家庭安防远程监控系统设计

嵌入式系统原理与设计
家庭安防远程监控系统设计
1
本节提要
1 功能需求分析及总体设计
2 系统硬件设计
3
软件设计
2
8.1 功能需求分析及总体设计
家庭安防监控系统主要是通过远程安防监控器实现对家庭智 能化系统中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保 安装置进行集中的或异地的控制和家庭事务性管理，实现对 家庭中重要设备进行远程信息查询、安防报警、远程监控等 功能。
7
监控器所涉及的关键技术主要在以下几个方面： 1.DTMF(Dual Tone Multi Frequency)收发芯片MT8888CE 的电路设计； 2.基于语音芯片ISD4004的录放音电路设计； 3.电话控制模块家电控制语音提示信息的存放和寻址。 本章主要对这几个模块的电路设计进行介绍，其它电路如电
VCC
R ELAY-SP DT K2
V2 C2
0 .1 u 1 N41 4 8
V13 R2 1 0k
8 55 0
R18
4 7k
Z2
D2 3 .5 7 95 M
1 2 6 9 10 12 11 4 17
IN+
GS
IN- TONE
OSC1 OSC2
WR EST
CS IRQ/CP
RD ST/GT
RS0
D0
源、串口、键盘、LCD等电路设计参考第五章。
8
8.2.1振铃检测电路设计
P HONE 2 1
XP4 XS4 V1 0
TPA2 0 0
R4 1 50 k
C百度文库1
D8 B R IDGE1
VCC
R13 2 2k
15 + C8
1 0u 1 4
DGND
1 2
VCC
3
R34 1k
D4 A RCex t VCC
Cex t GND
V REF D1
D3
D2
3 8 7 18 13 19 14 15 16
VCC
C16 C17 R20 +
0 .1 u 3 .3 k 4 7u
R19 3 74 k
DGND
C15 0 .1 u
D0
D1
D2
MT8 88 8 CE(20 )
D3
A1
n GCS3
VCC R12
R11
1 0k
2 2k
D4 B
7
RCex t
任务延抢时占结束
GSM 查询与控 制任务
等待GSM 短信事件 任务等待
PSTN 查询与控 制任务
GSM 短信事件 任务抢占
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8.3.1 主程序设计
开始 系统初始化
创建任务
GSM查询控制任务
报警任务 …… 电话查询控制任务
启动任务
19
///******************任务优先级定义***************/// #define Phone_Prio 7 #define GSM_Prio 6 #define Alarm_Prio 5 ///******************任务堆栈定义***************/// #define STACKSIZE 50 OS_STK Phone_Stack[STACKSIZE]={0, }; //Phone_Task堆栈 OS_STK GSM_Stack[STACKSIZE]={0, }; //GSM_Task堆栈 OS_STK Alarm_Stack[STACKSIZE]={0, }; //Alarm_Task堆栈 ///******************任务定义***************///
// OSMboxPost(E_GSM_Mbox，GSM_Command);
OS_EVENT *E_PConnect_Sem;
//申明电话连接消息事件
// OSSemPend (E_PConnect_Sem,0,&err);
// OSSemPost (E_PConnect_Sem);
OS_EVENT *E_PRead_MBox;
S C LK VC C D XC LK
INT R AC VS SA
NC NC NC NC VC C A ANA IN+ ANA INNC
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
IS D4 00 4
+ C29 1u
C32 0 .1 u
V1 5
+ 3V
L2 C 2 6 +
//申明电话按键读取消息事件
INT8U *PRead_Message;
//定义电话按键读取消息
// OSMboxPend(E_PRead_MBox,0,&err);
C25
0 .1 u 2 2u
C28 0 .1 u
INDUC TOR C 2 7 0 .1 u
R25 3 00 k
C31
R27
1 0k R28 1 0k
VC C
R29 1k
+ C33 4 7u
NET1
1 N41 4 8 V9
C12
R16 1 0k
1 00 u
+
R 2 6 9 01 4 2 .2 k
K3
3
1 .2 k C3 8 4
GAIN GAIN
IN- BYPASS
IN+
VS
GND VOUT
8 7 6 5
C39 C23
+
+
C22
0 .1 u
2 20 0 p
LM3 86 M1 (8 )
1 0u 4 7u
R23
0 .0 4 7u C2 4
10
NET1
1 N41 4 8
V8 R15
1 0k
C11
2 .2 u
继电器K3控制，选择 ExINT0 D4A 74LS123 电话振铃输入检
录音通道
/Q
测
GPF3 ISD400 ISD4004行地址时钟 ExINT1 D4B 74LS123 MT8888按键输入
4 RAR 引脚
/Q
信号检测
GPF4 ISD400 ISD4004片选 4 /SS
ExINT2 ISD4004 /INT ISD4004中断引脚
A
Q
B
C LR
Q
7 4LS1 23
NET0
16
C9
8
0 .1 u R1 4
1 0k
1 3 DGND
4
ExINT0
+
4 .7 u
R33
1 0k
R5
V1 1
R32
1 0k
C4
3 .3 k
1 03 1 N41 4 8
V1 6 8 05 0
9
8.2.2 摘挂机电路设计
NET0
1 N41 4 8
K1
V1
R ELAY- SP S T
V3
0 .1 u
C3
VC C
R ELAY-SP DT
1 N41 4 8 0 .1 u
XP3 1 2
V1 4
8 55 0
MIC
R3 1 0k
12
8.2.5 GSM通信模块
主控制器
串口
GSM模块 SIM
DC电源
13
本节提要
1 功能需求分析及总体设计
2 系统硬件设计
3
软件设计
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8.3软件设计
要实现家电（空调、电视、等）的远程开、关控制，家电状态 的远程查询，必须对设备进行编号，设计规范的查询控制的命 令格式，才能进行正确地监控家电设备。在一般家庭中电器类 型有以下几种：
20
///******************任务定义***************///
void Phone_Task(void *Id);
//GSM_Task
void GSM_Task(void *Id);
//GSM_Task
void Alarm _Task(void *Id);
//GSM_Task
图8-1家庭安防系统总体结构图
3
整个安防监控器的电路框图如图8-2所示，由电源电路、人机 交互模块、主控模块、移动通信模块、设备控制模块、数据 采集模块、PSTN模块、语音录放模块等电路组成。
数据采集模块 人机交互模块 设备控制模块
主控模块
PSTN模块 语音录放模块
电源模块
移动通信模块
4
本节提要
RS 1 0k
NET2
1
2
3
4
5
6
+
DGND
C21
4 .7 u R31 2 .2 k
R30 2 2k
7
8
9
D3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
SS MOS I MIS O VS SD NC NC NC NC NC NC VS SA VS SA AUD OUT AM CAP
+ C7 4 .7 u
6
Cex t
9 10 VCC 11
A B CLR
Q
5
Q
12
7 4LS1 23
n OE nWE ExINT1
GPF1 Speaker NET2
11
8.2.4语音模块设计
VC C
C18 0 .1 u
DGND
GP F2 GP F3 ExINT2 S IOC K GP F4 S IOTXD S IOR XD
C1 0 .1 u
VCC
V1 2 R9 1 0k
8 55 0
R7 1 00 / 0. 5w
R6
V5
2 .2 k
8 V 1 /2 w
V4 LED
+ C5 1 00 u /5 0 v
V6
R8
1 N41 4 8 2 .2 k
R10 1 0k
GP F0 NET1
10
8.2.3电话DTMF收发器电路设计
R10
1. 主函数设计 2. 报警任务 3. GSM短信查询控制任务 4. PSTN电话查询控制任务 5. 串口中断服务程序 6. 外部中断0服务程序
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任务状态切换图
报警任务
延任 时务 结抢 束占
任 延务 时等
待
延时结束 任务抢占
空闲任务
任 G务SM抢短占信事件
电任 等 任
话务 待 务 事抢 电 等 件占 话 待
///*****************事件定义*****************///
OS_EVENT *E_GSM_Mbox;
//申明短信消息事件
typedef struct gsm_cmd{
//定义命令参数消息结构INT8U
phone_no[14]; //手机号码INT8U dev_no; //设备编号INT8U
D0-D3 MT8888 MT8888数据引脚 D0-D3
SIOCK ISD4004 SCLK ISD4004时钟引脚
A1
MT8888 MT8888地址选择引 SIOTxD ISD4004 MOSI ISD4004数据输入
RS0
脚
引脚
nGCS3 MT8888 MT8888片选引脚 /CS
SIORxD ISD4004 MISO ISD4004数据输出 引脚
5 煤气监测器
0 关开煤气开关（控制、查询）
1开 0关 1开 0关 1开 0关 1开 0关 1 浓度高 0 无煤气
1 开喷水开关（控制）
6 火焰监测器 1 有火焰
0 关喷水开关（控制、查询）
0 无火焰
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根据系统功能将任务划分为GSM短信查询控制任务、报警 任务、电话查询控制任务、键盘设置等任务，本章主要针对前3 个任务进行设计分析，编程内容包括：
cmd_type; // instruction命令类型INT8U cmd_class; //命令种类
INT8U dev_status; //设备状态
}*GSM_CMD;
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struct GSM_CMD GSM_Command； OSMboxPend(E_GSM_Mbox,0,&err);
//定义命令短信消息 //
1 功能需求分析及总体设计
2 系统硬件设计
3
软件设计
5
8.2系统硬件设计
系统功能较多，考虑系统对实时性、功耗、成本、扩展性等要求，安防监 控器采用S3C44B0X作为处理器，采用双音多频解码集成电路芯片 MT8888和ISD4004语音芯片实现报警器的主要功能，PSTN模块主要由主 控芯片电路、语音模块电路、振铃检测电路、摘挂机电路、双音频信号收 发器电路、输出放大电路和输入放大电路等部分组成。
6
表8-1 S3C44B0X主要端口分配表
端口号 连接端 功能描述 口
端口号 连接端口
功能描述
GPF0 K1
继电器K1控制，接通 nOE 电话通道
MT8888 /RD
MT8888读控制引 脚
GPF1 K2
继电器K2控制，选择 nWE 播放录音通道
MT8888 /WR MT8888写控制引 脚
GPF2 K3
1：空调 2：电视 3：热水器 4：灯开关 5：煤气监测器 6：火焰监测器 设备的监控命令设计为如下格式：
监控命令格式：命令类型+命令分类+设备序号+设备状态。 命令类型主要分为查询命令和控制命令两种；命令分类是指查 询命令中的查询分类，控制命令中的分类，如0表示关、1表示 开；设备序号是指家电设备的编号；设备状态是在查询和控制 动作的返回结果，具体见表8-2。
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命令类型
0查询命令 1控制命令
表8-2 监控命令格式
命令分类
设备序号
设备状态3
1 开空调（控制1）
1 空调
0 关空调（控制、查询2）
1 开电视（控制）
2 电视
0 关电视（控制、查询）
1 开热水器（控制）
3 热水器
0 关热水器（控制、查询）
1 开灯（控制）
4 灯开关
0 关灯（控制、查询）
1 开煤气开关（控制）
1 0k
V7 1 N41 4 8 R9
1 0k
D7
1 2 3 4
GAIN GAIN
IN- BYPASS
IN+
VS
GND VOUT
LM3 86 M1 (8 )
VCC
8
7
6
C14
5
C13
0 .1 u
R17 1 00 k
0 .1 u
+ C6 4 .7 u R21
C37
1 8k
D6
VCC
+
4 .7 u
1
2
R22