無線家居安防報警系統(tǒng)設(shè)計

1、 無線家居安防報警系統(tǒng)設(shè)計摘要：本文分析了現(xiàn)有家居安防報警系統(tǒng)中存在的不足，設(shè)計了一種操作方便、運行可靠的智能型無線家居安防報警系統(tǒng)。它集防盜賊入侵、防火災(zāi)等功能于一體。報警系統(tǒng)前端采用復(fù)合式無線傳感器實現(xiàn)對住宅的各種模擬信號(人體發(fā)出的紅外信號、入侵信號、煙霧濃度等)進(jìn)行自動監(jiān)測，克服了以往有線式報警系統(tǒng)布線困難，不易擴(kuò)展而且布線后影響房間美觀的缺陷。傳感器在監(jiān)測到災(zāi)情時輸出報警信號，通過無線方式發(fā)送給報警主機(jī)，主機(jī)根據(jù)險情類別，通過西門子TC35iGSM模塊發(fā)送報警短信息到用戶手機(jī)以及相關(guān)安防人員。用戶只需要有一部手機(jī)即可接收報警信息，還可以發(fā)送短信息控制命令重啟無線傳感器，真正做到了無距

2、離限制。關(guān)鍵詞： 無線家居 無線傳感器 安防報警 GSM模塊This paper analyzes deficiencies of the existing home security alarm system designed a user-friendly, reliable operation of intelligent wireless home security alarm system. It collects anti-invasion anti-fire and other functions. The front-end of Alarm system using hybr

3、id wireless sensors to achieve a variety of residential analog signal(the infrared signals issued by the human body the invasion signals the concentration of smoke and so on)for automatic monitoring. It can overcome the cable-alarm system wiring difficulties, but also difficult to extend and affect

4、the room artistic. The sensors output the alarm signal through wireless way to send the police to host when monitor disaster. The host accords to dangerous category to send warning messages to mobile phone users and security-related personnel by Siemens TC35i GSM module. Users can receive warning in

5、formation only have a cell phone, and also send text messages to restart the wireless sensors. It can achieve then on-distance limit truly.一、引言： 隨著社會的發(fā)展，人們生活條件的改善，人們對安全問題越來越關(guān)注了，尤其是在家居安全方面。入室盜竊、煤氣泄漏、火災(zāi)發(fā)生等情況有時發(fā)生，在家里安裝安全報警裝置是家庭安全保障發(fā)展的趨勢。本文設(shè)計一種無線家居安防報警系統(tǒng)，本系統(tǒng)主要采用無線門磁傳感器、紅外傳感器以及火災(zāi)煙霧濃度傳感器探測人體入侵或感知事故發(fā)生，同時傳輸

6、報警信息到系統(tǒng)主機(jī)。系統(tǒng)主機(jī)收到報警信號后利用現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡(luò)向機(jī)主發(fā)送報警GSM短信息。該系統(tǒng)既可單家獨戶使用，也可以同時進(jìn)行小區(qū)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理。二、安防報警系統(tǒng)總體設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計總體方案本文分析了現(xiàn)有家居安防報警系統(tǒng)中存在的不足，設(shè)計了一種方便無線家居安防報警系統(tǒng)。它集防盜賊入侵、防火災(zāi)等功能于一體，可實現(xiàn)自動檢測和GSM短信息報警。各無線傳感器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房，臥室等，報警主機(jī)放在家里比較隱蔽的區(qū)域。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為布防狀態(tài)時，一旦有人入侵、或?qū)⒁l(fā)生火災(zāi)等緊急情況時，與之相應(yīng)的傳感器(門磁、紅外、煙霧濃度傳感器)立即向報警主機(jī)發(fā)出報警信號。主機(jī)接到警情事件后

7、，立即進(jìn)行警情確認(rèn)(多次巡檢中斷信號)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場聲(蜂鳴器)、光(LED)報警，同時報警主機(jī)控制GSM模塊向機(jī)主發(fā)送短信息報警。用戶接到報警信息并確認(rèn)險情后可以通過手動或發(fā)送短信息的方式控制關(guān)閉報警器和重新布防。圖2-1無線家居安防報警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig2-1 The overall structure drawing of wireless home security alarm system系統(tǒng)由報警主機(jī)、無線傳感器、GSM模塊等部分組成?？梢元毩⒌貙τ脩糇≌M(jìn)行安全防范。無線家居安防報警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如上圖2-1所示。下圖2-2為系統(tǒng)總體功能框圖。圖2-2無線家居安

8、防報警系統(tǒng)總體功能框圖Fig2-2 Overall function diagram of wireless home security alarm system自動檢測是指由各種復(fù)合式探測器或傳感器實現(xiàn)對住宅的各種模擬信號(人體發(fā)出的紅外信號、溫度、煙霧濃度等)進(jìn)行自動監(jiān)測，復(fù)合式傳感器的應(yīng)用使得系統(tǒng)可靠性增強(qiáng)。前端傳感器與報警主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送采用無線方式，這種無線發(fā)射/接收模塊解決了系統(tǒng)之間無線信號互相干擾的問題，用戶使用時只需將各個系統(tǒng)的地址碼區(qū)別開來即可。短消息服務(wù)是GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本的業(yè)務(wù)，它可以通過服務(wù)中心來對文本信息進(jìn)行收發(fā)和存儲，而且其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、傳輸特性好，為無線控制的智

9、能家居安防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和采集提供了便捷的傳輸通道。本設(shè)計利用GSM的短信息功能，把無線家居安防報警系統(tǒng)建立在的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上。各傳感器在監(jiān)測到災(zāi)情時輸出報警信號，通過無線傳送方式發(fā)送給報警主機(jī)，主機(jī)微處理器會控制GSM模塊向機(jī)主或小區(qū)安防人員發(fā)送報警短信息或撥打電話。2.2報警主機(jī)設(shè)計本設(shè)計主機(jī)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。輸入輸出設(shè)備包括矩陣鍵盤、報警蜂鳴器、按鈕開關(guān)、各類指示燈等。矩陣鍵盤用于用戶密碼的輸入、修改、預(yù)存電話號碼的輸入等；報警蜂鳴器和各類指示燈用于聲音報警和指示系統(tǒng)不同的工作狀態(tài)；按鈕開關(guān)用于系統(tǒng)電路調(diào)試工作或一些用到手工觸發(fā)的場合設(shè)計考慮到系統(tǒng)使用時的安全性和

10、保密性，特設(shè)計了密碼控制，只有通過密碼驗證才能控制系統(tǒng)的運行和停止。EEPROM中存儲系統(tǒng)的一些原始參數(shù)、重要數(shù)據(jù)(預(yù)存電話號碼、系統(tǒng)密碼等)。報警主機(jī)主要由無線通訊模塊、主控模塊、功能執(zhí)行模塊、矩陣鍵盤模塊和顯示模塊組成，各模塊間連接如上圖2-3所示。8圖2-3報警主機(jī)模塊圖(1)通訊模塊采用西門子TC35i GSM模塊作為通訊模塊，通過串口采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片連接主控模塊，完成報警信息的發(fā)送和接收控制。(2)主控模塊主機(jī)采用AT89C52單片機(jī)作為主控芯片實現(xiàn)與各模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和過程控制。(3)功能執(zhí)行模塊采用PT2262/2272編解碼集成電路，與各無線傳感器（無線紅外傳感

11、器、無線門磁傳感器、無線火災(zāi)煙霧濃度傳感器等）進(jìn)行配套互動。(4)鍵盤和顯示模塊采用128*64液晶顯示模塊、AT24C02芯片、矩陣式鍵盤按鈕，通過單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計，完成對報警手機(jī)的設(shè)置和更改，并將設(shè)置和更改數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、顯示、存儲參數(shù)等功能。2.3傳感器工作原理各前端傳感器完成對住宅內(nèi)不同探測區(qū)域災(zāi)情發(fā)生前的各種參數(shù)(如門的開關(guān)狀態(tài)、人體熱釋電紅外信號、火災(zāi)煙霧濃度)的可靠監(jiān)測工作。所謂無線智能安防報警系統(tǒng)，就是采用高可靠性的，性價比較高的無線智能傳感器，它將數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、比較判斷等功能集成在一體，輸出報警開關(guān)量，即只有實際參數(shù)達(dá)到用戶設(shè)定的報警值時，才輸出報警信號和探

12、測器編號，然后通過無線傳輸?shù)姆?.4設(shè)計使用的傳感器工作原理及特性分析2.4.1無線人體熱釋電紅外傳感器(1)工作原理在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外傳感的應(yīng)非常廣泛。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長0um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。這種探頭的熱釋電元件對波長為10um左右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。人體發(fā)射的10um左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人

13、體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。菲泥爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距(感應(yīng)距離)，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。(2)工作特性本設(shè)計采用的是GH-608無線人體熱釋電紅外傳感器，采用進(jìn)

14、口PIR紅外線傳感器和專用紅外線IC進(jìn)行信號放大、處理，再經(jīng)過專用數(shù)據(jù)編碼IC調(diào)制，產(chǎn)生發(fā)射信號送往發(fā)射電路。發(fā)射電路采用聲表(SAW)穩(wěn)頻技術(shù)，頻率315MHZ，具有發(fā)射效率高，發(fā)射距離遠(yuǎn)、頻率漂移小，表態(tài)電流小等特點。GH-608紅外探測器采用貼片工藝生產(chǎn)，紅處線信號處理設(shè)有自動溫度補償電路，環(huán)境溫度的變化不會對其檢測靈敏度影響太大，高頻發(fā)射電路采用進(jìn)口元件，振蕩電路用聲表穩(wěn)頻技術(shù)，以保證發(fā)射頻率穩(wěn)定、精確。編碼端口設(shè)在線路板底面，方便用戶編碼使用。無線人體熱釋電紅外傳感器的優(yōu)點是本身不發(fā)任何類型的輻射；器件功耗很?。浑[蔽性好，價格低廉。其缺點是容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，

15、人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和敏度明顯下降，有時造成短時失靈。2.4.2無線門磁傳感器無線門磁傳感器是是一種在保安監(jiān)控、安全防范系統(tǒng)中非常常用的器件，無線門磁傳感器工作可靠、體積小巧，尤其是通過無線的方式工作，使得安裝和使用非常方便、靈活。無線門磁傳感器用來監(jiān)控門的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)門不管何種原因被打開后，傳感器立即發(fā)射特定的無線電波，遠(yuǎn)距離向主機(jī)報警。無線報警信號在開闊地能傳輸200米，在一般住宅中能傳輸20米，具體傳輸距離受周圍的環(huán)境影響。無線門磁傳感器一般采用省電設(shè)計，當(dāng)門關(guān)閉時它不發(fā)射無線電信號，此時耗電只有幾個微安，當(dāng)門被打開

16、的瞬間，立即發(fā)射1秒左右的無線報警信號，然后自行停止，這時就算門一直打開也不會再發(fā)射了，這是為了防止發(fā)射機(jī)連續(xù)發(fā)射造成內(nèi)部電池電量耗盡而影響報警，無線門磁傳感器還設(shè)計有電池低電壓檢測電路，當(dāng)電池的電壓低于8伏時，下方的發(fā)光二極管就會點亮，這時需要立即更換A23報警器專用電池，否則會影響報警的可靠性。無線門磁傳感器一般安裝在門內(nèi)側(cè)的上方，它由兩部分組成：較小的部件為永磁體，內(nèi)部有一塊永久磁鐵，用來產(chǎn)生恒定的磁場，較大的是無線門磁主體，它內(nèi)部有一個常開型的干簧管，當(dāng)永磁體和干簧管靠得很近時(小于5毫米)，無線門磁傳感器處于工作守候狀態(tài)，當(dāng)永磁體離開干簧管一定距離后，無線門磁傳感器立即發(fā)射包含地址編

17、碼和自身識別碼(也就是數(shù)據(jù)碼)的315MHZ的高頻無線電信號，接收板就是通過識別這個無線電信號的地址碼來判斷是否是同一個報警系統(tǒng)的，然后根據(jù)自身識別碼(也就是數(shù)據(jù)碼)，確定是哪一個無線門磁報警。MC-200無線門磁傳感器信號在開闊地能傳輸200米，在一般住宅中能可靠傳輸20米以上，這個距離即使對別墅用戶也已經(jīng)足夠了。實際測量無線門磁在開闊地實測傳輸距離大于100米，適合對傳輸距離有特別要求的場合使用。2.4.3無線火災(zāi)煙霧濃度傳感器無線火災(zāi)煙霧濃度傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，本設(shè)計把無線發(fā)射和火災(zāi)煙霧傳感器有機(jī)地結(jié)合，使得安裝、使用非常方便、靈活

18、。無線火災(zāi)煙霧傳感器背后有專用的卡口可以方便地固定在墻體或者天花板上，它內(nèi)部使用一節(jié)9伏電池供電，工作在警戒狀態(tài)時工作電流僅為15微安，報警發(fā)射時工作電流為20毫安，一節(jié)9V電池可以連續(xù)使用一年以上。在工作狀態(tài)中，工作指示燈每隔60秒閃爍一次，表示傳感器工作正常。當(dāng)探測到初期明火或者煙霧達(dá)到一定濃度時，傳感器的報警蜂鳴器立即發(fā)出90分貝的連續(xù)報警，工作指示燈也變成快速連續(xù)閃爍，同時無線發(fā)射器發(fā)出無線報警信號，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報警信息傳遞出去。無線發(fā)射器的報警距離在空曠地可以達(dá)到200米，在有阻擋的普通家庭環(huán)境中也可以達(dá)到20米，確保了傳輸距離穩(wěn)定可靠。無線火災(zāi)煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧

19、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，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。它在內(nèi)外電離室里面有電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場的作用下向正負(fù)電極移動。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動，使電流，電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號三、安防報警系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計3.1報警主機(jī)設(shè)計本設(shè)計根據(jù)各芯片和模塊的特點對無線家居安防報警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。圖3-1為報警主機(jī)設(shè)計簡圖。 圖4-1報警主機(jī)簡圖Fig4-1 Alarm host simple design主機(jī)左上方是矩陣鍵盤

20、，按鍵排列具體說名如下：(1)09為數(shù)字輸入；(2)鍵確：確定鍵；(3)鍵“測”：測試GSM鍵；(4)鍵停：停止報警鍵。首先，通過輸入設(shè)備矩陣鍵盤，將用戶的手機(jī)SIM卡號碼輸入存儲到數(shù)據(jù)存儲器AT24C02中。輸出設(shè)備，液晶顯示屏顯示輸入結(jié)果，并能將存儲器中的數(shù)據(jù)顯示出來。然后，通過報報警信號檢測電路，對各個無線傳感器(無線紅外傳感器、無線門磁傳感器、無線煙感傳感器等)進(jìn)行檢測，是否有報警信號。根據(jù)檢測結(jié)果，由單片機(jī)對通訊模塊TC35i進(jìn)行控制，確定是否發(fā)短信報警信息、發(fā)何種內(nèi)容的報警信息。同時，通過對通訊模塊TC35i接受短信的檢測，確定是否有用戶對無線傳感器進(jìn)行設(shè)置并根據(jù)檢測結(jié)果做出相應(yīng)控

21、制。模塊串行口通訊頻率：9600 bit/s；電源及功率：9V/0.3A直流電。圖3-2為報警系統(tǒng)主機(jī)模塊圖。圖3-2報警主機(jī)模塊圖只要電源適配器接通，GSM模塊就會接通電源，電源開關(guān)只是控制單片機(jī)系統(tǒng)及液晶顯示屏等模塊電源。系統(tǒng)上電后要首先檢查GSM模塊的SIM卡有無正確安裝，在上電之后30秒后按GSM測試鍵就可以對GSM模塊進(jìn)行初始化測試。只有GSM模塊初始化測試成功后系統(tǒng)才能發(fā)出報警信息。如果用戶想通過手機(jī)向安防系統(tǒng)發(fā)出指令信息，安防系統(tǒng)必須設(shè)置了用戶的手機(jī)號碼，否則系統(tǒng)不會執(zhí)行指令信息的命令。傳感器報警觸發(fā)測試：(1)煙霧傳感器：系統(tǒng)設(shè)計時是用蚊香放在傳感器的下方讓煙能正好進(jìn)入傳感器正

22、面，傳感器距蚊香在10cm內(nèi)，這樣狀態(tài)持續(xù)2分鐘左右，正直到讓煙霧傳感器自帶的報警器響著為止表明煙霧已被觸發(fā)報警。(2)紅外傳感器：紅外傳感器左則有電源開關(guān)，把開關(guān)打到ON即可。使用之前檢查一下電池是否大于8.5V,低于這個電壓可能有不夠電壓影響其正常工作。使用時把紅外傳感器正面正對人體且1-4米左右位置。人正對傳感器方向走動。當(dāng)看紅外提示燈亮表明紅傳感器已感應(yīng)人體信號。(3)門磁傳感器：無論何種原因，只要門磁傳感器開啟距離超過12mm，觸發(fā)門磁傳感器并報警。傳感器被觸發(fā)后，用戶手機(jī)接收到的信息含義如表4-1：表3-1用戶接收報警信息含義 安防報警系統(tǒng)短信控制命令含義如表3-2：表3-2安防系統(tǒng)控制命令及含義3.2總體程序設(shè)計系統(tǒng)上電開機(jī)后，首先進(jìn)行定時器初始化，LCD初始化和串口初始化。然后系統(tǒng)讀取EE_PROM中事先存儲的報警手機(jī)號碼并進(jìn)入外