李海虹，林貞國，郭　宏

(太原科技大學機械工程學院，山西 太原 030024)

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新型多重窗戶防盜報警系統(tǒng)設計*

李海虹，林貞國，郭宏

(太原科技大學機械工程學院，山西 太原 030024)

為了切實實現(xiàn)智能防盜功能，提出了一種新型多重防盜窗戶防盜報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件部分由基于ZigBee的聲光報警模塊、智能控制的機械鎖死模塊、報警與通訊模塊三部分組成，結合軟件程序，實現(xiàn)在偷盜行為發(fā)生時，實現(xiàn)聲光報警的同時機械自鎖模塊鎖死窗戶，并且主人能接收到報警短消息，能夠實時了解家居安全性狀況，從而大大提高了防盜安全性。

新型窗戶防盜；ZigBee聲光報警；機械自鎖模塊；GSM通訊

在生活應用中，為了提高家居安全性，已經(jīng)有很多種先進的窗戶防盜報警系統(tǒng)，如先進的防盜窗、利用單片機控制的紅外線聲光報警系統(tǒng)，通過窗磁傳感器，振動傳感器，來感應窗戶防盜行為，利用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)防盜，還有通過GSM信息發(fā)送方式通知主人的方式[1，4]。但是許多功能不夠完善，本文提出一種新型多重智能化窗戶防盜報警系統(tǒng)，它是基于ZigBee裝置實現(xiàn)聲光報警，采用ZigBee開發(fā)板替代單片機從而實現(xiàn)系統(tǒng)反饋信息的分析，以及有智能化接口的機械自鎖裝置鎖死窗戶，阻止窗戶打開，通過GSM通信模塊將信息傳送給電腦或者手持智能設備，達到防盜報警的功能。

1　系統(tǒng)總體設計

該系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成，其中硬件部分有ZigBee控制的聲光報警電路和智能化自鎖功能的機械裝置，軟件部分有判斷盜竊行為發(fā)生并實現(xiàn)聲光報警和實現(xiàn)GSM信息通訊功能的程序。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)硬件部分設計

2.1聲光報警模塊

系統(tǒng)該部分由紅外傳感器、ZigBee裝置，單片機，LED顯示的控制電路組成。平時傳感器輸出低電平[3]，相應的ZigBee裝置模塊控制的LED(紅燈)是滅的，當有人闖入窗戶附近時，紅外傳感器感應到紅外輻射，傳感器原來輸出的低電平信號變?yōu)楦唠娖叫盘?，此高電平輸入ZigBee裝置，模塊控制的LED(紅燈)不停閃爍，同時高電平信號輸入單片機接口，經(jīng)單片機軟件程序處運行后，ZigBee裝置輸出控制信號，驅動報警電路實現(xiàn)聲光報警并將信息傳送給電腦或者手持智能設備，從而實現(xiàn)其功能。該部分框圖如圖2所示。

圖2　聲光報警部分框圖

2.2智能化機械鎖死模塊

窗戶機械鎖死模塊由開關窗模塊和機械控制模塊組成，其中開關窗模塊由卡槽、插銷和殼體組成，如圖3；機械控制模塊由電磁鐵、杠桿、連桿以及支撐體組成，如圖4，平時，電磁鐵斷電，杠桿在左端重物作用下下壓，使杠桿左低右高，使得窗戶能正常打開和關住。其特點在于卡槽內設有鋸齒槽，插銷為楔形鎖舌，插銷通過連桿與杠桿連接，連桿另一端連接著電磁鐵，電磁鐵由控制模塊控制?？ú郯惭b在窗戶底槽，殼體安裝在窗扇靠底部合適高度，電磁鐵、杠桿、連桿安裝在支撐體內，插銷以及支撐體安裝在殼體內。在三維制圖軟件Solidworks中，將其三維整體效果圖繪出，如圖5。

此模塊可以實現(xiàn)開窗與鎖窗的功能，具體開或鎖需要由機械控制模塊控制，平時機械控制模塊式是常開狀態(tài)，插銷處于高位。有人闖入窗戶附近時，單片機控制部分傳來電信號，通過引線，電磁鐵通電，排斥杠桿磁鐵部分向上運動，從而使右端的連桿及插銷向下卡住卡槽，鎖死窗戶。

圖3　開關窗模塊剖視圖

圖4　機械控制模塊常態(tài)圖

圖5　自鎖裝置整體效果圖

2.3通訊模塊

系統(tǒng)中通訊模塊由計算機，單片機、GSM模塊和智能移動設備，如智能手機組成，實現(xiàn)當聲光報警的同時由單片機發(fā)出信號到GSM無線通訊模塊，接收短消息和發(fā)出語音呼叫的功能，從而進一步實現(xiàn)智能防盜。

本系統(tǒng)主要采用GSM模塊TC35的短消息接收和發(fā)送功能，GSM無線通信模塊TC35具有語音、數(shù)據(jù)呼叫、短消息等許多功能，當主人接到短信通知家中被盜時，能夠及時報警。基于Zigbee裝置與GSM的短消息收發(fā)系統(tǒng)的組成框圖如圖6所示。

圖6短消息接收系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)主要由兩個模塊Zigbee通訊裝置與GSM通信模塊TC35實現(xiàn)MCU(Microprogrammed Control Unit)與GSM模塊之間的有線數(shù)據(jù)傳輸；GSM與智能化設備通信模塊，實現(xiàn)GSM模塊與智能移動設備的無線數(shù)據(jù)傳輸。

本設計采用PC機處理傳輸過程的數(shù)據(jù)，因為GSM通信模塊TC35和單片機AT89S52都是利用串口進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，所以直接將傳輸?shù)據(jù)通過單片機發(fā)送給GSM通信模塊TC35，實現(xiàn)通訊。其中，MAX232模塊是實現(xiàn)電平轉換的功能。設計電路框圖如圖7所示。

圖7系統(tǒng)設計框圖

3　系統(tǒng)軟件設計

3.1報警系統(tǒng)軟件設計

自動報警器軟件部分采用模塊化設計，分為主程序、掃鍵程序等。應用匯編語言編程，使用G6W型仿真器，在Keil uVision2環(huán)境里運行，最后用燒寫器將程序寫入單片機。編程語言的軟件設計采用MCS-S1匯編語言編寫自動報警器中相關程序(如撥號、檢測等)，詳細的程序本文中將不詳細的列出，下面是主程序設計框圖，如圖8所示。

圖8　主程序框圖

3.2TC35通信程序設計

為能實現(xiàn)電腦與模塊的直接通信，本設計中防盜報警系統(tǒng)檢測使用WINDOWS系統(tǒng)自帶的“超級終端”軟件，此處將波特率設置為9 600 Hz，數(shù)據(jù)位為8位，停止位為1位，無奇偶校驗，該系統(tǒng)以微控制器Zigbee裝置為監(jiān)控模塊。

用戶接收發(fā)送短消息，也由單片機發(fā)出的信號來控制實現(xiàn)，當單片機檢測到有外部中斷時，向用戶發(fā)送短信息來實現(xiàn)通知用戶報警，這里短消息內容必須符合時限規(guī)定的協(xié)議，每次發(fā)送和接收的指令需要有一定規(guī)格，使得收發(fā)雙方可以解釋發(fā)送的指令，并且及時處理指令的內容，完成信息接收功能。

短信收發(fā)有兩種方式分別為：TEXT 模式和PDU(protocol data unit)模式，均由T35模塊來實現(xiàn)。其中，PDU模式是采用UNICODE編碼發(fā)送漢字和英文，但PDU碼合成過程比較復雜。TEXT模式無需編碼，但是只能發(fā)送英文。本設計中只需要能夠實現(xiàn)發(fā)送功能即可，為了簡便易行，采用TEXT模式。當T35模塊與電腦通信成功時，“超級終端”界面會顯示出“^SYSSTART”字樣，然后輸入“AT”，回車，可以看到返回信息：“OK”。

當實現(xiàn)通信成功后，接著便能夠實現(xiàn)短信息發(fā)送功能，短信息的發(fā)送分為以下兩步：

1) 發(fā)送接收的手機號碼，等待應答：“>”，AT+CMGS="137xxxxxxxx"回車(此號碼為目的地址)。TC35模塊回應：AT+CMGS=“137xxxxxxxx”>

2) 在TC35模塊輸入所要發(fā)送的短信息的內容(只能是英文)：alarm，以ctrl+z的組合鍵結束，手機便可以成功接收發(fā)送出來的短消息：alarm[17]，從而實現(xiàn)通訊功能。

4　結論

本文以切實實現(xiàn)防盜功能為目的，設計了新型窗戶防盜報警系統(tǒng)，具有多重功能，實現(xiàn)聲光報警、智能化機械自鎖、短信發(fā)送等功能，設計出其硬件電路部分，在三維制圖軟件中將機械裝置部分模型展示出來，編寫了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的軟件程序，通過實驗驗證，證明該種新型防盜報警系統(tǒng)具有很好的使用價值，功能性非常好。

[1]薛亮.適用于智能化建筑和小區(qū)管理的安防系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].天津科技,2009，36(1):5.

[2]Document 03285r0:Suggestions for the Improvement of the IEEE 802.15.4 Standard,July 2003.

[3]吳英才，林華清.熱釋電紅外傳感器在防盜系統(tǒng)中的應用[M].傳感器技術,2002.

[4]梁威.智能傳感器與信息系統(tǒng)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

[5]Zigbee Alliance, http://www.zigbee.org.

[6]黃仁喆.將窗戶鎖固于不同位置的裝置：韓國，99120731.9[P].2000,03,29.

[7]約翰·羅索·沃茨布仁登·喬治大衛(wèi)·格林伯里.滑動門和窗戶鎖:澳大利亞，200980101256.9[P].2010,11,17.

[8]叢大力.一種自動窗戶鎖：中國，200920025398.9[P].2010,03,03.

[9]荊其林.智能防盜窗：中國，200810006141.9[P].2009,08,19.

Design of Multiple Anti-Theft Alarm System

Li Haihong, Lin Zhenguo, Guo Hong

(SchoolofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,TaiyuanShanxi030024,China)

The article puts forward a new multiple anti-theft window alarm system which is composed of three parts: audible and visual alarm module based on ZigBee; intelligent controlled mechanical lock; alarm module and communication module. When the stealing behavior happens, the windows are triggered with the sound and light alarm functions, while the windows are locked with the mechanical self-locking module at the same time, also the host can receive the message information and real-time know the safety conditions of home, thus greatly promote the anti-theft security.

new window anti-theft system; sound and light alarm of ZigBee; mechanical locking module; GSM communication

2016-07-05

山西省青年基金項目(2010021021-2)；山西省高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(2013238)

李海虹(1978- )，女，山西太原人，副教授，博士，研究方向：機械測試技術、機構動力學。

1674- 4578(2016)04- 0056- 03

TP277

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