基于恩智浦LPC2478的家庭智能安全報警系統的設計

概述

　　目前市場上出現的智能報警系統性能較為單一，價格昂貴，一些系統往往是在門窗被破壞的時候才發出警報通知主人或報警中心，且響應都需要一些時間，而時間越久就對家里的財物越危險。安防的最好方法則是當不法分子有入侵企圖時就發出語音警報，增加其心理壓力，迫使其自動離開，而且當這種方法失效時，還可以通過記錄入侵時間，以發送短消息的方式通知主人或報警中心。本方案正是基于此思想，當有人體在門外活動時，熱釋電紅外傳感器探測到的信號經專用芯片處理后送給基于ARM7的主控制器 LPC2478，主控制器依據信號時間的長短發出一般提示或警告提示指令，同時警告信息會以短消息的形式發送到戶主手機上，以便戶主在第一時間報警。該方案智能化高、使用簡單，不需要戶主進行復雜的操作，十分適合一般家庭的使用。

系統原理

　　在系統工作前，戶主先根據自己家庭所處環境及人流情況，通過鍵盤設置最佳報警響應時間。當整個系統開始工作后，熱釋電紅外傳感器RE200B會對探測范圍內的紅外信號不斷地進行采集，當有人體出現時，經信號處理芯片BISS0001處理后會有一高電平輸出給主控制器——基于ARM7架構的LPC2478。當高電平的持續時間在最佳報警時間以內，則系統會對門外人員發出一般語音提示，如“請按動門鈴”;當超出最佳報警時間時，系統則會發出警告語音提示，同時開始啟動短信發送模塊向戶主手機發送報警短信，報警短信的等級則會根據超出最佳報警時間的長短一步步升級。LPC2478提供的IIS音頻總線接口可以作為一個編解碼接口與外部8/16位立體聲音頻編解碼芯片——UDA1341TS相連，從而實現系統的語音報警模塊。短信發送模塊采用西門子公司的TC35i模塊，通過移動運營商的GSM無線網絡，由主控制器控制其警報短信的發送。在該系統中采用外接存儲單元——SD卡，容量大、價格低，使用方便，正常提示和報警提示的語音信息以及短信的發送內容均預存儲在該卡中。采用LPC2478作為該系統的主控制器，可以減少外部芯片的使用，從而使體積減小，功耗降低。

硬件部分

　　家庭智能安全報警系統的硬件部分主要由報警信號采集和處理模塊、主控制模塊、語音報警模塊、短消息發送模塊和預設信息存儲模塊五部分組成，系統總框圖見圖1。主控制模塊控制其他4個模塊的工作，實現系統的功能。

　　主控制模塊采用基于ARM7TDMI—S內核的微控制器LPC2478，集成度非常高。內嵌98K的片內靜態RAM和512KB的片內FLASH存儲器，片內集成ADC、DAC轉換器、看門狗、實時時鐘RTC、1個IIS音頻接口、3個IIC接口、4個UART接口等資源，方便擴展IIS接口、JTAG調試接口，外擴芯片少，而且采用超小LQFP208封裝，整個系統微型化，而且電路簡單，降低了開發和生產成本。芯片可以實現最高72MHz的工作頻率，功能較強，能夠滿足嵌入式系統mC/OS-II的要求。

報警信號采集和處理模塊主要由熱釋電紅外傳感器(PIR)RE200B和紅外傳感專用處理芯片BISS0001構成。熱釋電紅外傳感器利用熱釋電效應，以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號。在實際使用時在傳感器前安裝菲涅爾透鏡，可將檢測距離提高到10m以上。針對PIR信號變化緩慢、幅值小的特點，選用了BISS0001紅外信號專用芯片，該芯片內部集成運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延時時間定時器和封鎖時間定時器，完全滿足紅外信號處理需要。RE200B的D、G、S端分別為電源端、地端和目標輸出電壓端。BISS0001芯片的輸出信號VO送至主控制器，供其讀取，具體電路見圖2。

語音報警模塊主要由NXP公司生產的一種支持IIS總線數據格式的音頻編解碼芯片UDA1341TS組成。IIS是SONY和NXP等公司共同推出的一種主要針對數字音頻處理技術和設備的標準接口，它將音頻數據和時鐘信號分離，從而避免了由時鐘帶來的抖動問題，系統中不再需要消除抖動的器件。UDA1341TS的IIS總線接口信號線為：位時鐘輸入BCK、字選擇輸入WS、數據輸入DATAI、數據輸出DATAO和音頻系統時鐘SYSCLK信號線。主控制器LPC2478提供了IIS總線接口發送和接收共兩組六根信號線，即IISRX_CLK、IISRX_WS、IISRX_SDA、IISTX_CLK、IISTX_WS、IISTX_SDA，具體電路見圖3。