基于A(yíng)TMEL AVR單片機的居家安全衛士系統實(shí)現，附軟硬件架構

1.設計方案目標：

智能居家安全衛士系統是利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、綜合布線(xiàn)技術(shù)、依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統有機地結合在一起，實(shí)現“以人為本”的全新家居生活體驗。高性能ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產(chǎn)品是基于設計出一款高處理性能和低功耗功能的內核而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。此系列繼承ATMEL家族優(yōu)良基礎?；贏(yíng)TMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產(chǎn)品為控制芯片的居家安全衛士（MI—home），以“方便、舒適、享受、超前、舒心”為主題，我們設計了以下幾個(gè)模塊：“非接觸式IC刷卡門(mén)禁模塊”、“防盜防火報警模塊”、“安全控電模塊”、“空氣質(zhì)量檢測模塊”、“溫濕度檢測模塊”、“GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊”、“時(shí)間控制模塊”、“可擴展模塊”。整個(gè)系統基本上能解決日常生活中的問(wèn)題，解決家庭隱患，每個(gè)系統又有著(zhù)細節處的功能。

各個(gè)模塊的設計：

非接觸式IC刷卡門(mén)禁模塊

家庭的入戶(hù)門(mén)采用非接觸式IC卡，因為非接觸式IC卡具有唯一的密碼，用于密鑰比較安全；非接觸式IC卡又稱(chēng)射頻卡，由IC芯片、感應天線(xiàn)組成，封裝在一個(gè)標準的PVC卡片內，芯片及天線(xiàn)無(wú)任何外露部分,是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)。它成功的將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結合起來(lái),結束了無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸這一難題,是電子器件領(lǐng)域的一大突破.卡片在一定距離范圍(通常為5—10mm)靠近讀寫(xiě)器表面，通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波的傳遞來(lái)完成數據的讀寫(xiě)操作。非接觸式IC卡的組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與其本身的L/C產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是結合數據信號，指揮芯片完成數據、修改、存儲等，并返回給讀寫(xiě)器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫(xiě)系統，無(wú)論是硬件結構，還是操作過(guò)程都得到了很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機的操作方式，都使數據讀寫(xiě)過(guò)程更為簡(jiǎn)單。

非接觸式IC卡可靠性高，與讀寫(xiě)器之間無(wú)機械接觸，避免了由于接觸讀寫(xiě)而產(chǎn)生的各種故障。由于非接觸通訊，讀寫(xiě)器在10CM范圍內就可以對卡片操作，所以不必插撥卡，非常方便用戶(hù)使用。非接觸式卡使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以在任意方向掠過(guò)讀寫(xiě)器表面，既可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。

非接觸式卡中有快速防沖突機制,能防止卡片之間出現數據干擾，因此，讀寫(xiě)器可以“同時(shí)”處理多張非接觸式IC卡。這提高了應用的并行性，,無(wú)形中提高系統工作速度。

非接觸式卡的序列號是唯一的，制造廠(chǎng)家在產(chǎn)品出廠(chǎng)前已將此序列號固化,不可再更改。非接觸式卡與讀寫(xiě)器之間采用雙向驗證機制，即讀寫(xiě)器驗證IC卡的合法性，同時(shí)IC卡也驗證讀寫(xiě)器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫(xiě)器之間進(jìn)行三次相互認證，而且在通訊過(guò)程中所有的數據都加密。此外，卡中各個(gè)扇區都有自己的操作密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件。

非接觸式卡的存儲器結構特點(diǎn)使它一卡多用，能運用于不同系統，用戶(hù)可根據不同的應用設定不同的密碼和訪(fǎng)問(wèn)條件。

家庭入戶(hù)門(mén)鎖采用電磁鎖。電磁鎖利用電生磁的原理，當電流通過(guò)矽鋼片時(shí)，電磁鎖會(huì )產(chǎn)生強大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達到鎖門(mén)的效果，只要小小的電流電磁鎖就會(huì )產(chǎn)生莫大的磁力。電磁鎖沒(méi)有復雜的機械結構以及鎖舌的構造，而且易于自動(dòng)控制?？刂齐姶沛i電源的門(mén)禁系統識別人員正確后即斷電，電磁鎖失去吸力即可開(kāi)門(mén)。

防盜防火報警模塊

防盜防火報警模塊包括紅外熱釋電傳感器、煙霧傳感器和門(mén)磁。

人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，會(huì )發(fā)出特定波長(cháng)10μm左右的紅外線(xiàn)，紅外探測器就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線(xiàn)而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì )失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。它本身不發(fā)任何類(lèi)型輻射，器件功耗很小，隱蔽性較好，價(jià)格低廉。

煙霧傳感器就是通過(guò)監測煙霧的濃度來(lái)實(shí)現火災防范的，報警器內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災報警器。它在內外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正、負離子，在電場(chǎng)的作用下各自向正負電極移動(dòng)。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運動(dòng)，電流，電壓就會(huì )有所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，于是無(wú)線(xiàn)發(fā)射器發(fā)出無(wú)線(xiàn)報警信號，通知遠方的接收主機，將報警信息傳遞出去。

門(mén)磁是由無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊和磁塊兩部份組成，在無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊有兩個(gè)箭頭處有一個(gè)“鋼簧管”的元器件，當磁體與鋼簧管的距離保持在1.5厘米內時(shí)，鋼簧管處于斷開(kāi)狀態(tài)，一旦磁體與鋼簧管分離的距離超過(guò)1.5厘米時(shí)，鋼簧管就會(huì )閉合，造成短路，報警指示燈亮的同時(shí)向主機發(fā)射報警信號。

安全控電模塊

該模塊利用繼電器，當業(yè)主離家打開(kāi)防衛模式時(shí)，自動(dòng)將給不必要的電器斷電。以減少小功率電器用電及線(xiàn)路損耗，實(shí)現節能減排。

空氣質(zhì)量模塊

利用空氣質(zhì)量傳感器對有氣味的氣體做一檢測及時(shí)反饋給業(yè)主，通知業(yè)主及時(shí)開(kāi)窗通風(fēng)。

溫濕度檢測模塊

利用DHT數字溫濕度傳感器將實(shí)時(shí)溫度濕度傳到主機，反饋給業(yè)主。

GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊

全球移動(dòng)通訊系統Global System of Mobile communication即GSM，是當前應用最為廣泛的移動(dòng)電話(huà)標準。GSM 較之它以前的標準最大的不同是他的信令和語(yǔ)音信道都是數字式的。由于采用了高效調制器、信道編碼、交織、均衡和語(yǔ)音編碼技術(shù)，使系統具有高頻譜效率。由于每個(gè)信道傳輸帶寬增加，使同頻復用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統的同頻 復用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更?。M系統為7/21）；加上半速率話(huà)音編碼的引入和自動(dòng)話(huà)務(wù)分配以減少越區切換的次數，使GSM系統的容量 效率（每兆赫每小區的信道數）比TACS系統高3～5倍。GSM標準所提供的開(kāi)放性接口，不僅限于空中接口，還有報刊網(wǎng)絡(luò )直接以及網(wǎng)絡(luò )中各設備實(shí)體之間。GSM系統通過(guò)鑒權、加密和TMSI號碼的使用，達到安全的目的。鑒權用來(lái)驗證用戶(hù)的入網(wǎng)權利。加密用于空中接口，由SIM卡和網(wǎng)絡(luò )AUC的密鑰決定。TMSI是一個(gè)由業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )給用戶(hù)指定的臨時(shí)識別號，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。

該系統利用GSM實(shí)現業(yè)主遠程控制，將家里的情況實(shí)時(shí)反映給業(yè)主，業(yè)主也可以遠程控制家中電器的狀態(tài)。

時(shí)間控制模塊

通過(guò)控制繼電器來(lái)實(shí)現時(shí)間自動(dòng)化控制；業(yè)主可設置時(shí)間打開(kāi)某些電器，并設置打開(kāi)的時(shí)間，也可以讓在某段時(shí)間內例如每天重復。

可擴展模塊

運用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，業(yè)主可以控制任意用電器。例如，在歸家之前打開(kāi)空調、熱水器、電飯鍋等。