近年來,隨著生活水平的提高,家庭住宅面積不斷擴大,居住環(huán)境越來越好,人們的居住質量有了明顯的改善。同時,科技的日新月異帶動了電子類產(chǎn)品的快速發(fā)展,尤其是家用電子類產(chǎn)品已經(jīng)成為人們生活必不可少的一部分。為家庭和小區(qū)用戶提供安防保障的家庭防盜報警系統(tǒng)也已走近人們的家庭。
本系統(tǒng)利用單片機控制技術、無線傳感器網(wǎng)絡技術和GSM移動通信技術,實現(xiàn)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GSM移動通信技術,可以使小區(qū)安防人員和用戶及時收到報警信息,在第一時間趕赴現(xiàn)場,從而使用戶損失降到最低。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式,可以輕松組網(wǎng)。報警網(wǎng)絡可大可小,小到家庭獨立使用、小區(qū)組網(wǎng),大到地區(qū)組網(wǎng)。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式,不需要重新布線,可隨意放置監(jiān)視探頭,非常適合小區(qū)及家庭使用。
1智能防盜報警系統(tǒng)工作原理
智能防盜報警系統(tǒng)主要由4部分組成:無線防盜報警探頭、家庭主機、小區(qū)主機、地區(qū)主機。
無線防盜報警探頭一般安裝在用戶住宅的窗戶上,其外形小巧美觀,可以直接貼在窗戶上。防盜報警探頭通過對振動和紅外熱源的雙重探測原理,確認盜賊的入侵。當發(fā)現(xiàn)警情后立即啟動自身聲光報警,震懾入侵者,同時通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式將報警信息傳送給家庭報警主機。家庭報警主機立即將報警信息通過短信的方式發(fā)送到用戶手機、小區(qū)或地區(qū)的報警主機,同時可啟動大功率的室內(nèi)聲光報警裝置,阻止進一步的侵犯行為。
(1)無線防盜報警探頭
采用振動傳感器和紅外熱釋電傳感器雙重監(jiān)測原理確認盜賊存在,保證了報警的準確性。該探頭采用低功耗設計技術,功耗低,使用紐扣電池供電能夠工作一年以上。每一個無線防盜報警探頭均有唯一ID號碼,可以與其安裝的實際位置進行匹配。通過用戶主機可以隨時修改這些位置設置,用戶可以通過報警短信收到報警的精確位置(具體到用戶住宅的窗戶位置),便于通知相關人員盡快到達事故現(xiàn)場。
(2)家庭主機
可以發(fā)送報警短信,而且在居室內(nèi)啟動聲光報警。預留大功率的電磁繼電器,可以驅動其他家電進行報警等動作。報警對象可以進行分組管理(家人、朋友、保安等),以便根據(jù)優(yōu)先級通知最近人員盡快到達事故現(xiàn)場,減小用戶損失。
(3)小區(qū)主機和地區(qū)主機
主要是根據(jù)報警短信內(nèi)容識別報警所在位置。根據(jù)報警短信內(nèi)容查詢地理信息識別系統(tǒng),盡快派出最近的安保人員到達事發(fā)現(xiàn)場。小區(qū)主機和地區(qū)主機有用戶注冊管理功能,管理本轄區(qū)的人網(wǎng)用戶群,同時通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)管理報警日志。
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無線防盜報警探頭
(1)低功耗設計
無線防盜報警探頭采用紐扣電池供電,需要低功耗的處理器。本方案選用Atreel公司的ATtiny44處理器。ATtiny是Atmel公司的低功耗系列產(chǎn)品,ATtiny44具有3種可單獨選擇的低功耗休眠模式,使ATtiny44在電池供電設備上有良好的表現(xiàn)。應用軟件可在需要時調(diào)整系統(tǒng)時鐘頻率以達到最佳功耗性能,例如在系統(tǒng)閑置時調(diào)慢微處理器部分模塊的時鐘頻率。利用AVRPowerStopSystem,用戶停止使用微處理器時可以關閉定時器、ADC等能耗模塊,ATtiny44在掉電(PowerDown)模式下耗電量還不到10OnA。要求無線傳感器的體積盡可能小,以便安裝,ATti-ny44小巧的封裝也使得整個無線傳感器體積大為縮小。ATtiny44平時工作在掉電狀態(tài)下,為功耗最小模式。當有報警信號時處理器從中斷中喚醒,判斷是否為盜賊入侵,如果不是則重新回到掉電模式,如果是盜賊入侵則啟動無線發(fā)射模塊發(fā)射無線報警信息。
(2)紅外熱釋電傳感器
在自然界,任何高于絕對溫度(-273K)的物體都將產(chǎn)生紅外光譜,不同溫度的物體釋放的紅外波長是不一樣的,紅外波長與溫度相關,而且輻射能量的大小與物體表面溫度有關。人體都有恒定的體溫,一般在37℃左右,會發(fā)出10mm左右特定波長的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進行工作的。被動紅外探頭的傳感器包含2個串聯(lián)的熱釋電元件,2個電極化方向正好相反,環(huán)境背景輻射對2個熱釋電元件幾乎具有相同的作用,使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消,此時探測器無信號輸出。紅外線通過菲涅耳濾光片增強后聚集到熱釋電元件,這種元件在接收到人體紅外輻射變化時就會失去電荷平衡,向外釋放電荷,經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。
(3)無線發(fā)射模塊
無線傳感器的無線發(fā)射模塊選用的是Chipcon公司的CCll50單發(fā)芯片。CCll50具有豐富的頻率資源,需要極少的外部元件。CCll50具有休眠狀態(tài),在沒有報警信息的時候,可以將其設置為休眠狀態(tài),減少電池的電量消耗。當有報警信息時,無線發(fā)射模塊被喚醒,發(fā)射報警信號完成后無線發(fā)射模塊關閉。
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家庭主機硬件結構
(1)無線收發(fā)模塊
家庭主機采用Chipcon公司的CCllOO無線收發(fā)芯片,該芯片可與CCll50單發(fā)芯片匹配使用,具有豐富的頻率資源,接收靈敏度高,完全可以滿足室內(nèi)無線傳感器信號的接收任務。當接收到無線報警信號后,CCll00將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給單片機,單片機對數(shù)據(jù)進行分析,然后發(fā)出聲光報警和短信報警信息。
(2)無線傳感器網(wǎng)絡
無線傳感器網(wǎng)絡是一種全新的信息獲取平臺,能夠實時監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象的信息,并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關節(jié)點,以實現(xiàn)指定范圍內(nèi)的目標檢測與跟蹤,具有展開快速、抗毀性強等特點。區(qū)域家庭智能防盜報警系統(tǒng)利用了無線傳感器網(wǎng)絡原理布設了無線智能防盜報警網(wǎng)絡,其中無線防盜報警探頭為簇內(nèi)節(jié)點,家庭主機為簇頭節(jié)點,小區(qū)主機為網(wǎng)關節(jié)點。無線防盜報警探頭的報警信息可以及時匯聚到小區(qū)主機,小區(qū)主機及時反映,使安防人員能夠快速響應。無線傳感器網(wǎng)絡結構如圖3所示。
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無線傳感器網(wǎng)絡結構
(3)微處理器
家庭主機對微處理器的要求稍高,微處理器同時連接無線收發(fā)模塊和GSM模塊,并有上位機通信接口。本方案選用ATmegal28微處理器,ATmegal28有2個串口,還有SPI接口,可以滿足上述功能要求。另外,還具有豐富的I/O口資源,可以用來驅動聲光報警和繼電器的動作。ATmegal28內(nèi)置4KB的EEPROM,可擦寫100000次。因為家庭主機需要管理無線防盜報警探頭的位置信息及ID,存儲報警用戶的報警電話、報警短信內(nèi)容、報警次數(shù)等,所以4KB的EEPROM可以很好地解決這個問題。當微處理器從無線收發(fā)模塊接收到報警信息后,需要對數(shù)據(jù)進行分析,查找已激活的無線傳感器列表,找到與ID號相對應的傳感器,讀出其具體位置信息,將位置信息插入到已預置的報警短信后,按照報警用戶列表依次通過GSM模塊發(fā)送給報警用戶。
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小區(qū)主機硬件結構
(1)GSM模塊
同家庭報警主機一樣,小區(qū)主機配備了一樣的GSM通信模塊,當GSM模塊收到報警信號后,立即將報警信息傳送給微處理器,微處理器將短信信息通過串口傳遞給上位機軟件。
(2)報警功能
軟件的主要功能是收到微處理器傳送的報警信息后,及時顯示出來,同時發(fā)出聲光報警,提醒值班人員快速做出反應,盡快到達事發(fā)現(xiàn)場。
(3)數(shù)據(jù)管理
小區(qū)主機的用戶比較多,需要使用數(shù)據(jù)庫進行管理。上位機使用sQLserver進行用戶數(shù)據(jù)管理。上位機軟件進行小區(qū)內(nèi)的用戶管理,小區(qū)的用戶首次使用報警系統(tǒng)時,需要用戶通過向小區(qū)主機發(fā)送注冊短信,或者到小區(qū)主機以人工輸入的方式登記注冊個人信息,建立小區(qū)報警用戶的數(shù)據(jù)庫。上位機軟件管理報警日志,對每次的報警都詳細記錄,方便事后查找。
2.4地區(qū)主機設計方案
地區(qū)主機的管理范圍涉及整個地區(qū),可能包含地區(qū)內(nèi)的若干個小區(qū),用戶更加龐大,適合于地區(qū)的公安部門安裝,可以有效協(xié)助管理地區(qū)治安。地區(qū)主機的硬件結構與小區(qū)主機的硬件結構相同,但上位機軟件功能更加強大,擁有更強的數(shù)據(jù)庫管理功能和地圖定位系統(tǒng)。由于地區(qū)主機管理范圍的逐漸擴大,報警方式有可能并行發(fā)生,所以最直觀的呈現(xiàn)方式就是當有報警發(fā)生時能夠在地圖中直接顯示其確切位置。所以地區(qū)主機具有良好的地圖數(shù)據(jù)信息,可根據(jù)報警信息的地址內(nèi)容,查詢地理信息數(shù)據(jù),將與報警信息對應的地理位置直接顯示在地圖上。如果能配合警力GPS定位系統(tǒng),可使警方更快到達事發(fā)現(xiàn)場,將用戶損失降到最低。
結語
本文闡述了區(qū)域家庭智能防盜報警系統(tǒng)的設計。現(xiàn)場調(diào)試證明無線防盜報警探頭的報警響應及時且準確無誤,其自身的聲光報警動作能夠對盜賊起到震懾作用。家庭主機可以及時接收報警信號,驅動更大的聲光報警,同時戶主、其他報警用戶、小區(qū)主機和地區(qū)主機能夠快速收到包含精確報警位置的報警短信,有效指導小區(qū)和地區(qū)的安防人員快速到達事發(fā)現(xiàn)場。這套系統(tǒng)可以有效防止盜賊入侵,滿足不同家庭用戶的安防需求,還可以協(xié)助小區(qū)和地區(qū)管理治安,有很好的應用效果。
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