一種無線家居安防系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線家居安防系統(tǒng)，包括主機(jī)功能模塊和分機(jī)功能模塊，所述主機(jī)功能模塊用于完成無線接收并報(bào)警；所述分機(jī)功能模塊用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)和向所述主機(jī)功能模塊無線發(fā)送監(jiān)測(cè)信息；所述分機(jī)功能模塊包括第一低功耗單片機(jī)，所述第一低功耗單片機(jī)分別與監(jiān)測(cè)部分、第一ZigBee透明傳輸模塊和蜂鳴器相連；所述主機(jī)功能模塊包括第二低功耗單片機(jī)，所述第二低功耗單片機(jī)分別與所述GSM傳輸模塊、液晶顯示模塊和第二ZigBee透明傳輸模塊相連。本發(fā)明能夠讓用戶及時(shí)地采取措施以保障財(cái)產(chǎn)和生命的安全。
【專利說明】一種無線家居安防系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及家居安防【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種無線家居安防系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)人身安全和財(cái)產(chǎn)安全的意識(shí)逐漸增強(qiáng)。如何加強(qiáng)對(duì)家居安全的問題也越來越受到人們的重視。目前常見的家居安防系統(tǒng)普遍存在價(jià)格高，安裝麻煩等問題。很多家具家電甚至為了配合安防家居系統(tǒng)而做出重大地調(diào)整，這對(duì)已經(jīng)裝修成型的家庭而需要家居安防系統(tǒng)的用戶而言過于耗時(shí)費(fèi)力。有些安防系統(tǒng)如使用攝像頭對(duì)房內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，雖無需使房內(nèi)的家居家電做重大調(diào)整，但這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要使用專用的通信線路來實(shí)現(xiàn)，并且需要專門的人對(duì)攝像頭傳來的視頻畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和分析。這對(duì)于普通家庭而言投入費(fèi)用過高，因此無法在普通的家居安防中得以推廣。
[0003]近年來隨著無線傳輸技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)不斷發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生活中得到廣泛應(yīng)用。ZigBee作為一種近距離無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有低功耗、低成本、高可靠性和安全性等特點(diǎn)，非常適合在一個(gè)房子中的各個(gè)房間相互傳輸數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線家居安防系統(tǒng)，能夠讓用戶及時(shí)地采取措施以保障財(cái)產(chǎn)和生命的安全。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種無線家居安防系統(tǒng)，包括主機(jī)功能模塊和分機(jī)功能模塊，所述主機(jī)功能模塊用于完成無線接收并報(bào)警；所述分機(jī)功能模塊用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)和向所述主機(jī)功能模塊無線發(fā)送監(jiān)測(cè)信息；所述分機(jī)功能模塊包括第一低功耗單片機(jī)，所述第一低功耗單片機(jī)分別與監(jiān)測(cè)部分、第一 ZigBee透明傳輸模塊和蜂鳴器相連；所述主機(jī)功能模塊包括第二低功耗單片機(jī)，所述第二低功耗單片機(jī)分別與所述GSM傳輸模塊、液晶顯示模塊和第二 ZigBee透明傳輸模塊相連；所述監(jiān)測(cè)部分用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)；所述第一 ZigBee透明傳輸模塊用于將所述第一低功耗單片機(jī)的判斷結(jié)果發(fā)送至所述第二 ZigBee透明傳輸模塊；所述蜂鳴器用于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警；所述GSM傳輸模塊用于在收到險(xiǎn)情信號(hào)后將告警信息發(fā)送給指定用戶；所述液晶顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示從分機(jī)功能模塊傳過來的信息。
[0006]所述監(jiān)測(cè)部分包括紅外監(jiān)測(cè)部分、煤氣監(jiān)測(cè)部分和煙霧傳感器。
[0007]所述紅外監(jiān)測(cè)部分包括熱釋電紅外傳感器和信號(hào)處理電路，所述熱釋電紅外傳感器通過接受人體輻射出的紅外線，將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向有關(guān)的低頻電信號(hào)，再通過信號(hào)處理電路將低頻電信號(hào)進(jìn)行放大比較處理，以數(shù)字信號(hào)形式輸出至所述第一低功耗單片機(jī)。
[0008]所述熱釋電紅外傳感器的輸出值經(jīng)過信號(hào)處理電路內(nèi)部的運(yùn)算放大器進(jìn)行一級(jí)放大，再經(jīng)過耦合放大器進(jìn)行二級(jí)放大，再通過電壓比較器構(gòu)成的雙向鑒幅器處理得到有效信號(hào)。
[0009]所述煤氣監(jiān)測(cè)部分包括氣體傳感器，所述氣體傳感器根據(jù)檢測(cè)到的CO氣體濃度轉(zhuǎn)換為不同的電阻率信號(hào)或電壓信號(hào)，在經(jīng)過雙電壓比較器比較后輸出至所述第一低功耗單片機(jī)。
[0010]所述GSM模塊采用SM300模塊的GSM通訊模塊。
[0011]所述液晶顯示模塊為JLX12864G-086點(diǎn)陣型液晶顯示器。
[0012]有益效果
[0013]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本發(fā)明能夠同時(shí)且實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)房間內(nèi)是否有外人進(jìn)入，是否有煤氣泄露，是否有火災(zāi)等這些險(xiǎn)情，當(dāng)出現(xiàn)以上險(xiǎn)情時(shí)可立即通知用戶以達(dá)到減少用戶的財(cái)產(chǎn)損失和保障人身安全的目的。該系統(tǒng)具有成本低廉、性能穩(wěn)定、布設(shè)簡單等特點(diǎn)，因此，更有利于在普通家庭的家居安防方面得到推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明中分機(jī)模塊電路原理圖；
[0016]圖3是本發(fā)明中主機(jī)模塊電路原理圖；
[0017]圖4是本發(fā)明中下載器與分機(jī)(或主機(jī))模塊的單片機(jī)連接部分的電路原理圖；
[0018]圖5是本發(fā)明中按鍵復(fù)位的電路原理圖；
[0019]圖6是本發(fā)明中紅外監(jiān)測(cè)部分與分機(jī)模塊的連接部分的電路原理圖；
[0020]圖7是本發(fā)明中煤氣泄漏監(jiān)測(cè)模塊與分機(jī)模塊的連接部分的電路原理圖；
[0021]圖8是本發(fā)明中煙霧傳感器與分機(jī)模塊的連接部分的電路原理圖；
[0022]圖9是本發(fā)明中第一(或第二)ZigBee模塊和分機(jī)(或主機(jī))模塊單片機(jī)的連接部分的電路原理圖；
[0023]圖10是本發(fā)明中GSM模塊與主機(jī)功能模塊的連接部分的電路原理圖；
[0024]圖11是本發(fā)明中JLX12864G-086液晶與主機(jī)功能模塊的連接部分的電路原理圖；
[0025]圖12是本發(fā)明中蜂鳴器與分機(jī)功能模塊的連接部分的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0027]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種無線家居安防系統(tǒng)，如圖1所示，包括主機(jī)功能模塊和分機(jī)功能模塊，所述主機(jī)功能模塊用于完成無線接收并報(bào)警；所述分機(jī)功能模塊用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)和向所述主機(jī)功能模塊無線發(fā)送監(jiān)測(cè)信息；所述分機(jī)功能模塊包括第一低功耗單片機(jī)，所述第一低功耗單片機(jī)分別與監(jiān)測(cè)部分、第一 ZigBee透明傳輸模塊和蜂鳴器相連；所述主機(jī)功能模塊包括第二低功耗單片機(jī)，所述第二低功耗單片機(jī)分別與所述GSM傳輸模塊、液晶顯示模塊和第二 ZigBee透明傳輸模塊相連；所述監(jiān)測(cè)部分用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)；所述第一 ZigBee透明傳輸模塊用于將所述第一低功耗單片機(jī)的判斷結(jié)果發(fā)送至所述第二 ZigBee透明傳輸模塊；所述蜂鳴器用于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警；所述GSM傳輸模塊用于在收到險(xiǎn)情信號(hào)后將告警信息發(fā)送給指定用戶；所述液晶顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示從分機(jī)功能模塊傳過來的信息。
[0028]無論是主機(jī)還是分機(jī)模塊，低功耗單片機(jī)都是它們的核心部分。對(duì)于分機(jī)而言，其負(fù)責(zé)將各個(gè)監(jiān)測(cè)部分的信號(hào)進(jìn)行判斷并分析，若分析結(jié)果表示險(xiǎn)情發(fā)生則將險(xiǎn)情信息通過ZigBee透明傳輸模塊發(fā)送到主機(jī)上并啟動(dòng)分機(jī)模塊上的蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，若無險(xiǎn)情發(fā)生則單片機(jī)仍然以固定時(shí)間間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和判斷分析。對(duì)主機(jī)而言，低功耗單片機(jī)通過ZigBee模塊將來自分機(jī)的險(xiǎn)情信息通過LCD液晶進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并通過GSM模塊將險(xiǎn)情信息發(fā)送至用戶手機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。
[0029]所述監(jiān)測(cè)部分包括紅外監(jiān)測(cè)部分、煤氣監(jiān)測(cè)部分和煙霧傳感器。
[0030]紅外監(jiān)測(cè)部分由熱釋電紅外傳感器和專用的傳感器信號(hào)處理電路組成。熱釋電紅外傳感器通過接受人體輻射出的特定波長的紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向等有關(guān)的低頻電信號(hào)。傳感器信號(hào)處理電路則是將該低頻電信號(hào)進(jìn)行放大，比較等處理，以數(shù)字信號(hào)的形式將盜情信號(hào)輸出。
[0031]煤氣監(jiān)測(cè)部分由專用的氣體傳感器和信號(hào)處理電路組成。氣體傳感器可根據(jù)檢測(cè)到的CO氣體濃度轉(zhuǎn)換成不同的電阻率或直接輸出不同的電壓以便單片機(jī)對(duì)于是否發(fā)生煤氣泄漏做出合理的判斷。建議采用具有填充活性炭的過濾腔體的氣體傳感器以減輕氮氧化物、烷類等氣體的干擾。
[0032]煙霧傳感器用于檢測(cè)環(huán)境中煙霧顆粒的濃度。當(dāng)前市面上的煙霧傳感器主要兩大類型:光電式煙霧傳感器和離子式煙霧傳感器。由于大部分火災(zāi)初期發(fā)出的煙是黑煙，而離子式煙霧傳感器相對(duì)于光電式煙霧傳感器對(duì)黑煙靈敏度較高。因此，推薦使用離子式煙霧傳感器。
[0033]ZigBee透明傳輸模塊在本系統(tǒng)中有兩個(gè),分別是第一 ZigBee透明傳輸模塊和第二 ZigBee透明傳輸模塊。第一 ZigBee透明傳輸模塊用于將分機(jī)檢測(cè)的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)判斷后，若發(fā)生煤氣泄漏，火災(zāi)或盜情則將相應(yīng)情況發(fā)送至主機(jī)上的第二 ZigBee透明傳輸模塊。兩個(gè)ZigBee透明傳輸模塊分別與各自的MCU的RS-232接口相連，將大大地簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模塊維修更換。
[0034]GSM模塊用于在主機(jī)收到來自分機(jī)的險(xiǎn)情信號(hào)后將告警信息發(fā)送到指定用戶的手機(jī)號(hào)碼上以告知用戶，以便用戶及時(shí)采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。建議采用已擴(kuò)展通信接口實(shí)現(xiàn)RS-232通信的GSM傳輸模塊以簡化主機(jī)功能模塊的設(shè)計(jì)。
[0035]液晶顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示從分機(jī)傳過來的信息以便用戶在家時(shí)也可以通過液晶查看險(xiǎn)情信息。由于在查看時(shí)需要顯示漢字，因此建議選用采用ORG技術(shù)的12864液晶顯示器，其體積，成本以及單片機(jī)I/O 口資源占用方面相對(duì)于傳統(tǒng)的12864液晶顯示器都有較大的優(yōu)勢(shì)。
[0036]由于電源的穩(wěn)定性對(duì)于本系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要并且考慮到系統(tǒng)是在家居中應(yīng)用。因此，建議插墻式的電源適配器，不僅能夠給系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定地供電而且可以減少開發(fā)難度。
[0037]系統(tǒng)的工作流程如下:
[0038][I],將整個(gè)系統(tǒng)上電之后，分機(jī)功能模塊的單片機(jī)首先對(duì)各傳感器進(jìn)行讀取，若沒有發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)的參數(shù)為處于險(xiǎn)情狀態(tài)的值，則進(jìn)入正常工作模式。
[0039][2],正常工作狀態(tài)下，分機(jī)功能模塊以固定周期A循壞地對(duì)各傳感器進(jìn)行讀取，并判斷所讀取的各個(gè)參數(shù)是否為正常狀態(tài)下的值。
[0040][3],如果分機(jī)功能模塊在工作中發(fā)現(xiàn)某一監(jiān)測(cè)參數(shù)為險(xiǎn)情狀態(tài)下的值，則在結(jié)束本輪讀取各個(gè)傳感器完畢后進(jìn)入告警工作模式。依據(jù)各個(gè)參數(shù)是否為險(xiǎn)情時(shí)的值，進(jìn)行特定的編碼后通過第一 ZigBee透明傳輸模塊發(fā)往主機(jī)，并啟動(dòng)該模塊上的蜂鳴器進(jìn)行告警。
[0041][4],發(fā)出告警后，分機(jī)功能模塊在成功通過第一 ZigBee透明傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)后停止向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)及采集傳感器數(shù)據(jù)。但蜂鳴器只會(huì)在按下復(fù)位鍵或切斷電源后才能停止。
[0042][5].主機(jī)功能模塊通過第二 ZigBee透明傳輸模塊接收到來自分機(jī)功能模塊傳來的數(shù)據(jù)后，通過該數(shù)據(jù)可判斷出發(fā)生哪些險(xiǎn)情，再將險(xiǎn)情信息通過GSM發(fā)送至指定用戶并顯示于液晶屏中。
[0043][6],主機(jī)功能模塊成功向指定用戶發(fā)送險(xiǎn)情信息后程序進(jìn)入死循環(huán)直至系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位電路如圖5所示。
[0044]下面以一個(gè)具體的實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0045]本實(shí)例中單片機(jī)選用MICROCHIP公司的PIC18F4520單片機(jī)，該單片機(jī)為采用納瓦技CMOS閃存單片機(jī)PIC18F4520具有運(yùn)算速度快，片上資源豐富，穩(wěn)定性高和成本低廉等特點(diǎn)。實(shí)施例中PIC18F4520采用44引腳的TQFP封裝，在其電源正極(VDD)和電源參考地(VSS)之間并接1206封裝的0.0lyF去耦陶瓷電容和SMD封裝的1yF鋁電解電容。由于本案例中對(duì)時(shí)序要求不是很高，因此采用PIC18F4520的內(nèi)部振蕩器作為主時(shí)鐘。PIC18F4520內(nèi)部的系統(tǒng)時(shí)鐘選擇位SCSI需置1，PIC18F4520內(nèi)部振蕩器頻率選擇位IRCF〈2:0>配置為110，生產(chǎn)4MHZ內(nèi)部時(shí)鐘，由其同步系統(tǒng)時(shí)序。本實(shí)例的程序開發(fā)軟件為MPLAB，并通過PICKIT2下載器的ICSP接口與PIC18F4520的相關(guān)引腳相連將程序載入單片機(jī)中。PIC18F4520的RB7和RB6引腳分別與PICKIT2的PGD和PGC端口相連，PICKIT2的Vpp與單片機(jī)的RE3引腳相連，以便在每次將程序載入至CPU之后自動(dòng)復(fù)位。本系統(tǒng)的分機(jī)和主機(jī)功能模塊都提供按鍵復(fù)位功能，需要注意的是在下載器連接單片機(jī)時(shí)復(fù)位按鍵無效。本例中分機(jī)模塊的PIC18F4520單片機(jī)及周邊器件的電路原理圖如圖2所示，主機(jī)模塊的PIC18F4520單片機(jī)及周邊器件的電路原理圖如圖3所示。下載器連接和按鍵復(fù)位電路原理圖如圖4和圖5所示。
[0046]本實(shí)例中紅外監(jiān)測(cè)部分由熱釋電紅外傳感器RE200B和傳感信號(hào)處理集成電路BISS0001, RE200B采用的熱釋電材料隨著溫度變化來探測(cè)紅外輻射，并配給雙靈敏互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。人的活動(dòng)頻率范圍在0.1至10ΗΖ,通過RE200B傳感器探頭的菲涅爾透鏡對(duì)人體活動(dòng)頻率加以增頻，使其符合RE200B的7至14um的工作波長。BISS0001采用CMOS工藝，16腳DIP封裝。它是由運(yùn)算放大器、電壓比較強(qiáng)、狀態(tài)控制器、延時(shí)時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)/?；旌蠈Ｓ玫募呻娐?。本實(shí)例中，BISS0001內(nèi)部的運(yùn)算放大器OPl作為RE200B的輸出信號(hào)第一級(jí)放大，然后由C2耦合運(yùn)算放大器0P2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)電壓比較器COPl和C0P2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，有效信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器。當(dāng)出現(xiàn)人體活動(dòng)時(shí)，Vo輸出高電平(注意與Vo端相連的單片機(jī)RD3引腳的初值應(yīng)賦為低電平)。紅外監(jiān)測(cè)部分與分機(jī)模塊的PIC18F4520的電路原理圖如圖6所示。
[0047]本實(shí)例中煤氣泄漏監(jiān)測(cè)模塊主要由MQ-2型電阻式半導(dǎo)體傳感器和雙電壓比較器集成電路LM393組成。MQ-2傳感器主要優(yōu)點(diǎn)有廣泛檢測(cè)范圍，高靈敏度，穩(wěn)定性高等。主要用于家庭的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，封裝好的傳感器有6只針狀管腳，其中4個(gè)信號(hào)取出，2個(gè)提供加熱電流，該主體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高則反應(yīng)響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)速度也越快。因此，為了保證傳感器準(zhǔn)確、穩(wěn)定地工作，需要向其持續(xù)輸出一個(gè)5V的電壓。傳感器端連接LM393的反相端，電位調(diào)節(jié)器端連接LM393的正向端。由傳感器輸出的電壓與電位器電壓信號(hào)通過LM393比較器進(jìn)行比較——相當(dāng)于當(dāng)前環(huán)境CO濃度與報(bào)警濃度閥值的比較。當(dāng)環(huán)境中的CO濃度大于報(bào)警濃度閥值時(shí)，LM393輸出低電平，該電路中的LED燈被點(diǎn)亮。在分機(jī)模塊上電之前，要先將CO監(jiān)測(cè)部分的電位器調(diào)節(jié)至大概1/3處，即大約3.33千歐姆，此時(shí)比較器正相輸入端大約為1.66V。由于人在CO濃度超過10ppm的環(huán)境下就會(huì)產(chǎn)生頭暈、乏力等不適感，在此情況下，比較器反相輸入端的電壓大約為1.9V，導(dǎo)致比較器LM393輸出端輸出低電平而觸發(fā)警報(bào)(注意與DOUT端相連的單片機(jī)RB3引腳的初值應(yīng)賦為高電平)。需要注意的是，MQ-2型半導(dǎo)體電阻式氣體傳感器在不通電存放一段時(shí)間后，若再次通電需要先給傳感器加熱3分鐘后方能正常采集環(huán)境中的氣體信息。煤氣泄漏監(jiān)測(cè)模塊與分機(jī)模塊的PIC18F4520的電路原理圖如圖7所示。
[0048]本實(shí)例中采用日本NEMOTO公司生產(chǎn)的NIS-09C離子式煙霧傳感器，其廣泛應(yīng)用于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中。其內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)Am241。傳感器本身本金屬制電極所覆蓋，因此不會(huì)泄露放射能。NIS-09C具有靈敏度高，價(jià)格成本低廉的優(yōu)勢(shì)。其典型參數(shù)如下:尺寸為22.0mmX 42mm，輸出電壓/V 5.6+0.4，電流損耗/pA 27+3。因此，NIS-09C能很好地滿足本系統(tǒng)需求。該傳感器可以不需要驅(qū)動(dòng)電路直接連接到單片機(jī)引腳上。該傳感器其中一個(gè)管腳串聯(lián)IM電阻并接到9V電源上，外殼及放射源的一腳接到電源地，采樣腳接到分機(jī)模塊的單片機(jī)RD2引腳相連。當(dāng)單片機(jī)上的該引腳監(jiān)測(cè)到高電平時(shí)(RD2引腳的初值應(yīng)賦為低電平)，表明發(fā)生了火災(zāi)險(xiǎn)情。煙霧傳感器與分機(jī)模塊的PIC18F4520的連接部分電路原理圖如圖8所示。
[0049]本系統(tǒng)ZigBee透明傳輸模塊選擇DTK-2617，該模塊是基于CC2530設(shè)計(jì)的。DTK-2617可以通過MAX232與PIC18F4520進(jìn)行串口通信，在使用中PIC18F4520通過RS-232接口對(duì)其進(jìn)行透?jìng)髡{(diào)用，而無需深入考慮具體ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。MAX232將PIC18F4520的EUSART信號(hào)(TX，RX)轉(zhuǎn)換成符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。MAX232的DB9接頭直接與DTK-2617的端口相連。DTK-2617在使用前需先進(jìn)行配置，所需配置的參數(shù)有PANID，頻道，源地址，目的地址和波特率。在本系統(tǒng)的分機(jī)功能模塊中的配置值如下(十六進(jìn)制):PAN網(wǎng)絡(luò)ID——EEAA，頻道——16，源地址——01EE,目標(biāo)地址——0001，波特率——9600。在本系統(tǒng)中，告警內(nèi)容在告警傳輸信息中占一個(gè)字節(jié)。兩功能模塊的PIC18F4520與DTK-2617連接部分的電路原理圖如圖9所示。
[0050]本實(shí)例中，主機(jī)功能模塊的GSM模塊選擇基于SMCOM公司生產(chǎn)的SM300模塊的GSM通訊模塊。SM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內(nèi)的EGSM900MHZ，DCS1800MHZ，PCS 1900MHZ三種工作頻率下工作，并提供SMS短信業(yè)務(wù)。該GSM模塊使用串口通訊的方式和外部連接，通過串口數(shù)據(jù)的交換就可以使得單片機(jī)發(fā)送AT指令讓SM300模塊去執(zhí)行相應(yīng)的命令。在本例中，通過將此SM300模塊的TX引腳和RX引腳分別連接主機(jī)功能模塊的PIC18F4520的RDl和RDO。GSM與主機(jī)功能模塊PIC18F4520連接部分的電路原理圖如圖10所示。由于PIC18F4520內(nèi)部只有一個(gè)串行通訊模塊，而且已經(jīng)用于與ZigBee的通訊。因此，本系統(tǒng)采用軟件模擬串口通信協(xié)議的方式，使SIM300模塊與單片機(jī)進(jìn)行串口通信。當(dāng)主機(jī)功能模塊的ZigBee收到來自分機(jī)的告警信號(hào)后再經(jīng)過單片機(jī)判斷具體發(fā)生哪些險(xiǎn)情。單片機(jī)通過與SM300模塊連接的普通引腳以軟件模擬串口通信協(xié)議的方式發(fā)送AT指令來控制SM300模塊向指定的手機(jī)用戶發(fā)送險(xiǎn)情信息。在SM300模塊工作之前需對(duì)其進(jìn)行初始化，初始化過程如下:
[0051]I)首先，需要通過AT控制指令中的指令來設(shè)置發(fā)送短信格式即AT+CMGF =1〈CR>，這里的I表示設(shè)置發(fā)送格式為PDU格式，〈CR〉表示回車符號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制就是0X0D。如果指令正確執(zhí)行了，則返回<CRLF>0K〈CRLF>。
[0052]2)其次，要通過AT控制指令中的指令來設(shè)置模塊的波特率。這里將波特率設(shè)置為9600，即AT+IPR = 9600。這里設(shè)置的波特率是用來給SIM300模塊的。在將波特率設(shè)置完后還要執(zhí)行保存指令，使SM300模塊將設(shè)置的波特率保存。
[0053]另外，此SM300模塊需要5V2A的大功率電壓進(jìn)行供電。
[0054]本實(shí)例的主機(jī)功能模塊的IXD液晶屏選擇JLX12864G-086點(diǎn)陣型液晶顯示器。此12864液晶采用了 COG技術(shù)，使用SPI串口通信方式傳輸數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)的采用并行傳輸結(jié)構(gòu)的12864液晶具有占用I/O 口小，體積小，價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。JLX12864G-086液晶的顯示區(qū)域?yàn)?28X64點(diǎn)陣，可以用于顯示漢字或復(fù)雜的圖形。在16X16點(diǎn)陣模式下每行可顯示8個(gè)漢字，共可顯示4行。本實(shí)例中，該液晶通過分機(jī)功能模塊傳來的告警信號(hào)以中文的形式顯示煤氣是否泄漏，是否有盜情出現(xiàn)，是否有火災(zāi)出現(xiàn)。本實(shí)例中，借用字模提取軟件將要顯示的中文字輸入到軟件中，軟件會(huì)生成16X16點(diǎn)陣格式的文字相應(yīng)的一組十六進(jìn)制數(shù)字。將這組十六進(jìn)制數(shù)字放入JLX12864G-086液晶顯示器中，就會(huì)出現(xiàn)我們?cè)谲浖休斎氲臐h字。如:若要在16X16點(diǎn)陣型顯示“著火了 ！ ”中的“著”字，則將通過字模提取軟件得到的十六進(jìn)制數(shù)組
[0055]{
[0056]0x00, 0x00, 0x10, 0x10, 0x10, 0x90, 0x90, 0x92, 0x8C, OxFO, 0x90, 0x90, 0x88, 0x96，0x92，
[0057]0x50，0x50，0x08，0x08，0x00，0x00，0x00，0x80，0x42，0x42，0x22，0x12，OxOAj OxFE，0χ4Β,
[0058]0χ4Α, 0χ4Α, 0χ4Α, 0χ4Α, 0χ4Α, 0χ4Α, OxFAj OxOAj 0x02，0x01，0x00，0x00，0x00，0x00，Ox
[0059]00，0x00，0x00，0x00，0x00，OxOFj 0x09，0x09，0x09，0x09，0x09，0x09，0x09，OxOFj Oχ00, Ox
[0060]00，0x00，0x00，0x00
[0061]}
[0062]發(fā)到液晶顯示屏上，顯示屏16X16點(diǎn)陣就會(huì)顯示“著”字。液晶初始狀態(tài)時(shí)，在16X16點(diǎn)陣模式下第一行顯示“歡迎使用本產(chǎn)品！ ”，第二行顯示“火災(zāi):無”，第三行顯示“盜情:無”，第四行顯示“煤氣泄漏:無”。當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，則根據(jù)具體險(xiǎn)情將所在的相應(yīng)行中的“無”改成“有”。JLX12864G-086液晶顯示器與主機(jī)功能模塊的PIC18F4520連接的電路原理圖如圖11所示。
[0063]本實(shí)例中，蜂鳴器使用SOT塑封管的TMB12A05有源蜂鳴器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)告警。該蜂鳴器額定電壓為5V，最大消耗電流為30mA，輸出為2300+400HZ長聲連音。蜂鳴器與分機(jī)功能模塊的PIC18F4520的RBl相連，當(dāng)RBl輸出低電平時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器(注意分機(jī)功能模塊的單片機(jī)RBl引腳的初值應(yīng)賦為高電平)。蜂鳴器與分機(jī)功能模塊的PIC18F4520連接的電路原理圖如圖12所示。
[0064]由于單片機(jī)的供電電壓要求是5V，SM300模塊支持電壓范圍為3.4?5V，并且SIM300模塊的供電電壓如果低于3.3V會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。同時(shí)模塊在在發(fā)射時(shí)，電流峰值可高達(dá)2A，而在此電流峰值時(shí)，電源電壓(送入模塊的電壓)下降值不能超過0.4V。所以該模塊對(duì)電源的要求較高。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分別采用了電源適配器7805和5V2A的大功率開關(guān)電源對(duì)分機(jī)模塊、主機(jī)模塊以及SM300模塊進(jìn)行供電。另外，NIS-09C離子式煙霧傳感器需要由9V1A的開關(guān)電源適配器單獨(dú)進(jìn)行供電。電源適配器(Power adapter)是小型便攜式電子設(shè)備及電子電器的供電電源變換設(shè)備，一般由外殼、電源變壓器和整流電路組成，按其輸出類型可分為交流輸出型和直流輸出型；按連接方式可分為插墻式和桌面式，本系統(tǒng)采用的是插墻式。本設(shè)計(jì)中用電源適配器的原因是其容易得到且供電比較穩(wěn)定，減少開發(fā)難度。
[0065]在分機(jī)功能模塊上電后，需在單片機(jī)完成初始化之后延時(shí)3分鐘，使MQ-2電阻式傳感器先預(yù)熱3分鐘，以便正常采集氣體濃度值。之后，分機(jī)功能模塊上的單片機(jī)每5分鐘依次讀取引腳RB3、RD2、RD3,經(jīng)檢測(cè)，若出現(xiàn)引腳RB3低電平，RD2高電平，RD3高電平其中的一個(gè)或一個(gè)以上，則觸發(fā)本系統(tǒng)告警。即先將一個(gè)初值為O的字符類型全局變量進(jìn)行賦值，假設(shè)變量名為WARNING。若當(dāng)紅外監(jiān)測(cè)部分在檢測(cè)到人體活動(dòng)即出現(xiàn)盜情則將該變量的最低位置1，若當(dāng)CO監(jiān)測(cè)部分檢測(cè)到環(huán)境中的CO濃度超過預(yù)先設(shè)定的警報(bào)閥值則將WARNING的次低位置1，若當(dāng)煙霧監(jiān)測(cè)部分檢測(cè)到環(huán)境中的煙霧顆粒濃度過高則將(從右至左)WARNING的第3位置I。而后，通過分機(jī)模塊的DTK-2617將十六進(jìn)制的前導(dǎo)碼FD，容器長度，目的地址，節(jié)點(diǎn)地址，WARNING和結(jié)束碼FFAA發(fā)送至主機(jī)功能模塊的DTK-2617并啟動(dòng)分機(jī)模塊的蜂鳴器。最后，分機(jī)功能模塊將不再采集數(shù)據(jù)，主程序進(jìn)入死循環(huán)，直到單片機(jī)被復(fù)位。
[0066]在主機(jī)功能模塊將通過DTK-2617傳來的WARNING的值賦值到主機(jī)功能模塊程序的變量中。單片機(jī)通過對(duì)該變量進(jìn)行分析后得到具體險(xiǎn)情信息并通過向遠(yuǎn)程用戶發(fā)送短信和現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示的形式實(shí)現(xiàn)告警。由于SM300處于PUD模式下，故單片機(jī)通過模擬RS-232協(xié)議串口通信的引腳向SM300模塊發(fā)送AT+CMGS = “+8613X01234567”，若SM300模塊返回“〉”字符，說明AT+CMGS連接成功，主機(jī)模塊的單片機(jī)可以根據(jù)具體險(xiǎn)情信息選擇一個(gè)或一個(gè)以上的險(xiǎn)情告警內(nèi)容并加上結(jié)束符OXlA發(fā)送至SM300模塊。發(fā)生火災(zāi)時(shí)發(fā)送“Be onfire !，，，發(fā)生盜情時(shí)發(fā)送“Be on stealing ! ”,發(fā)生煤氣泄漏時(shí)發(fā)送“Gas isleaking ! ”。單片機(jī)根據(jù)險(xiǎn)情信息以SPI串行通訊的方式向JLX12864G-086點(diǎn)陣型液晶顯示器傳輸數(shù)據(jù)，即將液晶顯示屏中相應(yīng)險(xiǎn)情狀態(tài)行中的“無”改成“有”。例如:只發(fā)生了盜情，則向在16X16點(diǎn)陣模式下的顯示屏的第三行中第四列發(fā)送“有”字相對(duì)應(yīng)的十六位進(jìn)制數(shù)組以提醒在現(xiàn)場(chǎng)的用戶發(fā)生了盜情。最后，程序進(jìn)入死循環(huán)，等待單片機(jī)復(fù)位。
【權(quán)利要求】
1.一種無線家居安防系統(tǒng)，包括主機(jī)功能模塊和分機(jī)功能模塊，其特征在于，所述主機(jī)功能模塊用于完成無線接收并報(bào)警；所述分機(jī)功能模塊用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)和向所述主機(jī)功能模塊無線發(fā)送監(jiān)測(cè)信息；所述分機(jī)功能模塊包括第一低功耗單片機(jī)，所述第一低功耗單片機(jī)分別與監(jiān)測(cè)部分、第一 ZigBee透明傳輸模塊和蜂鳴器相連；所述主機(jī)功能模塊包括第二低功耗單片機(jī)，所述第二低功耗單片機(jī)分別與所述GSM傳輸模塊、液晶顯示模塊和第二 ZigBee透明傳輸模塊相連；所述監(jiān)測(cè)部分用于完成室內(nèi)信號(hào)監(jiān)測(cè)；所述第一 ZigBee透明傳輸模塊用于將所述第一低功耗單片機(jī)的判斷結(jié)果發(fā)送至所述第二 ZigBee透明傳輸模塊；所述蜂鳴器用于現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警；所述GSM傳輸模塊用于在收到險(xiǎn)情信號(hào)后將告警信息發(fā)送給指定用戶；所述液晶顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示從分機(jī)功能模塊傳過來的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)部分包括紅外監(jiān)測(cè)部分、煤氣監(jiān)測(cè)部分和煙霧傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外監(jiān)測(cè)部分包括熱釋電紅外傳感器和信號(hào)處理電路，所述熱釋電紅外傳感器通過接受人體輻射出的紅外線，將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度、距離、方向有關(guān)的低頻電信號(hào)，再通過信號(hào)處理電路將低頻電信號(hào)進(jìn)行放大比較處理，以數(shù)字信號(hào)形式輸出至所述第一低功耗單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述熱釋電紅外傳感器的輸出值經(jīng)過信號(hào)處理電路內(nèi)部的運(yùn)算放大器進(jìn)行一級(jí)放大，再經(jīng)過耦合放大器進(jìn)行二級(jí)放大，再通過電壓比較器構(gòu)成的雙向鑒幅器處理得到有效信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述煤氣監(jiān)測(cè)部分包括氣體傳感器，所述氣體傳感器根據(jù)檢測(cè)到的CO氣體濃度轉(zhuǎn)換為不同的電阻率信號(hào)或電壓信號(hào)，在經(jīng)過雙電壓比較器比較后輸出至所述第一低功耗單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述GSM模塊采用SIM300模塊的GSM通訊模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線家居安防系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶顯示模塊為JLX12864G-086點(diǎn)陣型液晶顯示器。
【文檔編號(hào)】G08B19/00GK104200608SQ201410466564
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】謝錫冬, 楊義, 陳彥廣, 楊彥中, 鄭濤 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 秦皇島興龍輪轂有限公司