智能家居安防GPRS無線遠程監(jiān)測報警系統(tǒng)設計

錦州中學 關(guān)雯馨 王新蕊

1.引言

隨著現(xiàn)代家居生活水平的不斷改善，人們對財產(chǎn)、人身安全的要求也越來越高。高效智能的家居安防系統(tǒng)為人們生活提供了重要的安全保障，面向用戶手機的遠程智能家居安防監(jiān)測尤為必要[1]。傳統(tǒng)的家居安防系統(tǒng)多以有線為主，布線繁雜影響家庭裝修，維護困難且不易組網(wǎng)，用戶無法及時遠程獲取報警信息進行處理[2,3]。本文基于GPRS無線通信技術(shù)，設計了一種智能家居安防GPRS無線遠程監(jiān)測報警系統(tǒng)，采用傳感器無線組網(wǎng)實現(xiàn)了燃氣火災監(jiān)測、多點防盜監(jiān)測、環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、視頻監(jiān)控等完善的家居安防功能，并通過GPRS及時將安防警情通過短信和電話通知給用戶手機，可通過手機APP訪問網(wǎng)絡攝像頭遠程查看實時圖像，在第一時間消除安全隱患。解決了安防布線復雜、難以遠程監(jiān)測等問題[4,5]，為智能家居提供了高效低成本的遠程安防解決方案。

2.系統(tǒng)總體構(gòu)成和原理

智能家居安防GPRS無線遠程監(jiān)測報警系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、單片機控制單元、無線收發(fā)模塊、GPRS模塊、網(wǎng)絡攝像頭以及用戶手機六部分組成，完成盜情監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、火情監(jiān)測及遠程報警功能等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。煙霧傳感器、紅外傳感器、門磁傳感器等傳感器與終端主機構(gòu)成室內(nèi)安防傳感網(wǎng)，采集數(shù)據(jù)對家居環(huán)境進行監(jiān)控，傳感報警信息通過433MHz短距無線通信模塊發(fā)送給主機，單片機控制單元采用STC12C5A60S2為控制核心，通過無線接收模塊SC2272接收報警數(shù)據(jù)，若有報警則由GPRS模塊發(fā)送報警短信及撥打用戶手機，用戶也可通過手機APP登錄網(wǎng)絡攝像頭對家居監(jiān)控實時視頻進行查看，便于及時處理報警，通過遙控器可以進行安防系統(tǒng)的布放和撤防。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3.系統(tǒng)硬件電路設計

3.1 主控模塊電路

主控制模塊采用高速/低功耗微控制器STC12C5A60S2作為整個控制系統(tǒng)的核心，控制433MHz無線通信模塊接收各傳感器節(jié)點發(fā)送的報警信號并進行處理，并通過串口以AT指令控制GPRS模塊向用戶手機進行短信及電話報警。其最小系統(tǒng)電路包括串行下載接口，晶振及串行接口。

3.2 傳感器電路設計

系統(tǒng)采用紅外熱釋電感應模塊HC-SR501作為檢測人為入侵的元件。其核心處理芯片為BISS0001，構(gòu)成被動式熱釋電紅外開關(guān)，在布放狀態(tài)下，如有人進入布放區(qū)域則開關(guān)閉合輸出報警信號，配合球形菲涅爾透鏡，提高了對人體紅外檢測的靈敏度。

火災報警傳感器采用離子煙霧探測報警芯片MC14468，完成對煙霧探測、報警的功能。煤氣檢測采用MQ-2可燃氣體傳感器監(jiān)視室內(nèi)燃氣濃度，如有燃氣濃度超標則發(fā)出高電平報警信號。

門磁、窗磁傳感器結(jié)合紅外線探測器實現(xiàn)對有人非法入侵的檢測。其原理為磁開關(guān)，門磁開關(guān)打開時，上拉電阻給出高電平，發(fā)送報警信號通過無線傳輸給單片機報警。

溫濕度傳感器DHT-11用來測量環(huán)境溫濕度信息，并作為火災報警的重要參數(shù)。采用單總線方式連接到單片機的一個IO口，通過串行方式上報溫濕度參數(shù)。

圖2 SC2262無線報警發(fā)送電路

3.3 無線收發(fā)模塊電路設計

系統(tǒng)中采用433MHz無線SC2262發(fā)射模塊和接收模塊SC2272實現(xiàn)傳感器無線組網(wǎng)。各傳感器報警信號通過SC2262無線傳送給主機的接收模塊SC2272。SC2262為低功耗通用編碼無線發(fā)射芯片，具有12位三態(tài)編碼，用于報警數(shù)據(jù)無線發(fā)射。如圖2所示，當傳感器報警信號驅(qū)動SC2262發(fā)射時，SC2262無線發(fā)出當前地址編碼和數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)，對應的主機接收模塊SC2272可收到報警信息及編碼并觸發(fā)報警。

無線接收模塊SC2272是與SC2262配對使用的無線解碼芯片，接收SC2262發(fā)送的報警地址編碼和數(shù)據(jù)；當SC2272的當前地址與SC2262地址一致時，當解碼得到有“1”數(shù)據(jù)時，驅(qū)動相應的數(shù)據(jù)輸出端為高電平向單片機進行報警。

3.4 GPRS無線模塊電路

系統(tǒng)采用GPRS無線模塊SIM800實現(xiàn)主機向用戶手機的遠程短信及撥號報警功能。SIM800A通過串口AT指令控制可實現(xiàn)語音、短信（SMS）、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ躘6]。GPRS模塊電路由SIM800芯片、SIM卡電路、串行接口、供電電路等部分構(gòu)成，如圖3所示。單片機對SIM800控制方式通過串口TXD、RXD發(fā)送AT指令，完成呼叫、收發(fā)短信報警功能，。電路中LM2941穩(wěn)壓芯片提供4.2V的工作電壓。模塊工作需SIM卡在線入網(wǎng)支持[7]，U1為SIM卡電路，通過SIMDATA、SIMCLK、SIMRST引腳完成對SIM卡的數(shù)據(jù)讀寫操作。Q1及DS1構(gòu)成模塊工作指示電路，并指示模塊工作狀態(tài)。

圖3 GPRS無線模塊電路

4.系統(tǒng)軟件設計

智能家居安防主機軟件包括對各個傳感器報警數(shù)據(jù)的接收，事件判別處理、GPRS無線遠程報警和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苣K。安防主機在系統(tǒng)上電后進行初始化，首先對環(huán)境溫度以及濕度進行采集和顯示，然后系統(tǒng)判斷是否進行布防操作，如果未布防，系統(tǒng)自動返回，如果布防，系統(tǒng)將檢測節(jié)點報警信息，如果各節(jié)點均未報警，再自動返回，如果有節(jié)點發(fā)生報警情況，將顯示報警信息，同時無線終端對報警信息進行處理、組幀加密，通過串口與GPRS模塊交互數(shù)據(jù)，通過AT指令控制SIM800模塊向用戶手機發(fā)送短信和撥打電話進行報警。

表1 實驗測試數(shù)據(jù)

5.測試結(jié)果與分析

在布防狀態(tài)下，對安防主機和各傳感器進行系統(tǒng)測試。測試在出現(xiàn)警情時各傳感器報警、主機向用戶手機發(fā)送短信報警是否正確可靠。測試數(shù)據(jù)見表1。測試表明，系統(tǒng)各傳感器測試動作正常，進入室內(nèi)紅外感應報警正常，燃氣TEST測試及門磁、窗磁報警可靠，手機報警短信和撥號測試功能正常，手機APP監(jiān)控視頻功能正常。可見，系統(tǒng)完成了智能家居安防遠程監(jiān)測和報警功能，性能可靠，達到了智能家居遠程安防監(jiān)測的應用要求。

圖4 手機報警和遠程視頻監(jiān)控

6.結(jié)論

為實現(xiàn)智能家居遠程無線安防報警的應用需求，設計了基于無線傳感組網(wǎng)和GPRS遠程監(jiān)測的智能家居安防監(jiān)測報警系統(tǒng)。系統(tǒng)以無線方式構(gòu)成家居安防傳感網(wǎng)絡，實現(xiàn)了主機控制器對家庭各傳感器的報警狀況聯(lián)合檢測、GPRS短信和撥號報警以及手機APP實時查看監(jiān)控視頻等安防功能。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該安防系統(tǒng)實現(xiàn)了智能家居的遠程監(jiān)測和報警功能，功能完善、報警可靠，可滿足智能家居安防遠程監(jiān)測的需求。

[1]張萬良.基于Web和GPRS的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表,2016(10):227-228.

[2]姚程,黃帥,馬娜.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子科技,2017,30(3):104-105.

[3]楊曉蓮,王凱.GPRS與ZigBee聯(lián)合控制的智能家居系統(tǒng)設計[J].電子科技,2017,30(1):131-134.

[4]鐘云杰,楊厚俊,范延濱,等.基于B/S架構(gòu)的跨平臺智能家居控制系統(tǒng)設計[J].工業(yè)控制計算機,2016,29(12):91-93.

[5]姚雪,陸寧,馬曉明.基于GPRS的無線安防系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子科技,2016,29(5):142-144.

[6]王穎,陳梁潔,丁孟飛.基于GPRS的智能家居環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)設計[J].電子制作,2013(24):32-32.

[7]姚雪,陸寧,馬曉明.基于GPRS的無線安防系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子科技,2016,29(5):142-144.