基于單片機的新型智能家居無線雙道報警系統WDAS的設計

禹謝華

基于單片機的新型智能家居無線雙道報警系統WDAS的設計

禹謝華

福建師范大學閩南科技學院,福建泉州362332

智能家居安防報警系統是智能家居系統的重要組成部分。本文在傳統防火防盜報警裝置的研究基礎之上，結合GSM無線通訊技術，同時引入獨立式溫控檢測機制，設計出了一種基于單片機的新型智能家居無線雙道報警系統——WDAS。該系統除了擁有基本的防盜功能之外，還具備有雙道防火報警功能。當發生火災險情時，除了傳統設計中煙霧傳感器的監測預警之外，由蓄電池持續供電的獨立式溫控開關控制的蜂鳴器亦可以進行報警，從而形成雙保險，防火及防盜效果更好，安全性和穩定性更高。

單片機;新型;智能家居;無線雙道;防火防盜;報警系統

anti-theft;alarm system

近年來，隨著社會經濟的迅速發展和農村城鎮化進程的加快，城鎮人員的居住地也越來越密集，各種中高層小區層出不窮，社會治安狀況變得更加復雜和多樣化。隨著居民小區、商業網點、高層建筑的不斷增加,人們的防火、防盜意識也在逐步加強,急需理想的監測報警裝置來完成對防火、防盜的早期發現,從而減少不必要的損失。于是，作為新一代的智能家居防火防盜報警系統應運而生，并受到越來越廣泛的關注和運用。本文所提出的新型智能家居無線雙道報警系統——WDAS便是在這種情況下應用而生的。

1 傳統報警裝置的基本組成、運行機制及不足

傳統防火防盜報警裝置通常是由單片機、傳感器監測電路（遠紅外傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器等）、自動撥號電路及聲光報警裝置等部件構成（圖1）。當各類傳感器監測到有險情發生的時候，即以傳統電話線路為媒介傳輸險情等預警信息。其中，煙霧傳感器和溫度傳感器用于防火，遠紅外傳感器用于防盜。一旦發現有非法侵入或火災等險情的時候，傳感器監測電路立即向單片機發出信號，請求中斷處理，單片機響應中斷后立即啟動自動撥號程序，根據預先植入的險情等級或類別，自動撥打預先設置好的相應報警電話（撥通用戶或直接撥打110、119報警），以完成及時預警的功能。

圖1 傳統防火防盜報警裝置的系統結構圖Fig.1 The structure diagram of traditional fire anti-theft alarm system

圖2 無線雙道預警系統WDAS結構示意圖Fig.2 The structure diagram of Wireless Dual-channelAlarm System(WDAS)

這種傳統防火防盜組合裝置存在諸多的現實問題：第一，報警線路是與家庭電話座機并聯的方式設置的，在遇到險情的時候，一旦有電話撥入（電話占線）或線路被破壞（如燒毀或被人為剪斷），將無法完成預置的報警功能；第二，其防火功能主要依賴于煙霧傳感器和控制芯片，一旦煙霧傳感器或控制芯片失靈，其防火功能將完全喪失，安全和穩定性不高。

2 新型無線雙道報警系統WDAS的構成及其改進措施

2.1新型無線雙道報警系統WDAS的構成

新型無線雙道預警系統WDAS的構成首先包含了傳統報警系統中單片機、傳感器監測電路、自動撥號電路及聲光報警裝置等常用部件，其中的遠紅外線傳感器和煙霧傳感器與單片機的輸入端口相連接，單片機的輸出端與外置聲光報警器、LED報警顯示屏等相連接。在此基礎上，改進了溫控監測火情的報警機制以及預警信息的傳遞途徑，增加了獨立溫控檢測機制、GSM無線通訊（發送和接收）模塊和“天然氣傳感器”監測電路。如圖2所示。

2.2新型無線雙道報警系統WDAS的改進措施

2.2.1 增加“無線通信”模塊傳統的安防報警裝置通常采用的是與家庭電話座機并聯的方式設置的，在遇到險情的時候，需要借用電信公司先前為座機設置的物理連接線路才能順利的傳遞預警信息。而值得注意的是，隨著社會經濟的發展以及手機的深入普及，家庭式的電話座機已經逐漸被淘汰，傳統的電話線路在新型小區住宅中已經逐漸消失。即使在老式小區，尚存不少電話線路，而由于年代的久遠，線路接口等的老化也極其嚴重，很難準確及時的完成信息的傳遞工作。

本文所提出的新型無線雙道預警系統增加并改進了傳統報警裝置中依賴電話線路傳輸預警信息的落后傳輸機制，改進為無線傳輸方式，引入GSM無線發送模塊，極大了的提高了防火防盜系統的實時性和實用性，進一步擴大了報警裝置的應用范圍。

在本設計中，該無線雙道預警系統中的無線模塊主要是基于西門子公司研制的TC35模塊為基礎。TC35是一款高度集成的雙頻GSM 900/DCS 1800MHZ的GSM模塊，已被廣泛應用于遠程監控、追蹤器、無線公話以及無線POS終端等社會各學科及領域。GSM模塊本身即是一個能夠獨立操作的系統，主要由GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、ZIF連接器、供電模塊和功放器件等組成，信息傳送內容可以包含有語音和數據兩個部分。該無線通信模塊通過接入電路連通控制模塊實現遠程報警。TC35模塊采用AT指令或掉電復位，支持多種模式，能夠實現實時時鐘，支持標準的AT命令集，通過AT指令可實現短信的實時發送功能?；鶐幚硇酒瞧浜诵牟糠?，包含了所有模擬和數字功能，負責整理GSM終端內的信號。配置AT命令用以讓GSM發送短消息,可以有TEXT格式、PDU格式及PDU數據格式三種，以下僅以TEXT格式為例做一簡單說明：

1）AT ＜CR＞

2）AT+CMGF=1 ＜CR＞

3）AT+CMGS=“+86***********” ＜CR＞

4）“MESSAGE（英文或數字）” ＜CRTL+Z＞結束并發送

2.2.2 引入“獨立溫控檢測”機制在傳統的安防報警裝置中，“溫度傳感器”檢測電路與遠紅外線傳感器、煙霧傳感器以同一方式連接在單片機控制芯片的輸入端。而一旦斷電或單片機主控芯片損壞，所有預警裝置將陷入癱瘓狀態，將無法完成預定的防火防盜的任務。于是，我們考慮用獨立溫控開關的形式來替代傳統報警裝置中“溫度傳感器”直接與控制核心部件——單片機相連的機制，即使小區斷電或者單片機主控芯片損壞，以蓄電池供電的獨立溫控開關仍然可以獨立發出預警信息，及時通知監管員，以便采取有效措施，將損失降到最小，極大的增大了報警的準確和時效性。

具體而言，此新型無線雙道預警系統在報警主機內除了前述傳統報警裝置中的基本部件之外，還增設有溫控開關、蓄電池和蜂鳴器。溫控開關是現有成熟技術，已經被廣泛應用于熱得快和飲水機等家用電器中。而本設計中的溫控開關則是由探頭和由探頭控制導通的兩根引線構成，其中一根引線連接蓄電池的正極，另一根引線通過蜂鳴器連接蓄電池的負極。這種獨立式溫控檢測機制，具備了雙道防火功能，當發生火災險情時，蜂鳴器可以進行報警，從而形成雙保險，防火效果更好，安全性更高。

2.2.3 增加“天然氣傳感器”檢測電路縱觀世界各地，由于天然氣泄露所造成的事故時有發生，而一旦發生，其后果也極其嚴重。當前，在我國北方的大部分小區樓層中，也采用了大量的天然氣管道線路的設計結構，而一旦發生險情，后果將不堪設想。針對這一情況，我們在該新型無線雙道報警系統中增加了“天然氣傳感器”檢測電路，防范與未然，一旦發生險情，最大可能的將損失降到最低。由于其設計及連接方法與傳統的“紅外傳感器”檢測電路和“溫度傳感器”檢測電路等并無太大差異，在此不在贅述。

3 結語

本文所提出的新型無線雙道報警系統WDAS，首先充分利用了現代移動通信網絡的優勢，摒棄了傳統報警系統中依賴電話線路才能傳輸預警信息的落后傳輸機制，減少了環境因素對系統的影響，提高了系統的實用性，增大了報警裝置的應用范圍。其次，以由蓄電池持續供電的獨立溫控開關檢測機制來替代傳統報警裝置中的“溫度傳感器”與單片機直連機制，避免了因單片機主控芯片損壞或系統斷電而導致的報警器無法正常工作的弊端，提高了報警系統的安全和穩定性，增大了報警的有效性。最后，針對當前小區均采用了天然氣管道線路設計結構的新特點，增加了“天然氣傳感器”檢測電路，能夠最大限度的將損失降到最低?？傊?，該新型無線雙道報警系統WDAS具有成本低，使用范圍廣及報警穩定和準確性高等眾多優點，具有極大的應用和推廣價值。

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The Design of the Wireless Dual Channel Alarm System(WDAS) Which Is a New-style and Intelligent Home Furnishing Based on the Single Chip Microcomputer

YU Xie-hua
Minnan Science and Technology Institute,FuJian Normal University,Quanzhou362332,China

The Intelligent Home Furnishing Security Alarm System is an important part of Intelligent Home Furnishing System.This paper explored and designed a new type of the Wireless Dual channel Alarm System(WDAS)of the home furnishing based on the single chip microcomputer and on the past research of the traditional fire fighting and anti-theft alarm system,combined with the GSM wireless communication technology,at the same time introducing an independent temperature detection mechanism.This system not only has the basic function of the anti-theft feature,but it also has the dual channel fire alarm function.When a fire broke out,in addition to the monitoring and early warning provided by the smoke sensor with the traditional design,the buzzer which is controlled by the independent type of the temperature detect switch with the constant power supply by the storage battery can also give an alarm.Thus the double insurance can be formed,and it tends to have a better fire fighting and anti-theft effect and a higher level of security and stability.

Single chip microcomputer;new type;intelligent home furnishing;wireless dual channel;fire fighting and

TP39

A

1000-2324(2014)05-0691-03

2013-02-24

2013-03-14

2013年福建省教育廳科研項目(JA13369);福建師范大學閩南科技學院“青年骨干教師重點培養對象”基金資助項目(mkq201008)

禹謝華(1982-),男,漢族,湖南邵東人,碩士,副教授,思科認證網絡工程師.研究方向:人工智能,無線傳感器網絡,信息與網絡安全.E-mail:yuxiehua@163.com