基于ATMEL AVR单片机的居家安全卫士系统实现，附软硬件架构

1.设计方案目标：

智能居家安全卫士系统是利用先进的计算机技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统有机地结合在一起，实现“以人为本”的全新家居生活体验。高性能ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列产品是基于设计出一款高处理性能和低功耗功能的内核而开发的产品。此系列继承ATMEL家族优良基础。基于ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列产品为控制芯片的居家安全卫士（MI—home），以“方便、舒适、享受、超前、舒心”为主题，我们设计了以下几个模块：“非接触式IC刷卡门禁模块”、“防盗防火报警模块”、“安全控电模块”、“空气质量检测模块”、“温湿度检测模块”、“GSM无线通信模块”、“时间控制模块”、“可扩展模块”。整个系统基本上能解决日常生活中的问题，解决家庭隐患，每个系统又有着细节处的功能。

各个模块的设计：

非接触式IC刷卡门禁模块

家庭的入户门采用非接触式IC卡，因为非接触式IC卡具有唯一的密码，用于密钥比较安全；非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分,是世界上最近几年发展起来的一项新技术。它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来,结束了无源(卡中无电源)和免接触这一难题,是电子器件领域的一大突破.卡片在一定距离范围(通常为5—10mm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。非接触式IC卡的组成：一部分是电源信号，该信号由卡接收后，与其本身的L/C产生谐振，产生一个瞬间能量来供给芯片工作。另一部分则是结合数据信号，指挥芯片完成数据、修改、存储等，并返回给读写器。由非接触式IC卡所形成的读写系统，无论是硬件结构，还是操作过程都得到了很大的简化，同时借助于先进的管理软件，可脱机的操作方式，都使数据读写过程更为简单。

非接触式IC卡可靠性高，与读写器之间无机械接触，避免了由于接触读写而产生的各种故障。由于非接触通讯，读写器在10CM范围内就可以对卡片操作，所以不必插拨卡，非常方便用户使用。非接触式卡使用时没有方向性，卡片可以在任意方向掠过读写器表面，既可完成操作，这大大提高了每次使用的速度。

非接触式卡中有快速防冲突机制,能防止卡片之间出现数据干扰，因此，读写器可以“同时”处理多张非接触式IC卡。这提高了应用的并行性，,无形中提高系统工作速度。

非接触式卡的序列号是唯一的，制造厂家在产品出厂前已将此序列号固化,不可再更改。非接触式卡与读写器之间采用双向验证机制，即读写器验证IC卡的合法性，同时IC卡也验证读写器的合法性。非接触式卡在处理前要与读写器之间进行三次相互认证，而且在通讯过程中所有的数据都加密。此外，卡中各个扇区都有自己的操作密码和访问条件。

非接触式卡的存储器结构特点使它一卡多用，能运用于不同系统，用户可根据不同的应用设定不同的密码和访问条件。

家庭入户门锁采用电磁锁。电磁锁利用电生磁的原理，当电流通过矽钢片时，电磁锁会产生强大的吸力紧紧的吸住吸附铁板达到锁门的效果，只要小小的电流电磁锁就会产生莫大的磁力。电磁锁没有复杂的机械结构以及锁舌的构造，而且易于自动控制。控制电磁锁电源的门禁系统识别人员正确后即断电，电磁锁失去吸力即可开门。

防盗防火报警模块

防盗防火报警模块包括红外热释电传感器、烟雾传感器和门磁。

人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，红外探测器就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。它本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。

烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。

门磁是由无线发射模块和磁块两部份组成，在无线发射模块有两个箭头处有一个“钢簧管”的元器件，当磁体与钢簧管的距离保持在1.5厘米内时，钢簧管处于断开状态，一旦磁体与钢簧管分离的距离超过1.5厘米时，钢簧管就会闭合，造成短路，报警指示灯亮的同时向主机发射报警信号。

安全控电模块

该模块利用继电器，当业主离家打开防卫模式时，自动将给不必要的电器断电。以减少小功率电器用电及线路损耗，实现节能减排。

空气质量模块

利用空气质量传感器对有气味的气体做一检测及时反馈给业主，通知业主及时开窗通风。

温湿度检测模块

利用DHT数字温湿度传感器将实时温度湿度传到主机，反馈给业主。

GSM无线通信模块

全球移动通讯系统Global System of Mobile communication即GSM，是当前应用最为广泛的移动电话标准。GSM 较之它以前的标准最大的不同是他的信令和语音信道都是数字式的。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频 复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量 效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，还有报刊网络直接以及网络中各设备实体之间。GSM系统通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

该系统利用GSM实现业主远程控制，将家里的情况实时反映给业主，业主也可以远程控制家中电器的状态。

时间控制模块

通过控制继电器来实现时间自动化控制；业主可设置时间打开某些电器，并设置打开的时间，也可以让在某段时间内例如每天重复。

可扩展模块

运用无线通信技术，业主可以控制任意用电器。例如，在归家之前打开空调、热水器、电饭锅等。