1.設計方案目標：
　　智能居家安全衛士系統是利用先進的計算機技術、綜合布線技術、依照人體工程學原理，融合個性需求，將與家居生活有關的各個子系統有機地結合在一起，實現“以人為本”的全新家居生活體驗。高性能ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產品是基于設計出一款高處理性能和低功耗功能的內核而開發的產品。此系列繼承ATMEL家族優良基礎。基于ATMEL最新MCU及Xmega和UC3系列產品為控制芯片的居家安全衛士（MI—home），以“方便、舒適、享受、超前、舒心”為主題，我們設計了以下幾個模塊：“非接觸式IC刷卡門禁模塊”、“防盜防火報警模塊”、“安全控電模塊”、“空氣質量檢測模塊”、“溫濕度檢測模塊”、“GSM無線通信模塊”、“時間控制模塊”、“可擴展模塊”。整個系統基本上能解決日常生活中的問題，解決家庭隱患，每個系統又有著細節處的功能。
　　各個模塊的設計：
　　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，因為非接觸式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、感應天線組成，封裝在一個標準的PVC卡片內，芯片及天線無任何外露部分，是世界上最近幾年發展起來的一項新技術。它成功的將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，結束了無源（卡中無電源）和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。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據的讀寫操作。非接觸式IC卡的組成：一部分是電源信號，該信號由卡接收后，與其本身的L/C產生諧振，產生一個瞬間能量來供給芯片工作。另一部分則是結合數據信號，指揮芯片完成數據、修改、存儲等，并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統，無論是硬件結構，還是操作過程都得到了很大的簡化，同時借助于先進的管理軟件，可脫機的操作方式，都使數據讀寫過程更為簡單。
　　非接觸式IC卡可靠性高，與讀寫器之間無機械接觸，避免了由于接觸讀寫而產生的各種故障。由于非接觸通訊，讀寫器在10CM范圍內就可以對卡片操作，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制，能防止卡片之間出現數據干擾，因此，讀寫器可以“同時”處理多張非接觸式IC卡。這提高了應用的并行性，，無形中提高系統工作速度。
　　非接觸式卡的序列號是唯一的，制造廠家在產品出廠前已將此序列號固化，不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗證機制，即讀寫器驗證IC卡的合法性，同時IC卡也驗證讀寫器的合法性。非接觸式卡在處理前要與讀寫器之間進行三次相互認證，而且在通訊過程中所有的數據都加密。此外，卡中各個扇區都有自己的操作密碼和訪問條件。
　　非接觸式卡的存儲器結構特點使它一卡多用，能運用于不同系統，用戶可根據不同的應用設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，當電流通過矽鋼片時，電磁鎖會產生強大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達到鎖門的效果，只要小小的電流電磁鎖就會產生莫大的磁力。電磁鎖沒有復雜的機械結構以及鎖舌的構造，而且易于自動控制。控制電磁鎖電源的門禁系統識別人員正確后即斷電，電磁鎖失去吸力即可開門。
　　防盜防火報警模塊
　　防盜防火報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，會發出特定波長10μm左右的紅外線，紅外探測器就是靠探測人體發射的10μm左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應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生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。它本身不發任何類型輻射，器件功耗很小，隱蔽性較好，價格低廉。
　　煙霧傳感器就是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范的，報警器內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統中，性能遠優于氣敏電阻類的火災報警器。它在內外電離室里面有放射源镅241，電離產生的正、負離子，在電場的作用下各自向正負電極移動。在正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的。一旦有煙霧竄逃外電離室。干擾了帶電粒子的正常運動，電流，電壓就會有所改變，破壞了內外電離室之間的平衡，于是無線發射器發出無線報警信號，通知遠方的接收主機，將報警信息傳遞出去。
　　門磁是由無線發射模塊和磁塊兩部份組成，在無線發射模塊有兩個箭頭處有一個“鋼簧管”的元器件，當磁體與鋼簧管的距離保持在1.5厘米內時，鋼簧管處于斷開狀態，一旦磁體與鋼簧管分離的距離超過1.5厘米時，鋼簧管就會閉合，造成短路，報警指示燈亮的同時向主機發射報警信號。
　　安全控電模塊
　　該模塊利用繼電器，當業主離家打開防衛模式時，自動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，實現節能減排。
　　空氣質量模塊
　　利用空氣質量傳感器對有氣味的氣體做一檢測及時反饋給業主，通知業主及時開窗通風。
　　溫濕度檢測模塊
　　利用DHT數字溫濕度傳感器將實時溫度濕度傳到主機，反饋給業主。
　　GSM無線通信模塊
　　全球移動通訊系統Global System of Mobile communication即GSM，是當前應用最為廣泛的移動電話標準。GSM 較之它以前的標準最大的不同是他的信令和語音信道都是數字式的。由于采用了高效調制器、信道編碼、交織、均衡和語音編碼技術，使系統具有高頻譜效率。由于每個信道傳輸帶寬增加，使同頻復用栽干比要求降低至9dB，故GSM系統的同頻 復用模式可以縮小到4/12或3/9甚至更小（模擬系統為7/21）；加上半速率話音編碼的引入和自動話務分配以減少越區切換的次數，使GSM系統的容量 效率（每兆赫每小區的信道數）比TACS系統高3～5倍。GSM標準所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，還有報刊網絡直接以及網絡中各設備實體之間。GSM系統通過鑒權、加密和TMSI號碼的使用，達到安全的目的。鑒權用來驗證用戶的入網權利。加密用于空中接口，由SIM卡和網絡AUC的密鑰決定。TMSI是一個由業務網絡給用戶指定的臨時識別號，以防止有人跟蹤而泄漏其地理位置。
　　該系統利用GSM實現業主遠程控制，將家里的情況實時反映給業主，業主也可以遠程控制家中電器的狀態。
　　時間控制模塊
　　通過控制繼電器來實現時間自動化控制；業主可設置時間打開某些電器，并設置打開的時間，也可以讓在某段時間內例如每天重復。
　　可擴展模塊
　　運用無線通信技術，業主可以控制任意用電器。例如，在歸家之前打開空調、熱水器、電飯鍋等。
　　2. 最終設計應用：
　　情景一：昆明市王的王奶奶不小心將自己家的鑰匙給弄丟了，老奶奶非常擔心家里的安全問題，因此就不經常出門了；
　　情景二：南昌市的劉爺爺經常使用鑰匙開過門后忘記將鑰匙拔出，當他發現時，鑰匙早已被人拿走了；
　　針對以上傳統鑰匙所存在的弊端，我們選擇了刷卡門禁系統，用射頻卡代替傳統鑰匙具有以下優點，如果密鑰丟了，我們可以通過主控制器注銷已丟的射頻卡上的信息，如果想增加密鑰，只需將新的射頻卡放在讀卡器上，通過設置讓主系統自學習密碼，然后將密碼存儲到存儲模塊，此后，此新卡就能用于本系統的密鑰。射頻卡又分三種，一種是ID卡，一種是接觸式IC卡，還有非接觸式IC卡，我們之所以選擇非接觸式IC卡是因為它有著很高的保密性能， IC卡的外形與磁卡相似，它與磁卡的區別在于數據存儲的媒體不同。磁卡是通過卡上磁IC卡條的磁場變化來存儲信息的，而IC卡是通過嵌入卡中的電擦除式可編程只讀存儲器集成電路芯片（EEPROM）來存儲數據信息的。因此，與磁卡相比較，IC卡具有以下優點：①存儲容量大。磁卡的存儲容量大約在200個數字字符；IC卡的存儲容量根據型號不同，小的幾百個字符，大的上百萬個字符。②安全保密性好。IC卡上的信息能夠隨意讀取、修改、擦除，但都需要密碼。③CPU卡具有數據處理能力。在與讀卡器進行數據交換時，可對數據進行加密、解密，以確保交換數據的準確可靠；而磁卡則無此功能。④使用壽命長。另外，使用射頻卡作為密鑰，節約了鋼鐵資源。
　　防盜防火報警模塊的設計，門磁可以安裝入戶門或是保險柜上，紅外熱釋電傳感器和煙霧傳感器置于客廳和臥室中，業主在離開家的時候按下設防按鈕，10秒鐘后整個家庭范圍內進入防衛模式，防衛模式中一旦門磁、紅外傳感器和煙霧傳感器檢測到異常情況，主系統作出判斷，通過GSM無線通信模塊主動聯系業主和物業值班人員。
　　一般業主在離開家庭的時候，常常忘記關掉一些正工作的用電器或是處于待機的用電器，這其中存在著用電引起火災的隱患，另外交流線路也要消耗一部分電能，利用我們的控電模塊，在業主設防時實現控電，通過繼電器將除廚房（冰箱）除外的分路用電線路斷開，日積月累，節約了電能，實現節能減排。
　　空氣質量模塊和溫濕度檢測模塊主要是用來評估家庭環境質量，避免由于空氣質量差而對人的健康構成的威脅，檢測室內溫濕度，作為人體舒適度指數，與空氣質量檢測結果構成環境質量報告，及時反饋給業主，讓業主實施一定的措施改善環境質量。
　　GSM無線通信模塊不只是用來反映防衛模式，業主還可以通過它來控制家里的一些電器設備。
　　對于一些上班族來說，一般都有不吃早飯的習慣，不利于身體健康，這是我們的時間控制模塊就大顯身手，晚上預先設置主控制器，什么時間讓輸出幾路接通，到早上可能業主還沒起床，但是時間一到早飯就已經做好了，不會花費業主早上時間做早飯的。
　　可擴展模塊分為時間控制和短信遠程控制，控制終端全是用的無線通信，方便一些經常挪動的電器設備的控制。
　　當今時代，科技的迅速發展給人們帶來方便與快捷的同時也增加了很多安全隱患，該系統本著為普通百姓造福的目的，最大限度減少家居安全隱患。該系統簡單實用，可靠性高，沒有高昂的成本，可被大多數家庭所接受，普及的前景很可觀
　　3. 系統框圖：
　　
　　1 控制核心：由ATMEL AVR單片機作為控制核心，包括設置和顯示功能。
　　2 非接觸式IC卡刷卡門：使用電磁鎖，利用非接觸式IC卡為鑰匙，若非本鎖的IC卡，GSM模塊會向業主及社區安保處發送警報。
　　3 防火防盜報警模塊：由煙霧傳感器、紅外熱釋電傳感器以及門磁構成。
　　4 控電模塊：家中無人時自動給不必要的電器斷電，實現節能。
　　5 空氣質量檢測模塊：利用傳感器檢測空氣質量，反饋給主控制器，業主可查詢到實時的空氣質量狀況。
　　6 溫濕度檢測模塊：通過傳感器測量家中溫度及濕度，并可提供開窗通風，制熱，制冷等建議
　　7 GSM無線通信模塊：業主通過該模塊可實時查詢家中情況，得到警報信息，或者控制家中電器。實現家庭的遠程控制。
　　8 時間模控制塊：可實現家中電器的定時開啟或關閉
　　9 可擴展模塊：對家中電器實現遠程控制等，可擴展出方便快捷的常用功能。