趙占濤

【摘要】隨著社會的進步，大多數(shù)校區(qū)已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)的完成了校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)，也有少數(shù)高檔樓盤進行了一些更高層次的智能化建設，并逐步向前發(fā)展。本文主要研究無線傳感器網(wǎng)絡在校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設計的應用，整個安防監(jiān)控系統(tǒng)中所記錄所有的視頻、音頻、報警數(shù)據(jù)，實時記錄并在計算機中進行云存儲以供日后檢索，基于無線傳感器的網(wǎng)絡校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設計具有安全性、靈活性、網(wǎng)絡性和智能性的特點。

【關鍵詞】無線傳感器；網(wǎng)絡；小區(qū)安防

引言

無線傳感器網(wǎng)絡是新一代的傳感器網(wǎng)絡，具有非常廣泛的應用前景，其發(fā)展和應用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領域帶來深遠影響。美國商業(yè)周刊和MIT技術評論在預測未來技術發(fā)展的報告中，都將無線傳感器網(wǎng)絡列為21世紀最有影響的21項技術和改變世界的10大技術之一。無線傳感器網(wǎng)絡以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。隨著人們生活水平的提高，人們對于家庭安防的要求也越來越高。近年來智能化的家庭安防越來越引起人們的重視。無線傳感器網(wǎng)絡的分布式、自組織的網(wǎng)絡性能和無線通信技術，為實現(xiàn)智能無線家庭安防提供了可能。

1 安防技術發(fā)展概況

經(jīng)過多年的發(fā)展，智能小區(qū)家居智能化系統(tǒng)越來越成熟，功能越來越完善，安防報警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)家居智能化重要組成部分。因此必須建立一個穩(wěn)定、可靠、易操作的安防報警系統(tǒng)。穩(wěn)定、可靠是指有警必報，無警不會誤報。易操作是指家庭成員可以對一些防盜點進行方便的操作。要達到穩(wěn)定、可靠，必須做好硬件和軟件設計，要達到易操作必須在設計觀念上有所突破。

1.1智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀

自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國、德國、新加坡、日本等國都有廣泛應用。1998年5月新加坡舉辦的"98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會"上，通過在場內(nèi)模擬"未來之家"推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報警功能、可視對講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等，這種"未來之家"家庭智能化系統(tǒng)，市場真正啟動尚需時日。目前在新加坡也有近30個社區(qū)（住宅小區(qū)）近5000戶的家庭采用了"家庭智能化系統(tǒng)"，美國已有近四萬戶家庭安裝了這一類的"家庭智能化系統(tǒng)"，將會有更多的住宅安裝上這一類高科技智能化系統(tǒng)產(chǎn)品。目前美國有一種占據(jù)市場主流的產(chǎn)品X-1O，銷售己超過1億個，設計戶型為單體別墅，應用多為舊房改造，僅在美國便有超過400萬個家庭在使用，但這些產(chǎn)品技術限制較多，并不適合在我國原樣照搬使用應用。

1.2 國內(nèi)安防行業(yè)發(fā)展情況

近兩年來，安防行業(yè)又有了進一步的發(fā)展。在我國已加入WTO的形勢一下，積極探討安防行業(yè)的發(fā)展問題，對于維護社會治安穩(wěn)定，促進經(jīng)濟的繁榮，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深遠的意義。我國安防行業(yè)是隨著社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展而逐步成長起來的，改革開放以來，在國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民生活水平日益提高的推動下，安防行業(yè)出現(xiàn)了一個蓬勃發(fā)展的勢頭。尤其九五期間，我國住宅產(chǎn)業(yè)異軍突起，極大地促進了安防行業(yè)擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。1998年起年產(chǎn)值近10億元的大型安防企業(yè)集團土市公司不斷涌現(xiàn)。迄今，己有專營或兼營的從業(yè)單位數(shù)千家，產(chǎn)品種類發(fā)展到10余類，100多個品種，從業(yè)人員數(shù)萬人。1999年初，統(tǒng)計部門針對7類安防產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)進行3步統(tǒng)計，其中入侵探測器13家，防盜報警控制器74家，汽車防盜報警器22家，樓宇對講104家，防盜安全1366家，防盜保險柜245家，機械防盜鎖42家，其它類124家。象盼盼、美心、視得安、立林等品牌企業(yè)的市場份額不斷擴大，從一定程度上改變了我國安防產(chǎn)業(yè)的小而全的落后局面，激發(fā)了安防行業(yè)的活力。最近幾年統(tǒng)計數(shù)字顯示：中國安防產(chǎn)品行業(yè)平均以15%-30%的年增長率迅速成長。

2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由一個報警主機和無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成。報警主機由基于S3C2410的32位嵌入式微控制器的開發(fā)平臺和無線通訊模塊組成。報警主機與無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點構(gòu)成星型拓撲無線網(wǎng)絡。

利用S3C2410本身所具有的IIS接口，通過擴展UDA1341構(gòu)成音頻處理模塊，實現(xiàn)了兩個通道的音頻輸入和一個通道的音頻輸出，報警主機通過IIS接口來交換音頻數(shù)據(jù)，音頻信號經(jīng)過音頻功率放大后由音頻變壓器耦合進入電話線路以盡可能減小對雙音多頻DTMF（Dual Tone Multi Frequency）信號的影響。

振鈴檢測模塊首先將電話線的信號通過整流濾波后送入S3C2410的外部中斷輸入端，S3C2410根據(jù)不同的鈴音信號控制電話接口電路實現(xiàn)不同的操作，同時識別信號的類型和次數(shù)并提供給上層應用程序。當摘掛機控制模塊接收到CPU發(fā)出的摘掛機控制信號時，模塊中的繼電器接入或斷開一個300Ω電阻以實現(xiàn)自動摘掛機。

該系統(tǒng)中，DTMF編解碼電路采用MT88L89作為DTMF信號的編解碼核心器件。遠端用戶的電話按鍵產(chǎn)生的DTMF信號經(jīng)耦合電容的隔直流后，由MT88L89接收并進行譯碼，結(jié)束后由中斷控制端發(fā)送中斷信號，通知CPU數(shù)據(jù)準備好以備讀取，MT88L89輸出的四位并行二進制數(shù)據(jù)通過Local Bus與CPU相連，此時CPU可獲取鍵值信息；CPU通過Local Bus向MT88L89依次發(fā)送要撥打的電話號碼，經(jīng)MT88L89轉(zhuǎn)換為DTMF信號實現(xiàn)撥號功能。

2.2系統(tǒng)的工作原理

當發(fā)生盜情、火災、煤氣泄漏等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網(wǎng)絡向報警主機發(fā)射經(jīng)數(shù)字編碼的報警信號。報警主機立即發(fā)出警笛聲，同時主動撥通用戶預先設置的電話號碼，將警情以語音的形式通知用戶。語音提示用戶以按鍵形式確認收到報警信息，智能電話報警器識別用戶按鍵的鍵值后確定下一步動作。系統(tǒng)還具有遠程布/撤防功能，即主人在身份驗證后，能通過電話遠程對系統(tǒng)進行布/撤防控制。具備被叫搶線功能，當用戶家中無人、電話占線或有人從外面打入電話企圖占住報警線路行竊，盜警發(fā)生時，系統(tǒng)會自動搶線撥號報警。2無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點設計在不同的應用中，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的組成不盡相同，但一般都由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源這四部分組成[4]。被監(jiān)測物理信號的形式?jīng)Q定了傳感器的類型。處理器通常選用嵌入式CPU，如Motorola公司的68HC16、C51系列單片機等。數(shù)據(jù)傳輸單元主要由低功耗、短距離的無線通信模塊組成，如訊通公司的PTR8000、ZigBee無線模塊等。

3 硬件選用

3.1處理器選用AT89C2051芯片作為無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的處理器。并且采用I/O口模擬SPI口方式與nRF905通訊，配置存儲器接口也采用I/O口模擬。

3.2傳感器要求居家安全，應確保被監(jiān)視的區(qū)域（陽臺、門窗、過道、金庫等）置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)?，F(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應探頭、微波紅外復用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導體氣敏傳感器用于監(jiān)視火警及煤氣泄漏。

3.3無線通訊模塊外圍MCU通過SPI總線配置PTR8000的內(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù)收發(fā)。PTR8000的SPI總線包括四個引腳：CSN（SPI使能）、SCK（SPI時鐘）、MISO（主入從出）和MOSI（主出從入）。SPI總線的每次操作都必須在使能引腳CSN的下降沿開始。CSN低電平有效，總線上的數(shù)據(jù)在時鐘的上升沿有效。MCU對SPI總線的操作不外乎兩種方式：讀和寫。在進行讀操作時，先把CSN置低，然后在MOSI數(shù)據(jù)線上輸出一個表示讀命令的字節(jié)，與此同時，PTR8000會在MISO數(shù)據(jù)線上輸出1字節(jié)表示狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，隨后輸出1字節(jié)地址，后面跟隨有效數(shù)據(jù)。在進行寫操作時比較簡單，MCU先把CSN拉低，然后在MOSI線上輸出寫命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)即可。

3.4電源在該系統(tǒng)中，nRF905為低電壓器件，電壓要求為3.3V，為了與之接口，AT89C2051也工作在3.3V（AT89C2051是寬電壓器件）電壓下。該系統(tǒng)用+5V電源供電，經(jīng)過板上LT1117-3.3V轉(zhuǎn)換得到3.3V電源。

可以預見，隨著無線傳感器網(wǎng)絡技術的發(fā)展成熟，未來家庭安防、家居智能的應用前景會非常廣闊。

參考文獻：

[l]靳秀鳳，安防行業(yè)現(xiàn)狀、未來和可持續(xù)發(fā)展，安全防范網(wǎng)