基于ATMEL AVR單片機(jī)的居家安全衛(wèi)士系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，附軟硬件架構(gòu)

1.設(shè)計(jì)方案目標(biāo)：

智能居家安全衛(wèi)士系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合布線技術(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(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)。高性能ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產(chǎn)品是基于設(shè)計(jì)出一款高處理性能和低功耗功能的內(nèi)核而開發(fā)的產(chǎn)品。此系列繼承ATMEL家族優(yōu)良基礎(chǔ)?；贏TMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產(chǎn)品為控制芯片的居家安全衛(wèi)士（MI—home），以“方便、舒適、享受、超前、舒心”為主題，我們設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)模塊：“非接觸式IC刷卡門禁模塊”、“防盜防火報(bào)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無線通信模塊”、“時(shí)間控制模塊”、“可擴(kuò)展模塊”。整個(gè)系統(tǒng)基本上能解決日常生活中的問題，解決家庭隱患，每個(gè)系統(tǒng)又有著細(xì)節(jié)處的功能。

各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)：

非接觸式IC刷卡門禁模塊

家庭的入戶門采用非接觸式IC卡，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/非接觸式IC卡">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卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡片內(nèi)，芯片及天線無任何外露部分,是世界上最近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。它成功的將射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來,結(jié)束了無源(卡中無電源)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)靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。非接觸式IC卡的組成：一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與其本身的L/C產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)、修改、存儲(chǔ)等，并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)，無論是硬件結(jié)構(gòu)，還是操作過程都得到了很大的簡化，同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，可脫機(jī)的操作方式，都使數(shù)據(jù)讀寫過程更為簡單。

非接觸式IC卡可靠性高，與讀寫器之間無機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn)生的各種故障。由于非接觸通訊，讀寫器在10CM范圍內(nèi)就可以對卡片操作，所以不必插撥卡，非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時(shí)沒有方向性，卡片可以在任意方向掠過讀寫器表面，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(jī)制,能防止卡片之間出現(xiàn)數(shù)據(jù)干擾，因此，讀寫器可以“同時(shí)”處理多張非接觸式IC卡。這提高了應(yīng)用的并行性，,無形中提高系統(tǒng)工作速度。

非接觸式卡的序列號(hào)是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前已將此序列號(hào)固化,不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn)證IC卡的合法性，同時(shí)IC卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器之間進(jìn)行三次相互認(rèn)證，而且在通訊過程中所有的數(shù)據(jù)都加密。此外，卡中各個(gè)扇區(qū)都有自己的操作密碼和訪問條件。

非接觸式卡的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它一卡多用，能運(yùn)用于不同系統(tǒng)，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)定不同的密碼和訪問條件。

家庭入戶門鎖采用電磁鎖。電磁鎖利用電生磁的原理，當(dāng)電流通過矽鋼片時(shí)，電磁鎖會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達(dá)到鎖門的效果，只要小小的電流電磁鎖就會(huì)產(chǎn)生莫大的磁力。電磁鎖沒有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及鎖舌的構(gòu)造，而且易于自動(dòng)控制?？刂齐姶沛i電源的門禁系統(tǒng)識(shí)別人員正確后即斷電，電磁鎖失去吸力即可開門。

防盜防火報(bào)警模塊

防盜防火報(bào)警模塊包括紅外熱釋電傳感器、煙霧傳感器和門磁。

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10μm左右的紅外線，紅外探測器就是靠探測人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)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(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。它本身不發(fā)任何類型輻射，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監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，報(bào)警器內(nèi)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(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng)。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流，電壓就會(huì)有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是無線發(fā)射器發(fā)出無線報(bào)警信號(hào)，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去。

門磁是由無線發(fā)射模塊和磁塊兩部份組成，在無線發(fā)射模塊有兩個(gè)箭頭處有一個(gè)“鋼簧管”的元器件，當(dāng)磁體與鋼簧管的距離保持在1.5厘米內(nèi)時(shí)，鋼簧管處于斷開狀態(tài)，一旦磁體與鋼簧管分離的距離超過1.5厘米時(shí)，鋼簧管就會(huì)閉合，造成短路，報(bào)警指示燈亮的同時(shí)向主機(jī)發(fā)射報(bào)警信號(hào)。

安全控電模塊

該模塊利用繼電器，當(dāng)業(yè)主離家打開防衛(wèi)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路損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)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)開窗通風(fēng)。

溫濕度檢測模塊

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

GSM無線通信模塊

全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)Global System of Mobile communication即GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM 較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是他的信令和語音信道都是數(shù)字式的。由于采用了高效調(diào)制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術(shù)，使系統(tǒng)具有高頻譜效率。由于每個(gè)信道傳輸帶寬增加，使同頻復(fù)用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統(tǒng)的同頻 復(fù)用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更小（模擬系統(tǒng)為7/21）；加上半速率話音編碼的引入和自動(dòng)話務(wù)分配以減少越區(qū)切換的次數(shù)，使GSM系統(tǒng)的容量 效率（每兆赫每小區(qū)的信道數(shù)）比TACS系統(tǒng)高3～5倍。GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，還有報(bào)刊網(wǎng)絡(luò)直接以及網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備實(shí)體之間。GSM系統(tǒng)通過鑒權(quán)、加密和TMSI號(hào)碼的使用，達(dá)到安全的目的。鑒權(quán)用來驗(yàn)證用戶的入網(wǎng)權(quán)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)給用戶指定的臨時(shí)識(shí)別號(hào)，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。

該系統(tǒng)利用GSM實(shí)現(xiàn)業(yè)主遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制家中電器的狀態(tài)。

時(shí)間控制模塊

通過控制繼電器來實(shí)現(xiàn)時(shí)間自動(dòng)化控制；業(yè)主可設(shè)置時(shí)間打開某些電器，并設(shè)置打開的時(shí)間，也可以讓在某段時(shí)間內(nèi)例如每天重復(fù)。

可擴(kuò)展模塊

運(yùn)用無線通信技術(shù)，業(yè)主可以控制任意用電器。例如，在歸家之前打開空調(diào)、熱水器、電飯鍋等。