智能監(jiān)測報警系統(共38頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上摘 要隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發(fā)展與提高，人們對室內環(huán)境的要求也越來越高?，F代無線通訊技術是未來網絡媒體發(fā)展的趨勢，是當前發(fā)展競相開發(fā)的熱點，提出了Zigbee技術與GPRS的無線技術來完成對室內環(huán)境的監(jiān)測，該系統全部采用無線通信技術來完成，省去了重新布線的問題，而且把GPRS遠程通信技術加入到室內環(huán)境中實現監(jiān)測和報警功能，從而使用戶千里之外可以隨時了解家中的情況提供一種解決辦法。本文首先分析了Zigbee技術的研究意義、應用前景以其優(yōu)良的性能為眾多的近距離無線通信應用領域提供了低成本、低功耗、高可靠性的解

2、決方案。其次是GPRS技術逐步完善，它的覆蓋區(qū)域也日益增大幾乎可以分布到所有人類居住的地方，并且具有維護費用比較低，安裝方便，易于實現遠程數據的采集和設備的控制。本設計采用Zigbee組成的無線傳感器網絡的和GPRS無線通信技術構成的大范圍遠程數據采集系統，結合各類傳感器對居室環(huán)境中多路狀態(tài)（如火警、氣體濃度、非法入侵等）進行監(jiān)測和預警，一旦出現警情可通過GPRS系統向用戶的手機實時發(fā)送短消息，主要完成了采用GPRS無線通信模塊與新一代無線網絡技術Zigbee相結合，實現了通過手機短信對室內環(huán)境進行監(jiān)測與報警的系統。關鍵詞：Zigbee技術、GPRS技術、監(jiān)測、報警專心-專注-專業(yè)Abstra

3、ctFor the automatic, real-time monitoring the state of the environment, the Zigbee wireless sensor network technology has been widely used because of its reliable technology, low power consumption, low cost, short development cycle. This paper will combine the wireless sensor network technology and

4、GPRS network, realized the remote monitoring of home appliances and security equipment to send text messages by mobile phone, using CC2430 and single chip microcomputer users home security monitoring system of main body in any place of household equipment and safety to observe. The system has the ad

5、vantages of simple structure, safe and reliable, cost-effective, have broad application prospects.Family intelligent monitoring system based on GPRS and Zigbee technology to single family communication control unit, a main controller are installed in each household, and a plurality of connected with

6、 the home appliance division controller, the master and control bus type connection, home bus using Zigbee wireless communicationKeywords: wireless sensor network; wireless communication module; digital sensor; GPRS module目 錄第一章 緒 論1.1 研究背景近年來，隨著無線傳感器網絡技術的迅猛發(fā)展，以及人們對于環(huán)境保護和環(huán)境監(jiān)控提出了更高要求，越來越多的行業(yè)都致力于在環(huán)境監(jiān)測

7、系統中應用無線傳感器網絡的研究。通過在監(jiān)測區(qū)域內布設大量的廉價微型傳感器節(jié)點，經由無線通信方式形成一個多跳的網絡系統，從而實現網絡覆蓋區(qū)域內感知對象信息的采集量化、處理融合和傳輸應用。與傳統的環(huán)境監(jiān)測手段相比，使用傳感器網絡進行環(huán)境監(jiān)測有三個顯著的優(yōu)勢：一是網絡的自組性提供了廉價而且快速部署網絡的可能;二是現場采集的數據可通過中間節(jié)點進行（路由）傳送，在不增加功耗和成本的前提下，可將系統監(jiān)測容量提高一個數量級；三是網絡的健壯性、抗毀性滿足了某些特定應用的需求。無線傳感器網絡技術是一項應用性非常強的技術，因此其在當前我國環(huán)境監(jiān)測系統中的應用具有巨大的潛力。1.2 系統的總體方案方案如圖1.1所示

8、。 無線通信模塊 數字傳感器 單片機ST89C52RCRS232 GPRS模塊 （SIM卡） 圖1.1 無線環(huán)境監(jiān)測系統主節(jié)點組成本設計中各功能部分均采用目前應用性能較好的集成模塊電路來實現，環(huán)境中各類狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、光照、氣體濃度、火警、異常侵入等參量的測量均采用數字式傳感器或集成模塊，這樣既可以提高系統工作的穩(wěn)定性，又可以使硬件電路設計得以簡化，減小了系統的體積，從而提高了系統的現場應用性。系統主節(jié)點組成，可見在硬件結構上，任何子節(jié)點都可以通過與GPRS模塊相連而變成主節(jié)點。為提高系統的可靠性以及減小設計、開發(fā)周期，本系統由一個主節(jié)點和多個子節(jié)點組成，電路上均采用集成化設計。子節(jié)

9、點負責采集環(huán)境參量，通過無線通信模塊將數據以多跳方式逐級傳遞給主節(jié)點；主節(jié)點除具備基本的參量采集功能外，主要負責將匯集來的各子節(jié)點數據通過GPRS網絡發(fā)送給用戶手機，課題所設計的智能監(jiān)測報警系統的總體功能模塊圖如圖1.2所示。圖1.2 智能監(jiān)測報警系統的功能模塊圖終端節(jié)點單元包括以下兩部分部件:射頻收發(fā)模塊、傳感器或受控終端以及兩者之間的接口控制模塊。射頻收發(fā)模塊作為系統中各網絡節(jié)點的通信接口，進行網絡中各節(jié)點設備的網絡無線連接和無線數據或指令的收發(fā)。系統的終端傳感或受控單元，主要進行環(huán)境溫度、濕度等各種數據的采集或者進行有人闖入或者有毒氣體等意外災難情況的探測以及對各種網絡家電的控制。這種監(jiān)

10、測功能需要通過接口控制模塊來直接操作并完成。1.3家庭網關家庭網關是一種簡單的、智能的、標準化的、靈活的數字家庭網絡接口單元，它可以從不同的外部網絡接收通訊信號，通過家庭網絡傳遞信號給某個終端設備。從結構上看，家庭網關是家庭外部TCP/IP網絡和局部家庭網絡之間的連接點。所以，家庭網關應具備兩個主要功能 ：（1）作為外部接入網(如Internet接入)連接到家庭內部，同時將家庭內部網絡連接到外部的一種物理接口，家庭網關應能同時處理多種類型的接入網技術，即完成不同網絡間的協議轉換和路由選擇功能。協議轉換，這一功能描述只是原理概念上的一個總體定位，實際設計和實現時決不是將一種協議對應轉換成另一種協

11、議那么簡單。從信息流動和變換的觀點來看，可以將家庭網關視為如圖1.3所示模型。在圖1.3中，有兩條雙向的信息流通過家庭網關，家庭網關在其中起著信息格式變換的作用。 TCP/IP網絡 ZigBee無線網絡家庭網關電源時鐘顯示部分按鍵STC89C52CPUInternet接口RAMFLASHUSBZigBee接口圖1.3 家庭網關的結構圖（2）使用戶可以獲得各種服務(包括現有的服務和未來可能出現的服務)的平臺。如遠程通訊，遠程教育、遠程醫(yī)療、遠程抄表、家電管理和集成、安全系統管理、家庭能源調節(jié)和管理、在線和電子公告等。同時，作為家庭與媒體的中心，實現音頻和視頻信息的綜合預處理等。如可視電話、視頻傳

12、送和分配、虛擬VCR和視頻點播、視頻交互通訊、CD點唱機。傳統的家庭網關多采用PC機模式，這樣為了使網絡能夠正常運行，首先要保證PC始終保持在開機狀態(tài)并且穩(wěn)定無故障，這樣勢必造成了整個網絡的可靠性降低。為了避免系統對傳統PC機的依賴問題，課題采用嵌入式技術設計家庭網關，設備通過嵌入式模塊，直接接入Internet實現信息交互的過程。課題采用飛利浦的LPC2200系列ARM7嵌入式芯片設計網關。課題所設計家庭網關的結構圖如圖1.3所示。1.4 研究目的和意義在智能監(jiān)測報警系統中，無線網絡技術應用于家庭網絡已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅因為無線網絡可以提供更大的靈活性、流動性，省去了花在綜合布線上

13、的費用和精力，而且更符合家庭網絡的通訊特點。同時隨著無線網絡技術的進一步發(fā)展，也必將大大促進智能化、網絡化的進程。目前，無線網絡技術主要可分為射頻技術、IRDA紅外線技術、IEEE80211b和IEEE80211a協議技術、Home RF協議、藍牙技術、ZigBee技術。其中射頻(RF)技術已很成熟。它的成本低廉，穿透性較好，但抗干擾能力差，安全性差，最致命的缺陷是它沒有統一的標準，各公司的通信協議都不一樣。紅外IRDA技術也比較成熟，但必須直線視距連接，限制太大，并不適合我們通常意義上的家庭網絡；IEEE8021l是IEEE最初制定的一個無線局域網標準，主要用于辦公室局域網和校園網。由于它在

14、速率和傳輸距離上都不能滿足人們的需要，IEEE小組又相繼推出了IEEE8021lb和IEEE8021la兩個新標準，但無論是IEEE80211b還是IEEE8021la都是一種高速率傳輸協議，用在家居系統上有些大材小用，而且價格昂貴。它更適于辦公室的無線網絡；Home RF無線標準是由Home RF工作組開發(fā)的，旨在使計算機與其他電子設備之間實現無線通信的開放性工業(yè)化，由于Home RF網絡沒有密碼因而它的安全性較差，且它的抗干擾能力很差；而ZigBee技術和藍牙技術都屬于IEEE80215協議，在一定的范圍內有重疊，但其各自的技術特點決定了其應用的側重點仍有很大的不同。藍牙更適合于語音業(yè)務及

15、需要更高數據量的業(yè)務，如移動電話，耳機等。ZigBee作為一種低功耗、低數據速率、低成本的技術更適合于智能化，安全保障系統及進行低數據率傳輸的低成本設備之間。一般家庭網絡通訊有以下幾個特點：l、傳輸的數據量比較小，因而無需太大的傳輸速度；2、信息的實時性要好，時延要短，尤其在安防信息上；3、無論采用何種方式建立家庭網絡，都必須保證數據傳送過程中的安全性和可靠性，不易被人竊取和破壞。1.5 課題的研究內容本文在分析智能監(jiān)測報警的發(fā)展方向，研究的必要性及意義后，把外部網絡(移動網)和家庭內部控制網絡相結合，完成了智能監(jiān)測報警系統的設計。設計整體框圖如圖1.4所示。圖1.4 設計整體框圖基于GPRS

16、和ZigBee技術的智能監(jiān)測報警解決方案采用以單戶家庭為單元的通信控制模式，在每一個家庭中都安裝一個主控中心(負責用戶控制信號及家電反饋信息的接收和轉發(fā))，及若干個與家電設備相連的分控終端(控制該家庭的所有電器)。主控和分控裝置由家庭總線相連，家庭總線采用ZigBee無線通信方式。此裝置便于家庭獨自管理，安全性、可靠性高。1.6 本文主要工作及組織結構基于ZigBee和GPRS相結合的無線數據傳輸網絡，由封裝CC2430和數字傳感器的終端節(jié)點對中的相對濕度、溫度、大氣壓等火災因子進行實時采集，經每個子網中的中心節(jié)點將數據發(fā)出，由GPRS模塊傳送數據到手機或服務器，在服務器中建立自己的數據庫，并

17、負責將上傳的數據存儲到火災預警數據庫中，經決策生成軟件對數據進行綜合分析產生相應的預警和決策，系統結構如圖1.5所示。圖1.5 系統結構圖第二章 關鍵技術和主要器件的介紹2.1 幾種無線通信技術的對比目前，各種無線傳輸技術林立，應用廣泛。每個技術都有其立足的特點，或基于傳輸速度、距離、耗電量的特殊要求；或著眼于功能的擴充性；或符合某些單一應用的特別要求；各種短距離無線通信技術都在爭取成為市場標準。這里我們重點介紹與控制網絡有關的無線通信技術。2.1.1 紅外線技術IRDA紅外線技術是家庭無線控制網絡的一個選擇，它設備簡單，價格低廉，很容易推廣。而且現有的家電通常具有紅外線遙控接口，很容易融入到

18、這樣的網絡中。但是，紅外線控制方式的作用距離短，而且要求控制器與接收器之間必須具有目視接觸，屬于點對點的通信方式。因此，紅外使用不很方便。特別是對于家庭組網方式，紅外方式明顯是不適合的。2.1.2家庭射頻技術的Home RFHome RF工作組是由美國家用射頻委員會領導于1997年成立的，其主要工作任務是為家庭用戶建立具有互操作性的話音和數據通信網。Home RF的普及率高達45%，在家庭無線聯網市場獨占鰲頭。但由于Home RF技術標準得到的支持程度、抗干擾能力等方面的欠缺，加上市場營銷策略失當、后續(xù)研發(fā)與技術升級進展遲緩，市場優(yōu)勢逐漸喪失，導致最終Home RF工作組不得不宣布黯然退出無線

19、聯網市場的角逐。2.1.3藍牙技術藍牙技術由愛立信、東芝、IBM和英特爾五家公司于1998年提出。主要用來打破以紅外線或電纜線聯系不同產品時受到的限制，2000年做到使移動電話等設備與個人電腦或任何其他設備、儀器之間，能夠在約幾十米的距離內無需連接電纜線或紅外接口就可進行數據交換。藍牙技術是實現話音和數據無線傳輸的開放性規(guī)范，是一種低成本、短距離、支持點到點和點到多點的通信的無線通信技術，藍牙最早是作為電纜的替代的一種低功耗短距離無線接口，實現在移動電話、便攜式電腦和其他電子裝置之間的無縫連接，進而形成一個個局域網，使得其范圍內的各種信息化的移動和便攜設備都能實現資源共享。雖然用途上與紅外類似

20、，其標準中也考慮到了與紅外系統的兼容性，但是由于無線電波比紅外線有固有的優(yōu)勢，藍牙技術具有更廣泛的應用。但是未來的家庭網絡中設備節(jié)點的數量將會越來越多，藍牙有限的網絡容量將會限制其在低速控制網絡中的應用。另外，藍牙的成本始終高居不下，也就導致其無法適用于未來的大規(guī)模家庭網絡的應用。目前己經有基于藍牙的智能安防監(jiān)測系統，但是因為系統造價高，所以無法推廣開來。藍牙技術具有強大數據通訊優(yōu)勢，用于抄表領域在技術上是完全可行的。目前市場上早已有藍牙技術的抄表模塊。但由藍牙技術主要針對的是數據交換及語音信號傳輸，同其它專有的抄表技術相比，有協議過于復雜、芯片成本較高的缺點。2.1.4 幾種無線通信標準的性

21、能比較幾種無線通信標準的性能比較如表2-1所示。表2-1 線通信標準的性能比較ZigBeeBluetoothWI-fiGPRS/GSM應用范圍監(jiān)事與控制短距離的有線的替代品Web、視頻、e-mailWAN、聲音與數據系統資源4KB-32KB250KB+1MB+16MB+電池壽命100-1000+1-71-51-7網絡節(jié)點數255/65KB7301000帶寬（Kbps）20-250100011000+64-128考慮到安防監(jiān)測的無線網絡小數據流量少、對適時性要求不高的特征，選用任何無線通信技術必須考慮以下幾點：低成本：用戶計量儀表是低成本的。因此這些用來聯網的元件也必須是低成本的。低功耗：內置電

22、池正常使用時間，熱量表應不低于五年、水表與燃氣表不應低于六年。2.1.5 GPRS網絡總體結構GPRS網絡是在現有GSM網絡中增加GGSN(GPRS網關支持節(jié)點)和SGSN(GPRS服務支持節(jié)點)來實現的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數據。其系統結構如圖2.2所示。圖2.2 GPRS系統結構2.1.6GPRS協議移動臺和SGSN之間的GPRS分層協議模型如圖2.3所示Um接口是GSM的空中接口。Um接口的物理層為射頻接口部分，而物理鏈路層則負責提供空中接口的各種邏輯信道。MAC為媒質接入控制層。MAC的主要作用是定義和分配空中接口的GPRS邏輯信道，使得這些信道能被不同的移動臺共享

23、。LLC層為邏輯鏈路控制層。它是一種基于高速數據鏈路規(guī)程層LLC的無線鏈路協議。LLC層負責在高層SNDC層的SNDC數據單元上形成LLC地址、幀字段，從而生成完整的LLC幀。SNDC被稱為子網依賴結合層。它的主要作用是完成傳送數據的分組、打包，確定TCP的地址和加密方式。為提高系統的可靠性以及減小設計、開發(fā)周期，本系統由一個主節(jié)點和多個子節(jié)點組成，電路上均采用集成化設計。子節(jié)點負責采集環(huán)境參量，通過無線通信模塊將數據以多跳方式逐級傳遞給主節(jié)點；網絡層的協議目前主要是Phase階段提供的TCP/IP和X.25協議，這些協議對于傳統的GSM網絡設備(如BSS和NSS等設備)是透明的。如圖2.3所

24、示 圖2.3 GPRS協議7）GPRS技術的優(yōu)點：（1）資源利用率高PRS引入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接收數據期間占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計費以通信的數據量為主要依據，體現了“得到多少，支付多少”的原則。（2）傳輸速率高GPRS的高傳輸速率，意味著通過便攜式電腦，GPRS用戶能快速地上網瀏覽，同時也使移動多媒體應用成為可能。（3）接入時間短分組交換接入時間短，能提供快速即時的連接，可使已有的Internet應用(如E-mail、網頁瀏覽等)操作更加便捷、流暢。（4）支持IP協議和X.25協議GPRS支持因特網上應

25、用最廣泛的IP協議和X.25協議。而且由于GSM網絡覆蓋面廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網絡的全球性無線接入。GPRS模塊與單片機之間通過串口進行通信，當模塊收到來自于單片機的AT命令時，其做出相應的響應，并回顯OK字符給單片機，表明指令功能已完成，當單片機收到OK時，則可進行下一條AT指令的輸出。為保障整個系統的可靠性以及便于系統管理，對其進行初始化設置時務必要完成以下幾個指令： (a)AT+ESIMS即查詢SIM卡是否存在；(b) AT+COPS即查詢是否正確登陸到網絡；(c) AT+CLIP=1開啟來電顯示；(d) AT+CMGD=1,4清空SIM卡短信。2.2 ZIG

26、BEE無線技術ZigBee是無線傳感網絡的一種類型,ZigBee技術工作在3個不同頻段上,對應全球的三個不同的地區(qū)，分別具有0.25Mbit/s、0.02M bit/s和0.04M bit/s的最高傳輸速率,它的短距離傳輸能夠覆蓋10-75m的范圍；zigBee網絡在中國使用開放的2.4GHZ頻段，適合于短距離且數據量小的應用領域。ZigBee具有如下特點: (1)低速率: ZigBee的0.25M bps的通訊速率，是低速率的數據傳輸。(2)近距離: 相鄰節(jié)點間的傳輸距離介于1075m之間，通過協調節(jié)點和路由節(jié)點的接力通信，能實現較遠的傳輸距離。(3)低功耗: ZigBee的射頻功率為1mW

27、,設計了省電睡眠模式,所以其功耗很低。在優(yōu)化的電源管理模式下，2節(jié)干電池可供1個節(jié)點工作1年以上。 (4) 成本低、結構靈活: ZigBee模塊的起點不高,在20元左右，而且通過技術改進可以簡化協議，從而降低對控制器等硬件的性能要求，降低對存儲容量的需求，并且ZigBee協議軟件是開源的。所以低成本是ZigBee技術很大的優(yōu)點。 (5) 實時性高、時延短: ZigBee從省電模式轉入正常工作模式需要12ms，各節(jié)點自動組網實現通信需要30ms，節(jié)點間實現數據傳輸的通信時延很短。所以ZigBee技術能滿足工業(yè)控制自動化等對實時性要求很高的無線通信應用場合。與其它同類技術比較，它們的通信延時和組網

28、時間都要高一個數量級如藍牙技術、WiFi技術等。(6) 組網靈活、容量大: ZigBee可采用各種拓撲結構如網狀結構、樹狀結構等，一個發(fā)送節(jié)點可控制管理很多終端節(jié)點和協調節(jié)點，一個主節(jié)點最多可管轄255個終端節(jié)點和協調節(jié)點；低層的網絡節(jié)點由上一層網絡節(jié)點管理，可以構成規(guī)模龐大節(jié)點數達數萬個的大網，組網方式靈活多變，子網個數眾多通信復雜度低是ZigBee的優(yōu)點。(7) 穩(wěn)定可靠: ZigBee節(jié)點間的數據傳輸采用完全的確認應答模式, 如果沒有確認應答則數據必須重發(fā)，直到確認為止；采取了避免沖突策略。在本設計中，采用星型網絡，這種星型結構的特點是對中心節(jié)點(這里是無線數字家居服務器或網關)的依賴性

29、很大，中心節(jié)點出現問題可能造成整個網絡的癱瘓。家庭內部無線網絡連接距離較短，一般在100米以內，家用電器位置容易改變，家庭電器等的數量也容易變化。根據家庭網絡的這些特點以及以上介紹的無線網絡拓撲結構，本文以家庭網關為中心節(jié)點組建一個星型家庭網絡。ZigBee技術最大傳輸距離150米，完全滿足家庭網絡需要。通過實用證明，星型家庭網絡組網簡單，實用可靠。2.3 CC2430芯片的介紹CC2430及其外圍附屬電路構成無線收發(fā)模塊，該模塊工作在2.4GHz 全球開放ISM 頻段免許可證使用；該芯片采用0.18 m CMOS 工藝生產，工作時的電流損耗為27 mA；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于2

30、7 mA 或25 mA。CC2430具備多種休眠模式和轉換到主動模式時間超短的特性，特別適合那些要求長電池壽命的應用。而且因為射頻收發(fā)模塊和單片機內核都包括在CC2430芯片內部，所以簡化了接口電路的設計。該電路主要包括：15V 和30V電源濾波電路、并行接口電路芯片、時鐘電路、復位電路、組網顯示電路等。通過設置不同的濾波電容從而實現不同的電源電壓供電；并行接口電路將芯片內的21個IO引腳以及復位、電源等引腳通過12腳的兩排針引出，滿足在不同的系統應用中由用戶進行靈活的定義，使系統的通用性和靈活性增強。2.4 常用傳感器原理及應用2.4.1 煙霧傳感模塊NIS-10A是煙霧離子探測式煙霧傳感器

31、，使用放射性物質的射線探測煙霧離子。放射性物質包裹在金屬制電極內部,所以不會泄露放射能量。NIS-10A屬于通用性低功耗數字傳感器,使用電池帶動。外加電壓：DC611V以下電流: 24 ±3pA濕度可選用DHT11·傳感器應避免安裝在諸如空調出風口附近、暖氣片附近等環(huán)境溫度正常變化的場所。·傳感器監(jiān)視區(qū)域內應避免有熱源。·傳感器盡量避免對著有強光的窗口。·傳感器監(jiān)視區(qū)域內應避免出現小動物，如不可避免，應選用防小動物干擾的透鏡。2.4.2 微波紅外雙鑒傳感器微波紅外雙鑒傳感器是被動式紅外傳感器和微波傳感器的組合，微波傳感器根據多普勒效應原理來探測

32、移動物體。傳感器發(fā)射微波，微波遇到障礙物時被反射回傳感器，當障礙物相對傳感器運動時，則傳感器接收到的反射波頻率發(fā)生變化：當障礙物朝著傳感器運動時，傳感器接收到的反射波頻率比發(fā)射波高，當障礙物遠離傳感器運動時，傳感器接收到的反射波頻率比發(fā)射波低，因此，傳感器通過比較反射波和發(fā)射波的頻率來探測是否有移動物體進入。微波只對移動物體響應，紅外傳感只對引起紅外溫度變化的物體響應，微波和紅外雙鑒傳感器只有兩者同時響應才會做出報警。因此，大大提高報警可靠性。產品名稱：紅外微波雙鑒探測器產品型號：PA-525D產品說明：探測范圍：14m×14m外形直觀大方，適合任何裝飾環(huán)境仿真直接轉換成數字式無死位

33、標準透鏡數字式微波探測技術自動背景分析數字式自動脈沖數調節(jié)環(huán)境測試模式，數字式溫度補償綜合發(fā)光二極管顯示產品參數：探測方法 微波+紅外紅外傳感器類型 雙源探測范圍 90°,14m×14m頻率 FCC&DOC-10525GHZ，（可用于其它頻率）工作溫度 -20到50工作電壓 10-16Vdc工作電流 最大30mA報警周期 3秒2.4.3 門磁開關傳感器門磁開關傳感器實際上是一個干簧管，干簧管由兩個靠得很近的金屬彈簧片構成。兩個金屬片為軟磁性材料，當干簧管靠近磁場時，金屬片被磁化，相互吸引、接觸，當干簧管遠離磁場時彈簧片失去磁性，由于彈力的作用兩個金屬片分開。2.4.

34、4 溫度傳感器本系統選用的溫度傳感器是選用美國 Dalls 公司生產數字溫度傳感器 DS18B20；ds18b20 溫度傳感器是高度集成傳感器、控制器、RAM 存儲器、ROM 存儲器的芯片。DALLAS公司擁有特有的專利技術-單總線技術，即是與微控制器的接口只占用一個 I/O 端口，不需要任何外部元件，在單總線可以同時掛接 248 片 ds18b20 溫度芯片。Ds18b20 具有如下的特性：單線接口、具有體積小、適用電壓寬、經濟靈活、無需要外部元件、報警搜索命令可識別哪片 DS18B20 超溫度限值、測量精度可編程、具有電源反接保護電路。Ds18b20 不需 AD轉換電路，可直接將溫度值轉換

35、成數字量。該器件只有 3 個引腳,不需要外部元件,一條數據線進行通信，即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通訊，大大提高了系統的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測量。DS18B20 測量溫度范圍為-55+125°C，在-10+85°C 范圍內，精度為± 0.5°C。型的單總線命令序列如下:第一步:初始化；第二步:ROM 命令(跟隨需要交換的數據)；第三步:功能命令(跟隨需要交換的數據)。每次訪問單總線器件，必須嚴格遵守這個命令序列，如果出現序列混亂，則單總線器件不會響應主機。但是，這個準則對于搜索 ROM 命令和報警搜索命令例外，在執(zhí)行兩者中任何

36、一條命令之后，主機不能執(zhí)行其后的功能命令，必須返回至第一步。根據DS18B20的通信協議，MCU對其操作主要有如下3個步驟：讀寫之前，對DS18B20發(fā)送約 500 s 的低電平進行復位；復位成功，發(fā)送 ROM 指令；發(fā)送 RAM 指令。CPU 對DS18B20 的具體操作流程如圖2.4所示： 圖2.4 CPU 對DS18B20 的具體操作流程第三章 智能監(jiān)測報警系統硬件設計3.1系統基本工作原理智能安防報警系統需采用智能網絡專用協議傳輸，總線式通訊，以最簡潔的系統架構，便于設計、施工、使用和管理維護。報警控制主機有多防區(qū)機型可供選擇，足以滿足家庭、商業(yè)網點、大樓、小區(qū)等各種場所的防盜報警需要

37、。電話報警，易于聯網，報警控制主機可通過聯網方式報警，更多的是采用電話網絡報警至家庭住戶，無需另敷聯網線路，極為方便。采用總線方式布線，可以大大降低系統造價。家庭住戶通過監(jiān)控管理軟件實時監(jiān)測各種系統狀態(tài)，可以對報警系統進行雙向控制，還可以與公安局報警中心聯網并自動報警，構成多級聯網報警系統。綜上所述，智能安防報警系統以系統的可靠性為基礎，并結合防盜報警、火災報警和煤氣泄露報警等系統，家庭中所有的安全探測裝置，都連接到家庭智能終端，并聯網到家庭住戶。外出時，您只需按下手中的遙控器，報警系統就會自動進入防盜狀態(tài)。期間如有歹徒企圖打開門窗，就會觸發(fā)門磁感應器；這時，報警系統主機會發(fā)出報警聲，同時通過

38、電話線將警情報告給數個指定電話，可以對家里情況及時進行異地監(jiān)聽，迅速采取應對措施，讓歹徒得到相應的制裁，保障財產和生命安全。 假如電線短路發(fā)生火災。當煙火剛剛起時，煙霧探測器就會探測到，即發(fā)出警報聲，提醒室內人員，并自動通過電話對外報警，以便得到迅速及時的處理，免遭更大損失；如果煤氣發(fā)生泄露，煤氣探測器馬上發(fā)出警報聲，并自動啟動排風扇，避免室內人員發(fā)生不測，同時通過電話線也將警情自動報告給指定電話。本系統可并聯于任意一部普通電話，當監(jiān)測范圍內有情況發(fā)生時，系統自動摘機，電話接口電路利用單片機送來的信號轉變成相應的雙音多頻信號并送出，即撥打固定的電話報警，并送出存儲在語音芯片里的語音報警信息，提

39、示對方所出現的狀況，保證險情及時得到解決，而且系統不影響電話機的正常使用。從系統整體框圖可以看出，單片機的前端電路完成基本監(jiān)測功能，包括室內各種情況的檢測（漏水、溫度過高、玻璃破碎聲音等等），以及一些信號的識別和轉換，而CPU部分電路承擔了系統中核心報警部分的工作，也是本設計的重點。一旦檢測到上述情況的發(fā)生就啟動報警電路，采取報警措施。系統總體框圖如圖3.1：忙音檢測電路紅外傳感器玻璃破碎傳感器煙霧報警探測器微波防盜傳感器煤氣泄漏傳感器報警信號處理電路單片機雙音多頻發(fā)送電路語音控制語音錄放電路市公共電話線話鈴電路圖3.1 智能電話報警總體框圖3.2 系統硬件設計系統總體框圖見圖3.2。報警系統

40、主機MCUCC2430GPRS手機 監(jiān)控區(qū)1CC24300從機 監(jiān)控區(qū)2CC24300從機圖3.2 系統結構框圖3.2.2 MCU主控模塊MCU主控電路是智能安防監(jiān)測系統的核心部分，主要負責系統上電后對各個模塊的初始化、控制通信模塊完成與上位機進行串行數據通信、控制監(jiān)測模塊通過天線完成對監(jiān)測系統的各種操作等，保證系統能夠有序、穩(wěn)定的工作，其主控電路如圖3.3所示。在單片機選型的過程中主要考慮了單片機的計算速度、處理能力、穩(wěn)定性、定時器和中斷資源、片內集成的ROM大小等因數。從眾多的八位微處理器中選擇了意法半導體公司（STMicroelectronics）的STC89C52單片機作為系統的MCU

41、，它是MCS.51單片機的擴展型號，其指令與MCS.51系列單片機完全兼容，是目前所有內部集成Flash存儲器產品中功耗最低的一種。P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17X218X119GND20VCC40P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD

42、534P0.6/AD633P0.7/AD732EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2.7/A1528P2.6/A1427P2.5/A1326P2.4/A1225P2.3/A1124P2.2/A1023P2.1/A922P2.0/A821U1STC89C52VCCC822pFC722pFC64.7uF/2.5VR110KY111.0592MHZVCC圖3.3 主控電路（1） WSN技術并不是完全獨有、全新的標準，其物理層、MAC層和鏈路層采用了IEEE 802.15.4（無線個人局域網）協議標準，但在此基礎上進行了完善和擴展，整個協議棧架構如圖3.4所示：WSN是以一個獨立的工作節(jié)

43、點為依托，通過無線通信組成樹狀、鏈狀、準網狀組網，因此，每個節(jié)點的功能并非完全相同。為降低成本，系統中大部分的節(jié)點為終端節(jié)點，從組網通信來講，它只是其功能的一個子集，稱為精簡功能設備（RFD）；而另外還有一些節(jié)點，負責與所控制的終端節(jié)點通信、匯集數據和處理數據，或起到通信路由的作用，稱之為全功能設備(FFD)即協協調器，協調器也為我們的中心節(jié)點，如圖3.5所示 圖3.4 WSN協議棧架構圖 圖3.5 WSN拓撲結構圖 在圖3.4所示的協議棧結構中，第二層采用Zigbee協議，其是IEEE 802.15.4協議的代名詞，該協議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字

44、舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本，主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。總之，ZigBee是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網通訊技術。而Z-Stack是TI提供的符合Zigbee規(guī)范的免費協議棧，完全可以運行在CC2430節(jié)點上，利用Z-Stack，用戶能夠簡單快速的開發(fā)出適合自己的Zigbee應用。（2）內嵌高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE802.15.4標準的2.4 GHz的R

45、F無線電收發(fā)機；優(yōu)良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性；在休眠模式時僅0.9A的流耗；外部的中斷或RTC 能喚醒系統；在待機模式時少于0.6A的流耗，外部的中斷能喚醒系統；硬件支持CSMA/CA 功能；較寬的電壓范圍（2.03.6 V）；數字化的RSSI/LQI 支持和強大的DMA功能；具有電池監(jiān)測和溫度感測功能；集成了14 位模數轉換的ADC； 集成AES 安全協處理器；帶有2路USART，以及1個符合IEEE 802.15.4 規(guī)范的MAC計時器，1個常規(guī)的16位計時器和2個8位計時器。CC2430模塊電路原理圖如圖3.6所示 圖3.6 CC2430模塊電路原理圖圖3.6CC2430模塊電路

46、原理3.2.4 入侵監(jiān)測傳感器的選擇為保障人體入侵監(jiān)測的準確性，本設計采用以PIR熱釋電傳感器為核心的DYP-ME003人體紅外模塊，其具有低功耗、寬電壓、電路體積小、工作模式可選、響應速度快、單路電平輸出的特點，因此非常適合用于各種場合的人體入侵檢測和報警系統。模塊及電路組成如圖3.7所示。圖3.7 模塊接口管腳功能及其工作特性如下：1.電源負極，2. OUT 信號輸出，3.電源正極，4. L 不可重復觸發(fā)端口、H 重復觸發(fā)端口，5.CDS 光敏電阻，6.RT 溫度補償電阻。工作電壓為DC4.5-20V，靜態(tài)電流<50uA；感應角度<100度、感應距離<7m；當紅外傳感器感

47、應到人體時，2腳輸出高電平，人體離開時則自動延時后輸出低電平；通過設置4腳的電平狀態(tài)可工作在不可重復觸發(fā)和可重復觸發(fā)兩種方式下，當為低電平時為不可重復觸發(fā)，即感應輸出高電平后，延時時間段一結束輸出自動變?yōu)榈碗娖剑敒楦唠娖綍r為可重復觸發(fā)方式，即人體不離開感應范圍則高電平一直保持，直到人體離開后再延時一個延時時間段才變?yōu)榈碗娖?；模塊具有自動延時時間段和感應封鎖時間設置功能，默認的延時時間段為2.5S、封鎖時間為0S；通過對CDS光敏電阻的調節(jié)，可以設置光敏控制，白天或光線強時模塊不感應；當環(huán)境溫度升高時探測距離會變短，通過調節(jié)RT電阻可進行一定的性能補償。通過無線通信組成樹狀、鏈狀、準網狀組網

48、，因此，每個節(jié)點的功能并非完全相同。為降低成本，系統中大部分的節(jié)點為終端節(jié)點另外，模塊在通電后有一分鐘左右的初始化時間，在此過程中2腳會間隔輸出的高、低電平變化，然后才進入正常待機狀態(tài)。其具有低功耗、寬電壓、電路體積小、工作模式可選、響應速度快、單路電平輸出的特點，因此非常適合用于各種場合的人體入侵檢測和報警系統。模塊及電路組成。第四章 智能監(jiān)測報警系統軟件設計4.1系統的軟件設計在智能安防監(jiān)測系統中，每一個監(jiān)控區(qū)域都有一個固定的地址，傳送的數據基本都是短消息，信息的格式如表4.1所示，包括幀頭，目的地址，數據大小，數據內容和校驗位。表4.1 信息格式幀 頭目的地址數據大小數據內容校驗位發(fā)生警

49、情后，從機向主機發(fā)出報警信號，主機響應以后馬上做出報警處理，作為小區(qū)聯網的一個結點，家庭報警控制中心單片機（主機）一方面是進行現場報警，如發(fā)出聲音、警燈等，對犯罪分子警告；另一方面安防監(jiān)測報警控制中心單片機（主機）若在預定時間內未解除警報，通過無線通信組成樹狀、鏈狀、準網狀組網，因此，每個節(jié)點的功能并非完全相同。為降低成本，系統中大部分的節(jié)點為終端節(jié)點當為低電平時為不可重復觸發(fā)，即感應輸出高電平后，延時時間段一結束輸出自動變?yōu)榈碗娖?，而當為高電平時為可重復觸發(fā)方式，即人體不離開感應范圍則高電平一直保持，直到人體離開后再延時一個延時時間段才變?yōu)榈碗娖骄W關的安全是關于一個系統能否正常發(fā)送報警信號，

50、家庭安防監(jiān)測報警控制中心單片機（主機）將報警信號再通過ZigBee 路由設備向小區(qū)物業(yè)中心服務器發(fā)出報警信號，通過無線通信組成樹狀、鏈狀、準網狀組網，因此，每個節(jié)點的功能并非完全相同。為降低成本，系統中大部分的節(jié)點為終端節(jié)點服務器根據數據包中包含的報警結點設備的地址來判定警情發(fā)生的具體地點，迅速組織人力解除警情。其具有低功耗、寬電壓、電路體積小、工作模式可選、響應速度快、單路電平輸出的特點，因此非常適合用于各種場合的人體入侵檢測和報警系統。模塊及電路組成報警監(jiān)控軟件流程圖如圖4.1所示圖4.1 監(jiān)控軟件流程圖報警系統通電后首先對MCU初始化，對CC2430進行初始化，然后將CC2430設置成發(fā)

51、射(Tx)模式或接收(Rx)模式，網絡中的從接點和探測器連接，接收節(jié)點和計算機串口連接。系統啟動后，發(fā)射芯片處于關閉狀態(tài)，接收芯片處于偵聽狀態(tài)，一旦報警器報警，發(fā)射芯片開始向外發(fā)射報警數據包，接收芯片接收到數據后，計算機的監(jiān)控軟件立即示報警，完成報警過程。ZigBee技術就是一種短距離、低復雜度、低功耗、與低傳輸速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適用于自動控制和遠程控制領域。這種技術主要有以下兩個方面的特點:低功耗。發(fā)射功率近1 mW，采用體眠的低耗電待機模式下，采用2節(jié)5號干電池可支持一個子設備工作半年到兩年甚至更長時間，這是ZigBee的突出優(yōu)勢。低成本。ZigBee模塊成本只有幾美元;

52、無線報警軟件流程圖如圖4.2所示。開始MCU初始化CC2430初始化設定信道檢測按鈕是否啟動發(fā)送數據建立數據包延 時啟動接受模式接到監(jiān)測數據包數據SCI發(fā)送NYY圖4.2 無線報警軟件流程圖4.2 系統軟件調試4.2.1 服務器監(jiān)控界面的設計本次設計中軟件的設計采用B-S模式，服務器端的程序使用vs .Net 2008中的ASP.NET中C#開發(fā)，頁面采用AJAX+HTML的方法。VS.NET是微軟為開發(fā)應用程序并管理其運行時執(zhí)行而創(chuàng)建的一個新平臺，是用于代碼編譯和執(zhí)行的集成托管環(huán)境，VS.NET Framework提供豐富的類庫供VS.NET應用程序進行調用。本網絡平臺的后臺數據庫采用SQL

53、 SERVEQR 2005。Microsoft SQL Server 2005 是一個全面的數據庫平臺，使用集成的商業(yè)智能 (BI) 工具提供了企業(yè)級的數據管理。Microsoft SQL Server 2005 數據庫引擎為關系型數據和結構化數據提供了更安全可靠的存儲功能，使您可以構建和管理用于業(yè)務的高可用和高性能的數據應用程序。智能家居網絡服務平臺登錄實時顯示異常報警數據查詢家電控制數據入庫平臺的總體設計為將串口數據讀入，存入sql server中，同時在網頁中將所存的數據顯示出來，且能夠實現異常數據的報警機制及過往的數據的查詢。主要功能如圖4.3所示。圖4.3 功能結構圖智能家居網絡服務平臺的主要界面如下：1、登錄界面在打開網站主界面后，為提高系統的可靠性以及減小設計、開發(fā)周期，本系統由一個主節(jié)點和