无线家居安防报警系统设计

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1、 无线家居安防报警系统设计摘要：本文分析了现有家居安防报警系统中存在的不足，设计了一种操作方便、运行可靠的智能型无线家居安防报警系统。它集防盗贼入侵、防火灾等功能于一体。报警系统前端采用复合式无线传感器实现对住宅的各种模拟信号(人体发出的红外信号、入侵信号、烟雾浓度等)进行自动监测，克服了以往有线式报警系统布线困难，不易扩展而且布线后影响房间美观的缺陷。传感器在监测到灾情时输出报警信号，通过无线方式发送给报警主机，主机根据险情类别，通过西门子TC35iGSM模块发送报警短信息到用户手机以及相关安防人员。用户只需要有一部手机即可接收报警信息，还可以发送短信息控制命令重启无线传感器，真正做到了无距

2、离限制。关键词： 无线家居 无线传感器 安防报警 GSM模块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： 随着社会的发展，人们生活条件的改善，人们对安全问题越来越关注了，尤其是在家居安全方面。入室盗窃、煤气泄漏、火灾发生等情况有时发生，在家里安装安全报警装置是家庭安全保障发展的趋势。本文设计一种无线家居安防报警系统，本系统主要采用无线门磁传感器、红外传感器以及火灾烟雾浓度传感器探测人体入侵或感知事故发生，同时传输

6、报警信息到系统主机。系统主机收到报警信号后利用现有的移动通信网络向机主发送报警GSM短信息。该系统既可单家独户使用，也可以同时进行小区联网监控管理。二、安防报警系统总体设计2.1系统设计总体方案本文分析了现有家居安防报警系统中存在的不足，设计了一种方便无线家居安防报警系统。它集防盗贼入侵、防火灾等功能于一体，可实现自动检测和GSM短信息报警。各无线传感器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，报警主机放在家里比较隐蔽的区域。当系统设定为布防状态时，一旦有人入侵、或将要发生火灾等紧急情况时，与之相应的传感器(门磁、红外、烟雾浓度传感器)立即向报警主机发出报警信号。主机接到警情事件后

7、，立即进行警情确认(多次巡检中断信号)，确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)、光(LED)报警，同时报警主机控制GSM模块向机主发送短信息报警。用户接到报警信息并确认险情后可以通过手动或发送短信息的方式控制关闭报警器和重新布防。图2-1无线家居安防报警系统总体结构图Fig2-1 The overall structure drawing of wireless home security alarm system系统由报警主机、无线传感器、GSM模块等部分组成。可以独立地对用户住宅进行安全防范。无线家居安防报警系统总体结构设计如上图2-1所示。下图2-2为系统总体功能框图。图2-2无线家居安

8、防报警系统总体功能框图Fig2-2 Overall function diagram of wireless home security alarm system自动检测是指由各种复合式探测器或传感器实现对住宅的各种模拟信号(人体发出的红外信号、温度、烟雾浓度等)进行自动监测，复合式传感器的应用使得系统可靠性增强。前端传感器与报警主机之间数据传送采用无线方式，这种无线发射/接收模块解决了系统之间无线信号互相干扰的问题，用户使用时只需将各个系统的地址码区别开来即可。短消息服务是GSM网络的一种基本的业务，它可以通过服务中心来对文本信息进行收发和存储，而且其网络覆盖面广、传输特性好，为无线控制的智

9、能家居安防系统的数据传输和采集提供了便捷的传输通道。本设计利用GSM的短信息功能，把无线家居安防报警系统建立在的GSM网络基础上。各传感器在监测到灾情时输出报警信号，通过无线传送方式发送给报警主机，主机微处理器会控制GSM模块向机主或小区安防人员发送报警短信息或拨打电话。2.2报警主机设计本设计主机采用STC89C52单片机作为主控芯片。输入输出设备包括矩阵键盘、报警蜂鸣器、按钮开关、各类指示灯等。矩阵键盘用于用户密码的输入、修改、预存电话号码的输入等；报警蜂鸣器和各类指示灯用于声音报警和指示系统不同的工作状态；按钮开关用于系统电路调试工作或一些用到手工触发的场合设计考虑到系统使用时的安全性和

10、保密性，特设计了密码控制，只有通过密码验证才能控制系统的运行和停止。EEPROM中存储系统的一些原始参数、重要数据(预存电话号码、系统密码等)。报警主机主要由无线通讯模块、主控模块、功能执行模块、矩阵键盘模块和显示模块组成，各模块间连接如上图2-3所示。8图2-3报警主机模块图(1)通讯模块采用西门子TC35i GSM模块作为通讯模块，通过串口采用MAX232电平转换芯片连接主控模块，完成报警信息的发送和接收控制。(2)主控模块主机采用AT89C52单片机作为主控芯片实现与各模块之间进行数据交换和过程控制。(3)功能执行模块采用PT2262/2272编解码集成电路，与各无线传感器（无线红外传感

11、器、无线门磁传感器、无线火灾烟雾浓度传感器等）进行配套互动。(4)键盘和显示模块采用128*64液晶显示模块、AT24C02芯片、矩阵式键盘按钮，通过单片机进行程序设计，完成对报警手机的设置和更改，并将设置和更改数据存储，实现输入数据、显示、存储参数等功能。2.3传感器工作原理各前端传感器完成对住宅内不同探测区域灾情发生前的各种参数(如门的开关状态、人体热释电红外信号、火灾烟雾浓度)的可靠监测工作。所谓无线智能安防报警系统，就是采用高可靠性的，性价比较高的无线智能传感器，它将数据采集、A/D转换、比较判断等功能集成在一体，输出报警开关量，即只有实际参数达到用户设定的报警值时，才输出报警信号和探

12、测器编号，然后通过无线传输的方2.4设计使用的传感器工作原理及特性分析2.4.1无线人体热释电红外传感器(1)工作原理在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外传感的应非常广泛。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长0um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。这种探头的热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用热释电元件，这种元件在接收到人

13、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。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。(2)工作特性本设计采用的是GH-608无线人体热释电红外传感器，采用进

14、口PIR红外线传感器和专用红外线IC进行信号放大、处理，再经过专用数据编码IC调制，产生发射信号送往发射电路。发射电路采用声表(SAW)稳频技术，频率315MHZ，具有发射效率高，发射距离远、频率漂移小，表态电流小等特点。GH-608红外探测器采用贴片工艺生产，红处线信号处理设有自动温度补偿电路，环境温度的变化不会对其检测灵敏度影响太大，高频发射电路采用进口元件，振荡电路用声表稳频技术，以保证发射频率稳定、精确。编码端口设在线路板底面，方便用户编码使用。无线人体热释电红外传感器的优点是本身不发任何类型的辐射；器件功耗很小；隐蔽性好，价格低廉。其缺点是容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，

15、人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和敏度明显下降，有时造成短时失灵。2.4.2无线门磁传感器无线门磁传感器是是一种在保安监控、安全防范系统中非常常用的器件，无线门磁传感器工作可靠、体积小巧，尤其是通过无线的方式工作，使得安装和使用非常方便、灵活。无线门磁传感器用来监控门的开关状态，当门不管何种原因被打开后，传感器立即发射特定的无线电波，远距离向主机报警。无线报警信号在开阔地能传输200米，在一般住宅中能传输20米，具体传输距离受周围的环境影响。无线门磁传感器一般采用省电设计，当门关闭时它不发射无线电信号，此时耗电只有几个微安，当门被打开

16、的瞬间，立即发射1秒左右的无线报警信号，然后自行停止，这时就算门一直打开也不会再发射了，这是为了防止发射机连续发射造成内部电池电量耗尽而影响报警，无线门磁传感器还设计有电池低电压检测电路，当电池的电压低于8伏时，下方的发光二极管就会点亮，这时需要立即更换A23报警器专用电池，否则会影响报警的可靠性。无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方，它由两部分组成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，较大的是无线门磁主体，它内部有一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时(小于5毫米)，无线门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编

17、码和自身识别码(也就是数据码)的315MHZ的高频无线电信号，接收板就是通过识别这个无线电信号的地址码来判断是否是同一个报警系统的，然后根据自身识别码(也就是数据码)，确定是哪一个无线门磁报警。MC-200无线门磁传感器信号在开阔地能传输200米，在一般住宅中能可靠传输20米以上，这个距离即使对别墅用户也已经足够了。实际测量无线门磁在开阔地实测传输距离大于100米，适合对传输距离有特别要求的场合使用。2.4.3无线火灾烟雾浓度传感器无线火灾烟雾浓度传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小巧，本设计把无线发射和火灾烟雾传感器有机地结合，使得安装、使用非常方便、灵活

18、。无线火灾烟雾传感器背后有专用的卡口可以方便地固定在墙体或者天花板上，它内部使用一节9伏电池供电，工作在警戒状态时工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为20毫安，一节9V电池可以连续使用一年以上。在工作状态中，工作指示灯每隔60秒闪烁一次，表示传感器工作正常。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯也变成快速连续闪烁，同时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。无线发射器的报警距离在空旷地可以达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中也可以达到20米，确保了传输距离稳定可靠。无线火灾烟雾报警器内部采用离子式烟雾

19、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电离产生的正、负离子，在电场的作用下向正负电极移动。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，使电流，电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号三、安防报警系统详细设计3.1报警主机设计本设计根据各芯片和模块的特点对无线家居安防报警系统进行设计。图3-1为报警主机设计简图。 图4-1报警主机简图Fig4-1 Alarm host simple design主机左上方是矩阵键盘

20、，按键排列具体说名如下：(1)09为数字输入；(2)键确：确定键；(3)键“测”：测试GSM键；(4)键停：停止报警键。首先，通过输入设备矩阵键盘，将用户的手机SIM卡号码输入存储到数据存储器AT24C02中。输出设备，液晶显示屏显示输入结果，并能将存储器中的数据显示出来。然后，通过报报警信号检测电路，对各个无线传感器(无线红外传感器、无线门磁传感器、无线烟感传感器等)进行检测，是否有报警信号。根据检测结果，由单片机对通讯模块TC35i进行控制，确定是否发短信报警信息、发何种内容的报警信息。同时，通过对通讯模块TC35i接受短信的检测，确定是否有用户对无线传感器进行设置并根据检测结果做出相应控

21、制。模块串行口通讯频率：9600 bit/s；电源及功率：9V/0.3A直流电。图3-2为报警系统主机模块图。图3-2报警主机模块图只要电源适配器接通，GSM模块就会接通电源，电源开关只是控制单片机系统及液晶显示屏等模块电源。系统上电后要首先检查GSM模块的SIM卡有无正确安装，在上电之后30秒后按GSM测试键就可以对GSM模块进行初始化测试。只有GSM模块初始化测试成功后系统才能发出报警信息。如果用户想通过手机向安防系统发出指令信息，安防系统必须设置了用户的手机号码，否则系统不会执行指令信息的命令。传感器报警触发测试：(1)烟雾传感器：系统设计时是用蚊香放在传感器的下方让烟能正好进入传感器正

22、面，传感器距蚊香在10cm内，这样状态持续2分钟左右，正直到让烟雾传感器自带的报警器响着为止表明烟雾已被触发报警。(2)红外传感器：红外传感器左则有电源开关，把开关打到ON即可。使用之前检查一下电池是否大于8.5V,低于这个电压可能有不够电压影响其正常工作。使用时把红外传感器正面正对人体且1-4米左右位置。人正对传感器方向走动。当看红外提示灯亮表明红传感器已感应人体信号。(3)门磁传感器：无论何种原因，只要门磁传感器开启距离超过12mm，触发门磁传感器并报警。传感器被触发后，用户手机接收到的信息含义如表4-1：表3-1用户接收报警信息含义 安防报警系统短信控制命令含义如表3-2：表3-2安防系

23、统控制命令及含义3.2总体程序设计系统上电开机后，首先进行定时器初始化，LCD初始化和串口初始化。然后系统读取EE_PROM中事先存储的报警手机号码并进入外时钟管理，单片机会发送GSM驱动程序到GSM模块，接着进入按键扫描。系统各功能部件初始化完毕后，进入函数调配器Task step。在函数调配器里可以调用各个功能函数进行传感器数据处理，蜂鸣器管理，LCD显示驱动，LCD显示管理，信息处理，键值处理，GSM测试管理，GSM信息解读，信息发送管理等函数功能处理。功能函数执行后系统返回到外时钟管理并返回函数调配器准备执行下一个函数功能循环。通过系统总体程序流程图4-3我们可以更清晰的了解整个系统程

24、序流程。图4-3系统总体程序流程图系统开机首先进入系统欢迎页面，然后自动转入进入系统密码入界面。此时需要用户输入六位初始密码，如过密码输入错误系统会提示您重新输入并再次进行密码验证直到正确输入才可以进入设定主页面。用户在这里可以输入想要接收报警信息的手机号码和开启无线报警传感器。系统设计时手机号码可设定为两组，这样可以防止由于外界原因照成的信息漏看，或者令一组发送到小区安防人员的手机上，这样可以充分保证用户的家居安全。无线传感器的类型可以根据用户需要做出相应的开启。系统身份认证及传感器和手机号码设定流程如图3-4图3-4报警手机号码和传感器设定流程 四、结束语： 无线家居安防报警系统采用自动短信息报警方式，通过现有的移动通信网络进行远程报警。系统能及时、准确地发送报警信息，有效利用了现有的通信网资源。与传统报警网络相比，提高了报警的可靠性，降低了费用，并能及时向户主报告灾情情况，便于针对性处理。户主在手机服务区范围内能及时接受报警信息，报警信号不受区域的限制；可以根据户主要求设置特定的接收对象，可以给每个家庭成员发送报警信息；用短信息表达的方式，具体清晰地显示出家庭中可能出现的各种警情；并且有效地防止短信误发造成的误操作。