禹謝華

基于單片機(jī)的新型智能家居無線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS的設(shè)計(jì)

禹謝華

福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院,福建泉州362332

智能家居安防報(bào)警系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的重要組成部分。本文在傳統(tǒng)防火防盜報(bào)警裝置的研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合GSM無線通訊技術(shù)，同時(shí)引入獨(dú)立式溫控檢測(cè)機(jī)制，設(shè)計(jì)出了一種基于單片機(jī)的新型智能家居無線雙道報(bào)警系統(tǒng)——WDAS。該系統(tǒng)除了擁有基本的防盜功能之外，還具備有雙道防火報(bào)警功能。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，除了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中煙霧傳感器的監(jiān)測(cè)預(yù)警之外，由蓄電池持續(xù)供電的獨(dú)立式溫控開關(guān)控制的蜂鳴器亦可以進(jìn)行報(bào)警，從而形成雙保險(xiǎn)，防火及防盜效果更好，安全性和穩(wěn)定性更高。

單片機(jī);新型;智能家居;無線雙道;防火防盜;報(bào)警系統(tǒng)

anti-theft;alarm system

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和農(nóng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)人員的居住地也越來越密集，各種中高層小區(qū)層出不窮，社會(huì)治安狀況變得更加復(fù)雜和多樣化。隨著居民小區(qū)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)、高層建筑的不斷增加,人們的防火、防盜意識(shí)也在逐步加強(qiáng),急需理想的監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置來完成對(duì)防火、防盜的早期發(fā)現(xiàn),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(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并受到越來越廣泛的關(guān)注和運(yùn)用。本文所提出的新型智能家居無線雙道報(bào)警系統(tǒng)——WDAS便是在這種情況下應(yīng)用而生的。

1 傳統(tǒng)報(bào)警裝置的基本組成、運(yùn)行機(jī)制及不足

傳統(tǒng)防火防盜報(bào)警裝置通常是由單片機(jī)、傳感器監(jiān)測(cè)電路（遠(yuǎn)紅外傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器等）、自動(dòng)撥號(hào)電路及聲光報(bào)警裝置等部件構(gòu)成（圖1）。當(dāng)各類傳感器監(jiān)測(cè)到有險(xiǎn)情發(fā)生的時(shí)候，即以傳統(tǒng)電話線路為媒介傳輸險(xiǎn)情等預(yù)警信息。其中，煙霧傳感器和溫度傳感器用于防火，遠(yuǎn)紅外傳感器用于防盜。一旦發(fā)現(xiàn)有非法侵入或火災(zāi)等險(xiǎn)情的時(shí)候，傳感器監(jiān)測(cè)電路立即向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，請(qǐng)求中斷處理，單片機(jī)響應(yīng)中斷后立即啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)程序，根據(jù)預(yù)先植入的險(xiǎn)情等級(jí)或類別，自動(dòng)撥打預(yù)先設(shè)置好的相應(yīng)報(bào)警電話（撥通用戶或直接撥打110、119報(bào)警），以完成及時(shí)預(yù)警的功能。

圖1 傳統(tǒng)防火防盜報(bào)警裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of traditional fire anti-theft alarm system

圖2 無線雙道預(yù)警系統(tǒng)WDAS結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The structure diagram of Wireless Dual-channelAlarm System(WDAS)

這種傳統(tǒng)防火防盜組合裝置存在諸多的現(xiàn)實(shí)問題：第一，報(bào)警線路是與家庭電話座機(jī)并聯(lián)的方式設(shè)置的，在遇到險(xiǎn)情的時(shí)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(yù)置的報(bào)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(wěn)定性不高。

2 新型無線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS的構(gòu)成及其改進(jìn)措施

2.1新型無線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS的構(gòu)成

新型無線雙道預(yù)警系統(tǒng)WDAS的構(gòu)成首先包含了傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)中單片機(jī)、傳感器監(jiān)測(cè)電路、自動(dòng)撥號(hào)電路及聲光報(bào)警裝置等常用部件，其中的遠(yuǎn)紅外線傳感器和煙霧傳感器與單片機(jī)的輸入端口相連接，單片機(jī)的輸出端與外置聲光報(bào)警器、LED報(bào)警顯示屏等相連接。在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)了溫控監(jiān)測(cè)火情的報(bào)警機(jī)制以及預(yù)警信息的傳遞途徑，增加了獨(dú)立溫控檢測(cè)機(jī)制、GSM無線通訊（發(fā)送和接收）模塊和“天然氣傳感器”監(jiān)測(cè)電路。如圖2所示。

2.2新型無線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS的改進(jìn)措施

2.2.1 增加“無線通信”模塊傳統(tǒng)的安防報(bào)警裝置通常采用的是與家庭電話座機(jī)并聯(lián)的方式設(shè)置的，在遇到險(xiǎn)情的時(shí)候，需要借用電信公司先前為座機(jī)設(shè)置的物理連接線路才能順利的傳遞預(yù)警信息。而值得注意的是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及手機(jī)的深入普及，家庭式的電話座機(jī)已經(jīng)逐漸被淘汰，傳統(tǒng)的電話線路在新型小區(qū)住宅中已經(jīng)逐漸消失。即使在老式小區(qū)，尚存不少電話線路，而由于年代的久遠(yuǎn)，線路接口等的老化也極其嚴(yán)重，很難準(zhǔn)確及時(shí)的完成信息的傳遞工作。

本文所提出的新型無線雙道預(yù)警系統(tǒng)增加并改進(jìn)了傳統(tǒng)報(bào)警裝置中依賴電話線路傳輸預(yù)警信息的落后傳輸機(jī)制，改進(jìn)為無線傳輸方式，引入GSM無線發(fā)送模塊，極大了的提高了防火防盜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性，進(jìn)一步擴(kuò)大了報(bào)警裝置的應(yīng)用范圍。

在本設(shè)計(jì)中，該無線雙道預(yù)警系統(tǒng)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(chǔ)。TC35是一款高度集成的雙頻GSM 900/DCS 1800MHZ的GSM模塊，已被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控、追蹤器、無線公話以及無線POS終端等社會(huì)各學(xué)科及領(lǐng)域。GSM模塊本身即是一個(gè)能夠獨(dú)立操作的系統(tǒng)，主要由GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、ZIF連接器、供電模塊和功放器件等組成，信息傳送內(nèi)容可以包含有語音和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分。該無線通信模塊通過接入電路連通控制模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。TC35模塊采用AT指令或掉電復(fù)位，支持多種模式，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，通過AT指令可實(shí)現(xiàn)短信的實(shí)時(shí)發(fā)送功能?；鶐幚硇酒瞧浜诵牟糠?，包含了所有模擬和數(shù)字功能，負(fù)責(zé)整理GSM終端內(nèi)的信號(hào)。配置AT命令用以讓GSM發(fā)送短消息,可以有TEXT格式、PDU格式及PDU數(shù)據(jù)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(shù)字）” ＜CRTL+Z＞結(jié)束并發(fā)送

2.2.2 引入“獨(dú)立溫控檢測(cè)”機(jī)制在傳統(tǒng)的安防報(bào)警裝置中，“溫度傳感器”檢測(cè)電路與遠(yuǎn)紅外線傳感器、煙霧傳感器以同一方式連接在單片機(jī)控制芯片的輸入端。而一旦斷電或單片機(jī)主控芯片損壞，所有預(yù)警裝置將陷入癱瘓狀態(tài)，將無法完成預(yù)定的防火防盜的任務(wù)。于是，我們考慮用獨(dú)立溫控開關(guān)的形式來替代傳統(tǒng)報(bào)警裝置中“溫度傳感器”直接與控制核心部件——單片機(jī)相連的機(jī)制，即使小區(qū)斷電或者單片機(jī)主控芯片損壞，以蓄電池供電的獨(dú)立溫控開關(guān)仍然可以獨(dú)立發(fā)出預(yù)警信息，及時(shí)通知監(jiān)管員，以便采取有效措施，將損失降到最小，極大的增大了報(bào)警的準(zhǔn)確和時(shí)效性。

具體而言，此新型無線雙道預(yù)警系統(tǒng)在報(bào)警主機(jī)內(nèi)除了前述傳統(tǒng)報(bào)警裝置中的基本部件之外，還增設(shè)有溫控開關(guān)、蓄電池和蜂鳴器。溫控開關(guān)是現(xiàn)有成熟技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于熱得快和飲水機(jī)等家用電器中。而本設(shè)計(jì)中的溫控開關(guān)則是由探頭和由探頭控制導(dǎo)通的兩根引線構(gòu)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(fù)極。這種獨(dú)立式溫控檢測(cè)機(jī)制，具備了雙道防火功能，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)，蜂鳴器可以進(jìn)行報(bào)警，從而形成雙保險(xiǎn)，防火效果更好，安全性更高。

2.2.3 增加“天然氣傳感器”檢測(cè)電路縱觀世界各地，由于天然氣泄露所造成的事故時(shí)有發(fā)生，而一旦發(fā)生，其后果也極其嚴(yán)重。當(dāng)前，在我國北方的大部分小區(qū)樓層中，也采用了大量的天然氣管道線路的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，而一旦發(fā)生險(xiǎn)情，后果將不堪設(shè)想。針對(duì)這一情況，我們?cè)谠撔滦蜔o線雙道報(bào)警系統(tǒng)中增加了“天然氣傳感器”檢測(cè)電路，防范與未然，一旦發(fā)生險(xiǎn)情，最大可能的將損失降到最低。由于其設(shè)計(jì)及連接方法與傳統(tǒng)的“紅外傳感器”檢測(cè)電路和“溫度傳感器”檢測(cè)電路等并無太大差異，在此不在贅述。

3 結(jié)語

本文所提出的新型無線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS，首先充分利用了現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，摒棄了傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)中依賴電話線路才能傳輸預(yù)警信息的落后傳輸機(jī)制，減少了環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性，增大了報(bào)警裝置的應(yīng)用范圍。其次，以由蓄電池持續(xù)供電的獨(dú)立溫控開關(guān)檢測(cè)機(jī)制來替代傳統(tǒng)報(bào)警裝置中的“溫度傳感器”與單片機(jī)直連機(jī)制，避免了因單片機(jī)主控芯片損壞或系統(tǒng)斷電而導(dǎo)致的報(bào)警器無法正常工作的弊端，提高了報(bào)警系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性，增大了報(bào)警的有效性。最后，針對(duì)當(dāng)前小區(qū)均采用了天然氣管道線路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的新特點(diǎn)，增加了“天然氣傳感器”檢測(cè)電路，能夠最大限度的將損失降到最低?？傊撔滦蜔o線雙道報(bào)警系統(tǒng)WDAS具有成本低，使用范圍廣及報(bào)警穩(wěn)定和準(zhǔn)確性高等眾多優(yōu)點(diǎn)，具有極大的應(yīng)用和推廣價(jià)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(xiàng)目(JA13369);福建師范大學(xué)閩南科技學(xué)院“青年骨干教師重點(diǎn)培養(yǎng)對(duì)象”基金資助項(xiàng)目(mkq201008)

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