基于圖像與電話報警的家居安防系統設計

隨著家居智能化的發展，各種各樣的家居安全監控設備不斷涌現，主要包括視頻監控類、傳感器監控類和電話報警類。當前的安防設備主要還處在單獨工作的層次，沒有連成系統，這不但造成布線網絡的復雜性和資源的浪費，也不利于家居安全系統的有效管理。基于圖像與電話報警的數字家庭安全監控系統以ARM9嵌入式系統為核心，利用無線圖像傳輸技術和電話網絡，整合了以上多種安防設備，在簡化家居安防設備的同時降低成本，提高安全監控系統的可靠性。

1 系統結構與功能

系統囊括了無線可視門鈴、電話報警終端、平安鐘、電控門鎖和煙霧、溫度等傳感器，通過2.4 GHz無線傳輸模塊和有線電話網絡實現通信及報警功能。系統以ARM9嵌入式為核心，分為四大部分：安全檢測部分(包括平安鐘、煙霧溫度傳感器以及撬門動作檢測)、圖像采集與處理部分、無線傳輸部分及電話報警部分，其系統框圖如圖1所示。

1.1 無線可視門鈴

以ARM為主控核心，當訪客摁響門鈴時，攝像頭對訪客進行圖像采集，編碼壓縮后通過2.4 GHz無線傳輸模塊進行傳送，讓主人在家中通過接收機的液晶顯示器查看，同時可無線控制大門開關。
1.2 平安鐘

平安鐘呼叫援助系統是居家老人的緊急救護系統。老人在家中一旦面臨突發疾病、遭遇險情等緊急情況時，只需按動“平安鐘”的呼叫器(如掛在胸前的遙控按鈕)，系統可自動通過電信固話網絡與監控中心聯系。

1.3 圖像監控

系統同時作為家庭安防裝置，在大門門鎖被撬時，攝像頭會進行多次拍照并儲存，同時立即通過電信固話網絡撥號告知主人或報警。攝像頭安裝于門內側也有助于防止盜賊暴力破壞攝像頭，同時利用“貓眼”也可實現廣角拍攝，可視范圍更廣。

1.4 消防監測

如果家庭不幸出現火情，可通過煙霧傳感器和溫度傳感器檢測出來，系統將通過電信固話網絡自動撥號告知主人并報警。

2 系統硬件方案設計

2.1 圖像采集及無線傳輸電路設計

圖像采集模塊采用OV9650，由MINI2440嵌入式控制中心進行控制，通過防盜門的“貓眼”采集到視角更大的圖像，然后交由S3C2440控制器處理。

圖像無線傳輸電路采用基于無線收發芯片nRF24L01的模塊。nRF24L01是一款工作在2.4 GHz ISM頻段的單片無線收發芯片，芯片高度集成化，僅需少量阻容元器件即可實現無線收發功能，具有極低的電流消耗，硬件電路如圖2所示。

2.2 圖像接收與顯示終端設計

圖像接收與顯示終端作為無線可視門鈴的一部分，主要實現對主控中心傳來的圖像數據的接收和顯示，并控制電控門鎖的開關。模塊采用LM3S1138控制，由nRF24L01接收，并通過2.4寸彩色TFT液晶屏LTM024D130顯示。LTM024D130支持16位真彩色顯示，其位數R:G:B為5：6：5。液晶屏采用8位并行總線驅動，與MCU的接口電路如圖3所示。

2.3 電話報警終端設計

電話報警電路采用雙音多頻(DTMF)信號編解碼芯片MT8888。該芯片功能強，具有Intel微處理器標準接口，功耗低(僅57.8 mW)，工作穩定可靠，可用于電話自動撥號報警。

電話報警終端采用Atmega16控制，圖4為電話鈴流檢測電路，模擬摘機電路及DTMF控制電路。

2.4 平安鐘

平安鐘做成無線編碼發射機，采用TP2262進行編碼，然后利用315 MHz頻段的無線電進行發送，老人只要在緊急情況下按住按鍵，即可不斷地發射一定規律的編碼，主控部分接收解調后進行軟件解碼，識別出相應鍵值，撥號告知主人并報警。

平安鐘的硬件電路如圖5所示。

3 系統軟件設計

系統包含三個用于控制的MCU，其中S3C2440為主控中心，實現圖像采集、編碼、發送功能，系統異常檢測以及報警功能調度，嵌入Linux 2.4內核，軟件流程圖如圖6所示。

LM3S1138為無線可視門鈴終端控制器，實現功能為圖像接收、緩沖及顯示，其軟件流程圖如圖7所示。

Atmega16為電話報警終端控制器，實現功能為報警信號的接收和自動撥號報警，其軟件流程如圖8所示。

基于圖像與電話報警的數字家庭安全監控系統最大的特點是集成多種常用家居安防設備，有效整合數字家庭的多種資源，降低成本，提高安防系統穩定性。系統攝像頭置于大門內側，巧妙地透過大門的“貓眼”取景，既提高攝像頭自身安全性，又能有效實現廣角功能，拍攝到更多信息，這是本系統的另一特色。實現系統與家庭網關互聯，作為數字家庭網絡的子系統之一是以后的研究方向。