傅 順，王美玲

(1.北京理工大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，北京 100081；2.北京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，北京 100081)

短距離無線通信可采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如藍牙、IEEE802.11、HomeRF、UWB、紅外線、ZigBee技術(shù)等。短距離無線通信技術(shù)的初衷是為了在移動環(huán)境下提供短距離的寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸及組網(wǎng)[1]。

由于短距離無線通信技術(shù)的功耗一般較低，傳輸距離短，當(dāng)發(fā)送端和接收端的距離大于設(shè)計值時，信號便出現(xiàn)中斷。另一方面，由于藍牙無線通信技術(shù)采用跳頻擴譜方式，在全球開放的2.45 GHz ISM頻帶上以1 600跳/s的速率進行跳頻，并采用低功率時分復(fù)用方式發(fā)射，具有良好的保密防竊聽性能和跳頻抗干擾性[2]。所以，在本安防系統(tǒng)中，利用了藍牙技術(shù)對被保護的對象與主報警器之間的距離實施監(jiān)控，一旦距離過大，信號中斷，便可以啟動報警。

1 系統(tǒng)硬件總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)硬件由防盜助手和主報警器組成。防盜助手安裝在被保護對象(如汽車、保險柜、門磁等)內(nèi)部，它能夠向主報警器發(fā)送藍牙監(jiān)測信號。

系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。防盜助手不斷向主報警器發(fā)送藍牙監(jiān)測信號，當(dāng)被保護對象和防盜助手被移到離主報警器10 m以上時，主報警器由于接收不到藍牙監(jiān)測信號而觸發(fā)主報警器報警，此時揚聲器發(fā)出急促的蜂鳴聲。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

防盜助手由信號發(fā)射模塊和電源模塊組成；主報警器由信號接收模塊、中央處理模塊、電源模塊和揚聲器報警模塊組成如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件模塊圖

當(dāng)防盜助手被用戶設(shè)防時，防盜助手的信號發(fā)射模塊開始發(fā)射藍牙監(jiān)測信號，并自動與主報警器信號接收模塊建立鏈接。當(dāng)主報警器內(nèi)信號接收模塊檢測到監(jiān)測信號時，向中央處理模塊發(fā)送設(shè)防信息，系統(tǒng)進入防衛(wèi)狀態(tài)。當(dāng)主報警器信號接收模塊檢測到監(jiān)測信號中斷時，向中央處理模塊發(fā)送斷鏈信息，中央處理模塊做出判斷，滿足報警條件即向揚聲器報警模塊發(fā)送報警信號，進行報警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 防盜助手電源模塊

防盜助手電源模塊由充電電路、鋰離子電池和穩(wěn)壓濾波電路組成，為信號發(fā)射模塊提供3.3 V DC電源。模塊可由外接5 V DC電源對模塊內(nèi)的鋰電池充電，鋰電池具有防過充過放保護功能。當(dāng)接入外接電源時，使用外接電源對防盜助手供電，同時對鋰電池充電；當(dāng)斷開外接電源時，可由鋰電池對防盜助手單獨供電。模塊內(nèi)部采用SG2011-3.3穩(wěn)壓芯片將輸出電壓穩(wěn)定在3.3 V。電源模塊電路如圖3所示。

圖3 防盜助手電源模塊硬件電路圖

2.2 防盜助手信號發(fā)射及主報警器信號接收模塊

防盜助手的信號發(fā)射模塊及主報警器的信號接收模塊各采用1塊南京國春電氣公司生產(chǎn)的GC-02藍牙模塊。

GC-02藍牙模塊采用CSR公司的AUDIO-FLASH藍牙芯片，模塊可實現(xiàn)藍牙數(shù)據(jù)和語音傳輸。常用于遠程無線遙控、工業(yè)無線數(shù)據(jù)傳輸、安防監(jiān)控等領(lǐng)域[3]。

當(dāng)信號發(fā)射模塊上電，則自動與主報警器信號接收模塊建立藍牙通信，其電路如圖4所示。

主報警器信號接收模塊電路如圖5所示，當(dāng)GC02監(jiān)測到藍牙信號并建鏈后，PIO3端會輸出高電平，否則為低電平[4]，此信號接入中央處理模塊，用以判斷是否建立鏈接。

圖4 藍牙信號發(fā)射模塊硬件電路圖

圖5 主報警器信號接收監(jiān)測模塊硬件電路圖

2.3 主報警器中央處理模塊

主報警器中央處理模塊由一個以AT89C4051芯片[5]為核心的單片機最小系統(tǒng)[6]組成，如圖6所示。此電路包含上電復(fù)位、晶體振蕩和ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C4051微控制器等幾個部分。信號接收監(jiān)測模塊的高低電平信號由P1.2口輸入單片機，當(dāng)盜情發(fā)生時，單片機驅(qū)動P3.7口，使之輸出方波脈沖信號，從而激發(fā)揚聲器報警模塊發(fā)出報警蜂鳴聲。

圖6 主報警器中央處理模塊硬件電路圖

2.4 主報警器揚聲器報警模塊

主報警器揚聲器報警模塊由蜂鳴器和三極管及若干電阻構(gòu)成的開關(guān)電路構(gòu)成，如圖7所示。當(dāng)盜情發(fā)生時，中央處理模塊P3.7口輸出的方波脈沖控制三極管相繼導(dǎo)通或截止，從而驅(qū)動壓電蜂鳴器發(fā)出急促的蜂鳴聲，達到報警的目的。此蜂鳴報警電路是實驗測試電路，實際使用時可以用繼電器驅(qū)動高功率的揚聲器發(fā)出警笛聲進行報警。

圖7 揚聲器報警模塊硬件電路圖

2.5 主報警器電源模塊

主報警器電源模塊硬件電路如圖8所示。12 V DC電源經(jīng)濾波后，經(jīng)L7805CV為單片機提供5V DC電源，發(fā)光二極管進行電源信息指示。AS1117-3.3實現(xiàn)5 V～3.3 V電壓轉(zhuǎn)換功能，為GC02藍牙模塊供電。

圖8 主報警器電源模塊硬件電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件編程采用匯編語言，程序流程如圖9所示。警情判斷通過主報警器中央處理模塊內(nèi)的程序進行，若防盜助手信號發(fā)射模塊和主報警器信號接收模塊之間距離大于10 m時，鏈接斷開，單片機的P1.2口出現(xiàn)下降沿，即觸發(fā)報警，主報警器內(nèi)揚聲器報警模塊發(fā)出急促蜂鳴聲。此時，須重新復(fù)位單片機，方可解除報警。

圖9 單片機程序流程圖

短距離無線通信技術(shù)，由于其傳輸可靠性高、抗干擾能力強、應(yīng)用成本越來越低等特點，非常適用于安防監(jiān)控領(lǐng)域。本文所設(shè)計的系統(tǒng)采用藍牙通信方式實現(xiàn)對被保護對象與主報警器之間的距離監(jiān)控，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、可靠性高的特點。主報警器可放在隱蔽的地方，由于自身的隱避性而使其成為一種隱形的安防系統(tǒng)，以防止被破壞。本系統(tǒng)為安防領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)提供了一條新思路，目前此系統(tǒng)已經(jīng)上報國家專利局申請專利。

[1]王英洲，方旭明.短距離無線通信主要技術(shù)與應(yīng)用[J].數(shù)據(jù)通信，2004(4):54-56.

[2]鄧矣兵，丁善容.個人區(qū)域無線通信技術(shù)[J].現(xiàn)代通信，2000(12):3-4.

[3]南京國春電氣設(shè)備有限公司.GC-02藍牙模塊數(shù)據(jù)手冊.2008，7.

[4]南京國春電氣設(shè)備有限公司.標(biāo)準(zhǔn)預(yù)裝軟件GCM-401使用說明.2008，7.

[5]Atmel Corporation.ATMEL 8-bitmicrocontroller with 4K Bytes flash AT89C4051 preliminary datasheet.1998，2.

[6]張毅剛.單片機原理與應(yīng)用 [M].北京：高等教育出版社，2004.