摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在智能家居系統(tǒng)中，無線智能報警系統(tǒng)越來越受到人們的青睞。無線智能報警系統(tǒng)能夠在家庭發(fā)生緊急情況時發(fā)出警報聲，讓人們及時發(fā)現(xiàn)并處理緊急情況，保障家庭安全?；趩纹瑱C技術(shù)的無線智能報警系統(tǒng)的設(shè)計，不僅能夠降低成本，還能提高其穩(wěn)定性并保障整體更為安全。本文由單片機技術(shù)視域出發(fā)，就其中涉及的無線智能報警系統(tǒng)做出相關(guān)闡述，針對無線智能報警系統(tǒng)設(shè)計策略提出了相關(guān)建議，以期為后續(xù)優(yōu)化無線智能報警器性能貢獻力量。

關(guān)鍵詞：單片機；無線；智能報警系統(tǒng)；設(shè)計探究

智能報警系統(tǒng)的無線技術(shù)分為藍牙技術(shù)和Zig-Bee技術(shù)?，F(xiàn)在最好的藍牙芯片是CC2541，此芯片屬低能耗且私有2.4GHz功率真正片載系統(tǒng)，但是其無線傳輸距離不能滿足較遠距離的報警。Zig-Bee技術(shù)使用CC2530芯片，其有一個IEEE802.15.4兼容無線收發(fā)器，且該芯片結(jié)合了先進的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能和增強型8051CPU的強大功能，可以以低功耗實現(xiàn)更大范圍內(nèi)的無線通信。

本文設(shè)計了基于Zig-Bee的無線智能報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有能耗低、信號傳輸距離遠等特點，還具有無線智能化報警功能。

一、系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于單片機技術(shù)的無線智能報警系統(tǒng)主要由無線傳輸模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和顯示模塊組成。該系統(tǒng)能夠?qū)抑械那闆r進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)危險情況，即可及時發(fā)出警報信息，從而保障人們的生命財產(chǎn)安全。在無線傳輸模塊中，通過串口與單片機相連，同時對單片機的命令進行處理和傳輸，最終將報警信息傳輸給報警接收模塊。無線發(fā)射模塊是該系統(tǒng)最重要的組成部分，其主要功能是將接收到的警報信息進行處理和分析，最終通過單片機對報警信息進行判斷，并確定是否需要發(fā)送警報信息給相關(guān)人員。智能報警系統(tǒng)中的無線發(fā)射模塊原理結(jié)構(gòu)等內(nèi)容如圖1、圖2所示。當溫度傳感器測得的溫度超過上限或者人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到有人經(jīng)過時，CC2530芯片產(chǎn)生信號，由無線發(fā)射電路發(fā)射出去。當無線接收電路接收到信號，經(jīng)CC2530芯片處理后由顯示設(shè)備顯示出當前周圍溫度或提示有人經(jīng)過。

在該系統(tǒng)中，控制裝置主要包括電源開關(guān)、蜂鳴器、聲光報警器、鍵盤、顯示器等。當發(fā)生緊急情況時，控制裝置能夠及時發(fā)出警報信息。當傳感器檢測到危險情況時，能夠?qū)z測結(jié)果傳輸給單片機和報警接收模塊。當單片機和報警接收模塊判斷出危險情況后，會利用蜂鳴器發(fā)出警報聲進行報警處理。同時，控制裝置還能夠?qū)缶畔l(fā)送給其他相關(guān)人員，以便其及時處理緊急情況。在顯示模塊中主要包括 LCD液晶顯示屏和數(shù)碼管顯示屏等；控制模塊主要包括鍵盤、顯示器、單片機、無線通信模塊等。該系統(tǒng)還需要設(shè)計鍵盤、顯示器和無線通信模塊等的電路部分。

二、無線報警器

無線報警器主要由接收裝置、發(fā)射裝置、信號處理電路和電源電路等組成。其中，接收裝置主要由紅外接收頭、光電轉(zhuǎn)換裝置、報警控制電路及信號處理電路等組成。而發(fā)射裝置主要由微控制器和功率放大器組成，其工作原理是：當家里有小偷或竊賊入侵時，微控制器會發(fā)出報警信號，同時功率放大器會將信號放大并傳輸給接收裝置，如果小偷或竊賊離開了現(xiàn)場，那么報警器就不會發(fā)出警報聲。同時，為了便于人們識別報警信息和緊急情況類型，接收裝置還需要配置顯示屏，將報警信息顯示出來。接收裝置與發(fā)射裝置之間的通信方式有無線傳輸、有線傳輸和有線+無線混合傳輸?shù)葞追N。

（一）無線傳輸

無線傳輸是指利用無線電信號進行信息傳輸，這種通信方式的優(yōu)點是使用方便、成本較低。在無線傳輸過程中，一旦出現(xiàn)信息傳輸錯誤，就會導(dǎo)致報警系統(tǒng)無法正常運行。另外，在無線傳輸過程中，由于無線信號傳播距離有限，如果想要擴大傳播范圍就必須使用中繼器。但在實際應(yīng)用過程中，由于中繼器需要占用一定的空間資源，同時在使用過程中還存在一定的安全隱患，需要對中繼器進行合理的選擇。因此，本文的設(shè)計采用了以下兩種無線傳輸方式：1.射頻無線傳輸。在射頻無線傳輸過程中，當接收裝置發(fā)出報警信號后，需要將信號調(diào)制成特定頻率的信號，然后通過天線發(fā)射出去。2.無線網(wǎng)絡(luò)。在無線網(wǎng)絡(luò)通信過程中，接收裝置發(fā)出報警信號后，可以同步將報警信息發(fā)送到計算機網(wǎng)絡(luò)；同時，也可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)對報警信息進行遠程監(jiān)控。

（二）有線傳輸

有線傳輸是指將裝置經(jīng)由電纜線或網(wǎng)絡(luò)線路連接起來，以進行數(shù)據(jù)傳送的一種技術(shù)方法。在安全保護領(lǐng)域、在視頻監(jiān)控、報警等方面，電纜傳輸被廣泛應(yīng)用。與無線傳輸相比，有線通信具有更大的優(yōu)勢，即信號穩(wěn)定可靠。同時，有線傳輸適用于長距離傳送，能保證信號的品質(zhì)與穩(wěn)定，且不會因為距離太遠而造成信號損耗。所以，在對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、穩(wěn)定性要求較高的領(lǐng)域，如安全保護領(lǐng)域，適宜采用有線傳輸?shù)姆绞??？傊?，有線傳輸是安全防護系統(tǒng)中不可或缺的一項關(guān)鍵技術(shù)，它可為安全信息的傳遞提供可靠的保障，有助于保證整個安全系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)與對險情的有效監(jiān)測。

三、緊急報警器的硬件設(shè)計

緊急報警器的硬件主要包括三個部分：報警電路、顯示電路和控制電路。報警電路主要包括蜂鳴器和撥號鍵盤。蜂鳴器是緊急報警器的核心，其工作原理是，當人們按下報警按鈕時，蜂鳴器便會發(fā)出刺耳的聲音。通過對蜂鳴器的控制，能夠及時提醒相關(guān)人員處理緊急情況。當緊急情況解除后，警報信號便會自動消失；顯示電路主要包括顯示屏和 LED指示燈；控制電路主要包括定時器、A/D轉(zhuǎn)換器和電源管理模塊?？刂齐娐分饕糜谶B接單片機與外部設(shè)備。A/D轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時處理和存儲。當數(shù)字信號產(chǎn)生后，A/D轉(zhuǎn)換器會將其傳輸給單片機處理和儲存，并以數(shù)字形式呈現(xiàn)出來，供人們查看。

（一）報警電路

緊急報警器的報警電路由蜂鳴器和撥號鍵盤兩個部分組成。當人們按下報警按鈕后，蜂鳴器便會產(chǎn)生蜂鳴脈沖，并將報警脈沖信號傳遞給單片機。單片機接收到信號后，會將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過顯示屏顯示出來。撥號鍵盤是緊急報警器的外部接口，其主要是為了實現(xiàn)與單片機的通信。同時，撥號鍵盤還能對緊急情況進行報警。當人們按下報警按鈕時，撥號鍵盤便會產(chǎn)生相應(yīng)的蜂鳴脈沖信號，并將其傳輸給單片機，之后的報警路徑與原理，與蜂鳴器相同。在設(shè)計緊急報警器時需要注意以下問題：首先，必須確保蜂鳴器和撥號鍵盤之間的距離適中；其次，蜂鳴器和撥號鍵盤的位置要相對固定；最后，蜂鳴器和撥號鍵盤都應(yīng)設(shè)置為雙電源供電模式。這樣既能有效保證緊急報警器的安全性和穩(wěn)定性，又能提高其工作效率[2]。

（二）顯示電路

顯示電路主要包括顯示屏和 LED指示燈，其中顯示屏由6個 LED組成。顯示屏顯示內(nèi)容由蜂鳴器的報警內(nèi)容和時間設(shè)定的報警時間兩部分組成。其中，蜂鳴器的報警內(nèi)容主要有：緊急情況發(fā)生、火災(zāi)、煤氣泄漏、燃氣泄漏等，而時間設(shè)定則包括：“30秒”“10分鐘”和“5分鐘”等。其中，“30秒”是指報警時間的最后30秒，“10分鐘”是指報警時間的最后10分鐘，“5分鐘”是指報警時間的最后5分鐘。同時，在顯示屏上還可以設(shè)置多個按鍵。按鍵功能主要與蜂鳴器對應(yīng)。當按鍵按下后，蜂鳴器便會發(fā)出刺耳的聲音，提醒人們及時處理緊急情況。當按鍵被取消后，蜂鳴器便會自動停止鳴響。在顯示屏上設(shè)置多個按鍵，主要是為了方便人們根據(jù)不同的緊急情況選擇不同的按鍵，從而達到及時處理緊急情況的目的。

（三）控制電路

首先，當緊急情況發(fā)生后，報警電路會發(fā)出蜂鳴脈沖，警示人們及時處理緊急情況。為了減少電路中的能量損耗，將蜂鳴器接入單片機的P1.0口。由于P1.0口是低電平，當蜂鳴器接收信號后，其輸出會變高，同時也會產(chǎn)生蜂鳴器脈沖。其次，A/D轉(zhuǎn)換器將蜂鳴器輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將其儲存在單片機中。最后，為了保證電源的使用壽命，其需要將電源管理模塊接入到P1.6口。此外，控制電路中的定時器與單片機連接時需要注意：當定時器時間小于等于0的時候，其不能輸入數(shù)字信號；當定時器時間大于等于0的時候，其能夠輸入數(shù)字信號[3]。

四、軟件設(shè)計

智能報警系統(tǒng)軟件使用嵌入式IAR Embedded Workbench OSAL開發(fā)環(huán)境。IAR是一個非常有效的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它能使用戶充分地開發(fā)并管理嵌入式應(yīng)用工程。發(fā)送模塊與接收模塊都需要依托于識別模塊地址連接而完成，其中發(fā)送模塊地址為：SHOR_TADDR0=0x50;SHORT_ADDR1=0x20；接收模塊地址：SHORT_ADDR0=0xEF：SHORT_ADDR1=0xBE。發(fā)送模塊發(fā)送過程如下：初始化程序，使主時鐘晶振工作在32MHz，配置LED、繼電器、按鍵、溫度傳感器模塊、人體感應(yīng)模塊等各個模塊實現(xiàn)外部中斷，構(gòu)建工作信道，使接收緩沖器得到有效清空，同時行使接收功能。再發(fā)送模塊網(wǎng)址，使各方建立通信連接；在溫度過高而超過安全值時，無線裝置將發(fā)送溫度警報；當檢測到人體移動時，將安防報警命令無線發(fā)送出去。接收模塊接收過程如下：初始化程序，使主時鐘晶振工作在32MHz，配置LED、蜂鳴器和繼電器，構(gòu)建工作信道，以此采集命令與地址；在溫度警報與安防警報等指令順利傳達后，工作人員需要依照命令做好對應(yīng)處理工作。

（一）系統(tǒng)性能需求分析

獨立式無線報警器在系統(tǒng)中的監(jiān)控面積相對較大，一般情況下單體可達60—80平方米?；馂?zāi)監(jiān)控則需要依據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-98）中的要求確定，保障響應(yīng)值不高于0.15dBm。報警訊息完成傳達后，系統(tǒng)整體的響應(yīng)時間需要控制在3秒內(nèi)，同時需要兼顧接收終端可能存在的延遲等各類情況，保障最長響應(yīng)時間在10秒內(nèi)。以單片機技術(shù)為依托的無線智能報警系統(tǒng)對運行環(huán)境也有一定要求，最佳運行環(huán)境為-10℃至+50℃之間，相對濕度需要控制在 95%以內(nèi)。獨立式報警器的最佳運行環(huán)境氣溫為-10℃至+80℃，相對濕度也需要控制在95%以內(nèi)。且系統(tǒng)正常運行的時間段需要保持至少3個月。系統(tǒng)硬件自身存在初始化與自我檢查等功能，上電后需要保障同步排除硬件故障，同時能對軟件存在的漏洞做出自主修復(fù)[4]。報警數(shù)據(jù)則需要提升保密性，確保傳輸環(huán)節(jié)不被竊取，因此應(yīng)當選擇特定接收端負責(zé)接收數(shù)據(jù)，保障外部網(wǎng)絡(luò)禁止訪問或修改信息。

（二）兼容性與擴展性要求

依托于單片技術(shù)支持的無線智能報警系統(tǒng)需要在連接不同終端設(shè)備時配置對應(yīng)接口，保障不同數(shù)據(jù)在終端設(shè)備與子系統(tǒng)之間順利傳輸。同時也需要兼顧系統(tǒng)整體安全，為數(shù)據(jù)設(shè)置獨立局域網(wǎng)。而針對獨立式無線報警器則需要配置對應(yīng)的模塊安裝接口，用戶依照應(yīng)用需求自主選擇并完成安裝。

（三）故障處理要求

當無線智能報警器為獨立式時，裝置自身可實現(xiàn)按鍵復(fù)位，用戶可自主清除其中的報警狀態(tài)。在系統(tǒng)處于報警狀態(tài)時，用戶僅需二次按壓復(fù)位按鍵即可使系統(tǒng)恢復(fù)初始情況。用戶還可以通過現(xiàn)場集中控制器上的TFT觸摸顯示屏上的“報警消除”選項來進行系統(tǒng)的初始化[5]。最后，監(jiān)控終端也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺對獨立式無線智能報警器和現(xiàn)場集中控制器進行復(fù)位操作。

五、結(jié)束語

基于單片機技術(shù)的無線智能報警系統(tǒng)的設(shè)計，是現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)的重要組成部分。本文對基于單片機技術(shù)的無線智能報警系統(tǒng)進行了分析和研究，并提出了無線智能報警系統(tǒng)的設(shè)計方法，希望該系統(tǒng)的設(shè)計能進一步提高無線智能報警器的性能。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了顯著提升，人們對生活品質(zhì)也提出了更高要求。基于單片機技術(shù)的無線智能報警系統(tǒng)，不僅能提高人們生活質(zhì)量，還能使家庭安全得到保障。

作者單位：蔣莉莉 泰州技師學(xué)院

參考文獻

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