基于单片机的防盗报警器的设计英文翻译Word格式文档下载.docx
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添加其他反干扰功能,有效地降低报警系统的错误警报率。
该系统可以安装多达128个通道的发送设备。
有某些情况下,在有突发情况时,它可以发送报警信号至主机,系统会循环显示多个突发情况所在的区域代码。
传输距离是大于4公里的开阔地带。
用户可以同时安装多个类型的传感器,例如,烟雾传感器,可燃气体传感器或防盗传感器。
实验表明,无线报警系统具有高可靠性,高抗干扰能力和低错误警报率的优势。
它可以完全满足对防火防盗需要。
关键词:
通讯;
报警系统;
频移键控;
微控制器;
现场可编程门阵列
一、前言
无线报警系统与有线警报系统相比,具有隐蔽性和易于安装的特点。
它在复杂的地形地貌情况之间的长距离传输时特别有效。
由FPGA(现场可编程门阵列)组成,其编码模块在发送系统创建地址信号,FSK(频移键控)调制信号及每个通道的控制器信号。
用FPGA取代MSI/SSI(中等规模的综合或小规模的综合)数字电路设备,不仅提高报警系统的可靠性和干扰阻力,同时也降低了它的体积,使系统更易于安装。
由于使用7位二进制数表示地址,最多可以安装为128个收发通道。
解码器由ASIC(特定用途集成电路)和SCM(单芯片微机)在无线报警接收机系统,它可以有效地降低错误警报率。
二、发送系统原理
每个基站安装一个无线发送系统,并与一个7位二进制地址标识符相对应。
一旦在任何一个基站中传感器检测到突发情况,该区域的控制信号发送至编码电路,通过编码再接入该区域的7位地址标识的接口电路,转换成FSK信号。
将FSK信号传输到一个频率调制电路进行频率调制。
再经过功率放大后,经调频后通过天线发出的电磁波发送。
发送系统的一个特点是不连续的发送。
换句话说,发送系统在没有突发情况时不发送信号,当有报警的情况时会持续发送,以便有机会为其他基站发送信号。
A.编码和控制电路配置
编码电路数字电路部分由包括8个模块的FPGA芯片构成。
利用D触发器组成,模块dff1是检测器和编码器之间的接口。
振荡器模块与一些外部的电阻器和电容器相结合,形成一个可控低频多谐振荡器。
其控制信号是dff1输出Q1。
当Q1等于0时,它不会产生振动,如果Q1等于1,它通过振动产生低频方波。
如果某些情况下在该区域出现,振荡器控制模块sender发送间断的电磁波。
模块circular_shift_r是并行输入串行输出桶形移位寄存器。
A0〜A7位是地址代码的并行输入端子,根据编码器的要求加上高或低的电压幅值。
Q8是地址码的串行输出端。
模块dff2是一个由JK触发器组成控制电路。
其安装信号是Q1,也用于延迟后的触发信号。
Q2作为thecircular_shift_r模块的并行输入、串行输出控制终端。
当Q2在高电压幅值时,circular_shift_r执行并行输入。
当Q2在低电压幅值时,circular_shift_r执行串行输出。
模块delay1是一个由D触发器组成的延时电路。
模块division是一个输出三种不同频率信号的频率分离装置,其中有两个分支,作为FSK调制信号的频率划分为:
f1和f2。
其他分支作为模块dff1和delay1的一个触发脉冲,也作为circular_shift_r时钟脉冲的串行输出。
模块MUX是一个2-1的多路转换器。
其控制信号由circular_shift_r的Q8输出。
当Q8=0时,MUX产生信号f2,当Q8=1时,产生信号f1。
模块delay2与一些外部的电阻器和电容器相连组成一个延时电路。
它的功能是在安装系统后给操作人员离开的时间。
不管是否K1(探测器)是开启或关闭,发送电路在延迟时间内都不会工作。
以下所示,报警系统的工作原理如下:
发送系统的电源开启时,输入dff1处于低电平。
然后其输出端Q1的逻辑值为0,NQ1的逻辑值为1,此时作为指示电源一个外部的发光二极管(LED)点亮。
信号Q1发送至dff2的设置终端并使Q2的设置终端在高电平。
高电平Q2将设置circular_shift_r进入并行输入地址代码模式。
此时,外部晶体管N2处在饱和状态并且N3处在断开状态。
这使得发送电路处于被控状态,因此,电路将无法正常工作。
因此,如果没有突发情况时,电路将不发射载波信号,并且电路处在低功耗状态。
一旦某些情况发生时,开关K1将启动。
dff1的终端D将立即跳转至转高电平,dff1的输出Q1设置在时钟脉冲的上升沿时为高电平。
使dff2的设置终端S为高电平。
此时dff2现在处在正常工作的状态。
经过模块delay1延时后,Q1脉冲的上升沿会触发dff2输出低电压,这将使晶体管N2关闭,N3打开,延时模块的常开触点将被关闭。
此时上电的发送电路启动,电路开始正常工作。
同时,如果Q2的逻辑值为0,circular_shift_r将切换至串行移位状态并且输出地址信号。
当地址代码为0时,则MUX的输出为f2。
当地址代码为1时,输出将是f1。
终端f2和f1作为载波调制的调制信号。
在这种方式中,地址代码在低频振荡器的第一个周期被发送。
在第二个周期,它停止发送,为了给其他基站一段时间发送。
在第三个周期后,重复上述步骤操作。
通过以上的讨论,我们得出的结论是:
编码电路和控制电路的展示的功能如下:
当电源接通时,操作人员人离开现场的时间延迟,在等待的情况下的低功耗模式,不连续发送和FSK调制等,比许多编码器ASIC具有更多的功能且更加灵活。
三、接收系统的配置和原理
一套无线接收器设置在警卫室,负责监测所有基站领域。
无线接收器的原理如下所示。
收到的调制信号经由低通滤波器后,送入高频共射,共基极放大器配置为放大状态。
然后通过双调谐电路将信号发送至中频调制放大器,即混合发送到ASIC芯片(MC3372)的输入端(16引脚)。
本地振荡电路的振荡频率为455kHz时比接收到的信号更高。
作为芯片MC3372的第一管脚,此信号与外部信号混合将得到455kHz时的中频信号。
过滤后,中频信号首先传送到MC3372的第八引脚做频率检测,然后由内部芯片MC3372的低频放大器放大,然后第九引脚输出基带信号。
由低频率的单晶体管放大,基带信号由两个施密特门(CD4584)转换成FSK信号,将被发送进MCS(主控装置)的3.0引脚进行解码。
在这个系统中的MCS是芯片89C51,其中加入一个12MHz外部晶体振荡器。
其定时器T1作为模式2的波特率发生器,并且SMOD=1300波特/秒。
选择串口模式1,这意味着在一个异步通信模式下,每帧10位,其中8位数据位的低7位是地址代码,并且第8位作为奇偶校验位。
该系统采用的是偶校验。
当接收到一个地址码,MCS首先进行校验。
那么,如果它是正确的,MCS比较其数值,并输出7位地址码,并存储到内存中的数据缓冲区。
这些步骤重复3次,以确定3个地址码。
如果3个地址码是相同的,MCS将确认接收地址信号,这是一种有效的报警信号,也就是说,地址码不是一个噪声信号。
然后触发报警电路发出报警声。
与此同时,代码号将显示在LED指示那个基站触发报警。
LED采用了动态扫描的显示方法。
如果有一个以上的基站区域有突发情况时,MCS将每隔3秒显示它们的代码数。
报警音频处理电路采用了NE556双时基集成电路芯片,形成一个双音频多谐振荡器,它会发出报警声振铃。
系统可以配置传感器用于火灾报警,可燃气体报警和防盗报警。
四、抗干扰措施
重要的是要提高无线通信的抗干扰能力。
在硬件中采取抗干扰措施。
例如,要合理安排印刷电路板(PCB),提高了电源去耦,并合理放置高频和低频滤波器。
由于接收系统包括高频电路,独立的模拟电路和数字电路芯片,各有各的部分。
为了防范内部和外部干涉或高频辐射,在一个金属屏蔽盒放置高频放大器和中频放大器通道并且将MCS系统放置在另一个金属屏蔽盒。
采用FSK调制方式,双调谐选频和ASIC解调。
所有这些措施,可以有效地减少系统受到的干扰。
对于软件部分,采用模块化结构设计的软件系统。
连续数次区分地址码的奇偶校验可以大大降低系统的错误报警率。
五、总结
在此报警系统的软件和硬件的设计是合理的。
它的可靠性是在可观地增加,而错误报警率在不断下降。
实验表明,当断开检测器时错误报警率几乎为零。
当连接微波双重辨识防盗探测器(DT-400系列)时,其传输距离4公里大于开阔地带,错误报警率每1000小时少于4次。
由于断续工作且发送方式为每秒300波特,报警系统可以可靠地工作并且两个发送系统之间的时间差距小于0.2秒。
事实上,它可以满足实际应用的各种需要。
MultifunctionalIntelligentWirelessAlarmSystem
Abstract:
MakinguseofrichinnerresourceofFPGA(FieldProgrammableGateArrays),awirelessalarmsendingsystemisdesigned.Itincludesencoder,FSK(FrequencyShiftKeying)modulationandeverychannel’scontrolcircuits,whichcandecreasevolumeandincreasereliabilityofthealarmsystem.ThedemodulationofreceivesystemisrealizedbyanapplicationspecificintegratedcircuitsMC3372.Withthehelpofasingle-chipmicrocomputer89C51,theaddressdecoderisalsodesignedinthereceiver.Addingtootheranti-interference,thealarmingsystemhaseffectivelydecreasedtheerror-alarmrate.
Thesystemcaninstallupto128channelsendingdevices.Itcansendanalarmtothehostwhentherearesomecasesinstand-offareas,andthesystemwilldisplayonrotationmultiplecases’areacodes.Thetransmissiondistanceisgreaterthan4Kminopenzones.Usercaninstallmorethanonetypesensorssimultaneously,forexample,smogsensor,combustiblegassensororburglarsensor.Experimentsshowthatthewirelessalarmsystemhasthestrengthsofhighreliability,highanti-disturbanceabilityandlowerror-alarmrate.Itcanentirelymeettheneedsofalarmfireproofingandguardagainsttheft,etc.
Keywords:
communication;
Alarmsystems;
FrequencyShiftKeying;
Micro-controllers;
FieldProgrammableGateArrays
I.INTRODUCTION
Comparedwithawiredalertsystem,awirelessalarmsystemhascharacteristicsofcovertnessandeaseofinstallation.Itisespeciallyeffectivewhentransmittingbetweenlongdistancesinacomplexlandformsituation.MadeupofFPGA(FieldProgrammableGate-Array),theencodingmoduleinthesendingsystemcreatestheaddresssignal,FSK(frequencyshiftkeying)modulatesthesignalandeachchannel’scontrollersignals.UsingFPGAtoreplaceMSI/SSI(MiddleScaleIntegratedorSmallscaleIntegrated)digitalcircuitdevices,notonlyincreasethereliabilityandtheresistancetointerferenceofthealarmsystem,butitalsodecreasesitsvolumeandmakesthesystemeasiertoinstall.Sinceused7bitsbinarynumbertoexpresstheaddress,upto128channelssendercanbeinstalled.ThedecoderconsistsofASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)andSCMinthewirelessalarmreceiversystem,whichcaneffectivelydecreasetheerror-alarmrate.
II.THESENDINGSYSTEMPRINCIPLE
Eachstand-offisequippedwithawirelesssendingsystem,andcorrespondswitha7bitsaddressidentifierinbinary.Onceacaseisdetectedbyasensorinanystand-off,acontrolsignalofthisareaissenttoitsencodingcircuitviainterfacecircuit,whichconvertsthearea’s7bitaddressidentifierintoFSKsignal.ThenFSKsignalistransmittedintoafrequencymodulationcircuitforfrequencymodulating.Afterpoweramplification,thefrequencymodulationelectromagneticwaveisemittedviaantenna.Onecharacteristicofthesendingsystemisdiscontinuoussending.Inotherwords,thesendingsystemdoesnotsendsignalswhenthereisnocase,anddokeepsendingwhenthereisanalarmsituation,soastoprovidechancestosendsignalsforotherstand-offareas.
A.TheEncodingandControllingCircuitConfiguration
ThedigitalcircuitpartoftheencodingcircuitismadebyaFPGAchipwhichincludes8modules.FormedbyDtriggers,module‘dff1’istheinterfacebetweendetectorandencoder.Module‘oscillator’combineswithsomeexternalresistorsandcapacitorstoformacontrollablelowfrequencymultivibrator.Itscontrolsignalistheoutputof‘dff1’---Q1.ItdoesnotvibratewhenQ1isequalto0,andifQ1isequalto1,itvibratestogeneratelowfrequencysquarewaves.Ifsomecasesappearinthearea,theoscillatorcontrolsthemodule‘SENDER’tosendelectromagneticwavediscontinuously.Themodule‘circular_shift_r’isaparallelinputserialoutputcircularshiftregister.ThebitA0~A7aretheparalleladdresscodeinputterminals,whicharejoinedtohighorlowvoltagelevelaccordingtotheencoderrequirement.Q8istheserialoutputterminaloftheaddresscode.Module‘dff2’isacontrolcircuitthatismadeofsomeJKtriggers.ItssetupsignalisQ1,whichalsoactsasatriggersignalafterdelay.Q2actsastheparallel-in-serial-outcontrolterminalofthe‘circular_shift_r’module.WhenQ2isathighvoltagelevel,circular_shift_r’performsparallelinput.WhenQ2isatlowvoltagelevel,‘circular_shift_r’executesserialoutput.Themodule‘delay1’isadelaycircuitcomposedofDtriggers.Themodule‘division’isafrequencydivisionthatcreatesthreedifferentroutesfrequencyoutputsignals,twoofwhichbranchesandactasFSKmodulatingsignals:
f1andf2.Theotherbranchactsasatriggeringpulseformodulesdff1anddelay1,andalsoactsastheclockpulseof‘circular_shift_r’forperformingserial-out.Themodule‘MUX’isa2to1multiplexer.ItscontrolsignalistheoutputQ8of‘circular_shift_r’.WhenQ8=0,‘MUX’producesthesignalf2,andwhenQ8=1,itexportsf1.Themodule‘delay2’combineswithsomeexternalresistorsandcapacitorstoformadelaycircuit.Itsfunctionistogiveworkerssometimetoleaveafterinstallingthesystem.Thesendingcircuitdoesnoworkwithinthedelaytime,nomatterwhetherK1(detector)isonoroff.ThisistheexternalconnectiondrawingoftheFPGAchip.
B.TheWorkingPrinciple
Asshownfollowing,theworkingprincipleofthealarmsystemisasfollows:
whenthepowerofthesendingsystemturnson,theinputofthe‘dff1’isatlowlevel.ThenitsoutputterminalQ1isatlogicvalue‘0’,NQ1isatlogic‘1’,andaexternallight-emittingdiode(LED)islittoindicatethepowerison.ThesignalQ1issenttothesettingterminalof‘dff2’tosetterminalQ2athighlevel.ThehighlevelQ2willset‘circular_shift_r’intotheparallelinputaddresscodemode.Atthistime,theoutertransistorN2isatsaturationstateandN3atcut-offstate.Thismakesthesendingcircuitatapassivestate,therefore,thecircuitwillnotwork.Hence,thecircuitdoesnotemitcarrierwaveifthereisnocase,andi