基于圖像與電話報(bào)警的家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著家居智能化的發(fā)展，各種各樣的家居安全監(jiān)控設(shè)備不斷涌現(xiàn)，主要包括視頻監(jiān)控類、傳感器監(jiān)控類和電話報(bào)警類。當(dāng)前的安防設(shè)備主要還處在單獨(dú)工作的層次，沒有連成系統(tǒng)，這不但造成布線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和資源的浪費(fèi)，也不利于家居安全系統(tǒng)的有效管理。基于圖像與電話報(bào)警的數(shù)字家庭安全監(jiān)控系統(tǒng)以ARM9嵌入式系統(tǒng)為核心，利用無線圖像傳輸技術(shù)和電話網(wǎng)絡(luò)，整合了以上多種安防設(shè)備，在簡化家居安防設(shè)備的同時(shí)降低成本，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

系統(tǒng)囊括了無線可視門鈴、電話報(bào)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(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信及報(bào)警功能。系統(tǒng)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(dòng)作檢測)、圖像采集與處理部分、無線傳輸部分及電話報(bào)警部分，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1 無線可視門鈴

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

平安鐘呼叫援助系統(tǒng)是居家老人的緊急救護(hù)系統(tǒng)。老人在家中一旦面臨突發(fā)疾病、遭遇險(xiǎn)情等緊急情況時(shí)，只需按動(dòng)“平安鐘”的呼叫器(如掛在胸前的遙控按鈕)，系統(tǒng)可自動(dòng)通過電信固話網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心聯(lián)系。

1.3 圖像監(jiān)控

系統(tǒng)同時(shí)作為家庭安防裝置，在大門門鎖被撬時(shí)，攝像頭會(huì)進(jìn)行多次拍照并儲(chǔ)存，同時(shí)立即通過電信固話網(wǎng)絡(luò)撥號告知主人或報(bào)警。攝像頭安裝于門內(nèi)側(cè)也有助于防止盜賊暴力破壞攝像頭，同時(shí)利用“貓眼”也可實(shí)現(xiàn)廣角拍攝，可視范圍更廣。

1.4 消防監(jiān)測

如果家庭不幸出現(xiàn)火情，可通過煙霧傳感器和溫度傳感器檢測出來，系統(tǒng)將通過電信固話網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)撥號告知主人并報(bào)警。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

2.1 圖像采集及無線傳輸電路設(shè)計(jì)

圖像采集模塊采用OV9650，由MINI2440嵌入式控制中心進(jìn)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(fā)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(fā)芯片，芯片高度集成化，僅需少量阻容元器件即可實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)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(shè)計(jì)

圖像接收與顯示終端作為無線可視門鈴的一部分，主要實(shí)現(xiàn)對主控中心傳來的圖像數(shù)據(jù)的接收和顯示，并控制電控門鎖的開關(guān)。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(shù)R:G:B為5：6：5。液晶屏采用8位并行總線驅(qū)動(dòng)，與MCU的接口電路如圖3所示。

2.3 電話報(bào)警終端設(shè)計(jì)

電話報(bào)警電路采用雙音多頻(DTMF)信號編解碼芯片MT8888。該芯片功能強(qiáng)，具有Intel微處理器標(biāo)準(zhǔn)接口，功耗低(僅57.8 mW)，工作穩(wěn)定可靠，可用于電話自動(dòng)撥號報(bào)警。

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

2.4 平安鐘

平安鐘做成無線編碼發(fā)射機(jī)，采用TP2262進(jìn)行編碼，然后利用315 MHz頻段的無線電進(jìn)行發(fā)送，老人只要在緊急情況下按住按鍵，即可不斷地發(fā)射一定規(guī)律的編碼，主控部分接收解調(diào)后進(jìn)行軟件解碼，識別出相應(yīng)鍵值，撥號告知主人并報(bào)警。

平安鐘的硬件電路如圖5所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包含三個(gè)用于控制的MCU，其中S3C2440為主控中心，實(shí)現(xiàn)圖像采集、編碼、發(fā)送功能，系統(tǒng)異常檢測以及報(bào)警功能調(diào)度，嵌入Linux 2.4內(nèi)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(shí)現(xiàn)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(bào)警終端控制器，實(shí)現(xiàn)功能為報(bào)警信號的接收和自動(dòng)撥號報(bào)警，其軟件流程如圖8所示。

基于圖像與電話報(bào)警的數(shù)字家庭安全監(jiān)控系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是集成多種常用家居安防設(shè)備，有效整合數(shù)字家庭的多種資源，降低成本，提高安防系統(tǒng)穩(wěn)定性。系統(tǒng)攝像頭置于大門內(nèi)側(cè)，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(shí)現(xiàn)廣角功能，拍攝到更多信息，這是本系統(tǒng)的另一特色。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與家庭網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，作為數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的子系統(tǒng)之一是以后的研究方向。