的接口。振荡器模块与一些外部的电阻器和电容器相结合，形成一个可控低频多谐振荡器。其控制信号是dff1输出Q1。当Q1等于0时，它不会产生振动，如果Q1等于1，它通过振动产生低频方波。如果某些情况下在该区域出现，振荡器控制模块sender发送间断的电磁波。模块circular_shift_r是并行输入串行输出桶形移位寄存器。A0〜A7位是地址代码的并行输入端子，根据编码器的要求加上高或低的电压幅值。Q8是地址码的串行输出端。模块dff2是一个由JK触发器组成控制电路。其安装信号是Q1，也用于延迟后的触发信号。Q2作为thecircular_shift_r模块的并行输入、串行输出控制终端。当Q2在高电压幅值时，circular_shift_r执行并行输入。IV当Q2在低电压幅值时，circular_shift_r执行串行输出。模块delay1是一个由D触发器组成的延时电路。模块division是一个输出三种不同频率信号的频率分离装置，其中有两个分支，作为FSK调制信号的频率划分为：f1和f2。其他分支作为模块dff1和delay1的一个触发脉冲，也作为circular_shift_r时钟脉冲的串行输出。模块MUX是一个2-1的多路转换器。其控制信号由circular_shift_r的Q8输出。当Q8=0时，MUX产生信号f2，当Q8=1时，产生信号f1。模块delay2与一些外部的电阻器和电容器相连组成一个延时电路。它的功能是在安装系统后给操作人员离开的时间。不管是否K1（探测器）是开启或关闭，发送电路在延迟时间内都不会工作。以下所示，报警系统的工作原理如下：发送系统的电源开启时，输入dff1处于低电平。然后其输出端Q1的逻辑值为0，NQ1的逻辑值为1，此时作为指示电源一个外部的发光二极管（LED）点亮。信号Q1发送至dff2的设置终端并使Q2的设置终端在高电平。高电平Q2将设置circular_shift_r进入并行输入地址代码模式。此时，外部晶体管N2处在饱和状态并且N3处在断开状态。这使得发送电路处于被控状态，因此，电路将无法正常工作。因此，如果没有突发情况时，电路将不发射载波信号，并且电路处在低功耗状态。一旦某些情况发生时，开关K1将启动。dff1的终端D将立即跳转至转高电平，dff1的输出Q1设置在时钟脉冲的上升沿时为高电平。使dff2的设置终端S为高电平。此时dff2现在处在正常工作的状态。经过模块delay1延时后，Q1脉冲的上升沿会触发dff2输出低电压，这将使晶体管N2关闭，N3打开，延时模块的常开触点将被关闭。此时上电的发送电路启动，电路开始正常工作。同时，如果Q2的逻辑值为0，circular_shift_r将切换至串行移位状态并且输出地址信号。当地址代码为0时，则MUX的输出为f2。当地址代码为1时，输出将是f1。终端f2和f1作为载波调制的调制信号。在这种方式中，地址代码在低频振荡器的第一个周期被发送。在第二个周期，它停止发送，为了给其他基站一段时间发送。在第三个周期后，重复上述步骤操作。V通过以上的讨论，我们得出的结论是：编码电路和控制电路的展示的功能如下：当电源接通时，操作人员人离开现场的时间延迟，在等待的情况下的低功耗模式，不连续发送和FSK调制等，比许多编码器ASIC具有更多的功能且更加灵活。三、接收系统的配置和原理一套无线接收器设置在警卫室，负责监测所有基站领域。无线接收器的原理如下所示。收到的调制信号经由低通滤波器后，送入高频共射，共基极放大器配置为放大状态。然后通过双调谐电路将信号发送至中频调制放大器，即混合发送到ASIC芯片（MC3372）的输入端（16引脚）。本地振荡电路的振荡频率为455kHz时比接收到的信号更高。作为芯片MC3372的第一管脚，此信号与外部信号混合将得到455kHz时的中频信号。过滤后，中频信号首先传送到MC3372的第八引脚做频率检测，然后由内部芯片MC3372的低频放大器放大，然后第九引脚输出基带信号。由低频率的单晶体管放大，基带信号由两个施密特门（CD4584）转换成FSK信号，将被发送进MCS（主控装置）的3.0引脚进行解码。在这个系统中的MCS是芯片89C51，其中加入一个12MHz外部晶体振荡器。其定时器T1作为模式2的波特率发生器，并且SMOD=1300波特/秒。选择串口模式1，这意味着在一个异步通信模式下，每帧10位，其中8位数据位的低7位是地址代码，并且第8位作为奇偶校验位。该系统采用的是偶校验。当接收到一个地址码，MCS首先进行校验。那么，如果它是正确的，MCS比较其数值，并输出7位地址码，并存储到内存中的数据缓冲区。这些步骤重复3次，以确定3个地址码。如果3个地址码是相同的，MCS将确认接收地址信号，这是一种有效的报警信号，也就是说，地址码不是一个噪声信号。然后触发报警电路发出报警声。与此同时，代码号将显示在LED指示那个基站触发报警。LED采用了动态扫描的显示方法。如果有一个以上的基站区域有突发情况时，MCS将每隔3秒显示它们的代码数。报警音频处理电路采用了NE556双时基集成电路芯片，形成一个双音频多谐振荡器，它会发出VI报警声振铃。系统可以配置传感器用于火灾报警，可燃气体报警和防盗报警。四、抗干扰措施重要的是要提高无线通信的抗干扰能力。在硬件中采取抗干扰措施。例如，要合理安排印刷电路板（PCB），提高了电源去耦，并合理放置高频和低频滤波器。由于接收系统包括高频电路，独立的模拟电路和数字电路芯片，各有各的部分。为了防范内部和外部干涉或高频辐射，在一个金属屏蔽盒放置高频放大器和中频放大器通道并且将MCS系统放置在另一个金属屏蔽盒。采用FSK调制方式，双调谐选频和ASIC解调。所有这些措施，可以有效地减少系统受到的干扰。对于软件部分，采用模块化结构设计的软件系统。连续数次区分地址码的奇偶校验可以大大降低系统的错误报警率。五、总结在此报警系统的软件和硬件的设计是合理的。它的可靠性是在可观地增加，而错误报警率在不断下降。实验表明，当断开检测器时错误报警率几乎为零。当连接微波双重辨识防盗探测器（DT-400系列）时，其传输距离4公里大于开阔地带，错误报警率每1000小时少于4次。由于断续工作且发送方式为每秒300波特，报警系统可以可靠地工作并且两个发送系统之间的时间差距小于0.2秒。事实上，它可以满足实际应用的各种需要。VIIMultifunctionalIntelligentWirelessAlarmSystemAbstract:MakinguseofrichinnerresourceofFPGA(FieldProgrammableGateArrays),awirelessalarmsendingsystemisdesigned.Itincludesencoder,FSK(FrequencyShiftKeying)modulationandeverychannel’scontrolcircuits,whichcandecreasevolumeandincreasereliabilityofthealarmsystem.ThedemodulationofreceivesystemisrealizedbyanapplicationspecificintegratedcircuitsMC3372.Withthehelpofasingle-chipmicrocomputer89C51,theaddressdecoderisalsodesignedinthereceiver.Addingtootheranti-interference,thealarmingsystemhaseffectivelydecreasedtheerror-alarmrate.Thesystemcaninstallupto128channelsendingdevices.Itcansendanalarmtothehostwhentherearesomecasesinstand-offareas,andthesystemwilldisplayonrotationmultiplecases’areacodes.Thetransmissiondistanceisgreaterthan4Kminopenzones.Usercaninstallmorethanonetypesensorssimultaneously,forexample,smogsensor,combustiblegassensororburglarsensor.Experimentsshowthatthewirelessalarmsystemhasthestrengthsofhighreliability,highanti-disturbanceabilityandlowerror-alarmrate.Itcanentirelymeettheneedsofalarmfireproofingandguardagainsttheft,etc.Keywords:communication;Alarmsystems;FrequencyShiftKeying;Micro-controllers;FieldProgrammableGateArraysI.INTRODUCTIONComparedwithawiredalertsystem,awirelessalarmsystemhasVIIIcharacteristicsofcovertnessandeaseofinstallation.Itisespeciallyeffectivew