栗文靜

（安徽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

基于無線傳輸?shù)倪h(yuǎn)程家庭安防系統(tǒng)研究

栗文靜

（安徽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，安徽 合肥 230601）

文章提出了一種基于無線傳輸?shù)倪h(yuǎn)程家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。由于現(xiàn)在社會生活節(jié)奏快，為讓年輕人能安心工作，文章通過對家庭環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶家庭一旦出現(xiàn)有盜竊、燃?xì)庑孤?、水管破裂和火?zāi)等險情時，通過GSM無線傳輸?shù)姆绞较蛴脩艏皶r發(fā)送短信，同時用戶可以采用自動和手動兩種方式實現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程控制。

無線傳輸；遠(yuǎn)程監(jiān)控；GSM

1 課題背景

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代人的生活節(jié)奏也在加快，造成當(dāng)今社會壓力大，工作強(qiáng)度高。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)代家庭中，由于沉重的生活壓力，多數(shù)家庭都是雙職工。平時工作日，年輕夫婦大多數(shù)外出上班，早出晚歸，這就造成家庭和家中老人白天無人照看的情況；還有部分家庭，白天家中只留有老人照顧年幼的孩子，因老人和孩子都是弱勢群體，有些不法分子專挑這樣的家庭下手，進(jìn)行盜竊、入室搶劫等違法行為，新聞媒體也多次報道過類似事件；另外也存在家人出差或外出游玩，家庭無人照顧的情況。為了有效地保護(hù)居民的生命和財產(chǎn)安全，讓年輕人安心地工作，在住宅引入智能化手段對家庭住宅情況進(jìn)行實時監(jiān)控是十分必要和有意義的。本文以家庭住宅為研究對象，設(shè)計了家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對家庭環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測，用戶家庭一旦出現(xiàn)有盜竊、燃?xì)庑孤⑺芷屏押突馂?zāi)等險情時，立刻通過手機(jī)短信方式通知用戶，用戶可以實現(xiàn)家庭的遠(yuǎn)程控制。

圖1 遠(yuǎn)程家庭安防系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計了一套針對家庭的遠(yuǎn)程安防系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)采集單元將家庭環(huán)境數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊傳送至上位機(jī)主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常，即啟動自動控制方式關(guān)閉燃?xì)忾y門，水管閥門等。同時將處理后的異常信息通過對外網(wǎng)絡(luò)傳輸單元GSM傳送至用戶的手機(jī)上，用戶也可以采用手動方式通過短信遠(yuǎn)程控制家庭安防系統(tǒng)，從而達(dá)到實時監(jiān)測和控制的目的。本系統(tǒng)主要有監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、防盜報警和緊急求助的功能。室內(nèi)部分采用無線方式傳輸采集的信號，無需布線、成本低、安裝方便、使用靈活。數(shù)據(jù)的實時傳輸降低了家中發(fā)生事故的風(fēng)險，增加了監(jiān)測的可靠性。本系統(tǒng)的室內(nèi)部分采用了點對點的通信，采用超低功耗的MSP430單片機(jī)和NRF24L01相結(jié)合的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離無線收發(fā)。一旦發(fā)現(xiàn)異常，通過外網(wǎng)絡(luò)傳輸單元GSM將異常信息傳送至用戶的手機(jī)上。遠(yuǎn)程家庭安防系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元

環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元主要負(fù)責(zé)采集家庭室內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括：水、門、窗、煤氣、燃?xì)狻⒒馂?zāi)，通過無線收發(fā)模塊NRF24L01發(fā)送、接收數(shù)據(jù)信息。為實現(xiàn)防盜功能，本系統(tǒng)采用主動式紅外對射傳感器，安裝于門窗及一切需要設(shè)防的位置，采用多光束綜合判斷，當(dāng)有一定體積的障礙物遮擋時，才被觸發(fā)，極大地降低了傳感器的誤報。為實現(xiàn)監(jiān)測火災(zāi)的目的，本設(shè)計選用離子式煙霧傳感器，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報警系統(tǒng)中。本設(shè)計選用可燃?xì)怏w檢測傳感器來監(jiān)測是否出現(xiàn)燃?xì)庑孤?，它能檢測多種可燃?xì)怏w，特別是天然氣。采用水管泄漏控制器完成水管漏水的檢測和遠(yuǎn)程控制，一旦發(fā)現(xiàn)漏水，控制器立即啟動繼電器，輸出常開常閉無源信號。

2.2 無線傳輸模塊

本系統(tǒng)采用的無線傳輸模塊是NRF24L01，負(fù)責(zé)與底層傳感器、家庭上位機(jī)主控單元相連，用于室內(nèi)短距離無線傳輸，將環(huán)境數(shù)據(jù)采集單元到的數(shù)據(jù)通過無線收發(fā)模塊片發(fā)送至上位機(jī)主控單元，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能。

2.3 GSM模塊

本系統(tǒng)中選用GSM通信模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸，它的功能是將檢測到的家庭異常情況及時通過短信方式發(fā)送到用戶的手機(jī)上。它具備 GSM 短信、GSM 電話、還具備GPS定位功能。由主控單元 MSP430控制GSM模塊，通過串口執(zhí)行 AT 指令，由 AT 指令控制命令執(zhí)行，支持低功耗模式，電壓范圍為 3.4～4.5V。使用方便，操作簡單。

2.4 微控制器單元

本系統(tǒng)涉及兩種微控制器模塊，分別用于GSM模塊通信及無線數(shù)據(jù)接收處理、環(huán)境數(shù)據(jù)采集控制單元，本設(shè)計使用ARM控制GSM模塊及無線數(shù)據(jù)接收處理。考慮到實時監(jiān)測系統(tǒng)的特點，本設(shè)計環(huán)境數(shù)據(jù)采集控制單元選用美國德州儀器（TI）推出的16 位低功耗的MSP430F149單片機(jī)作為主控器，它處理速度快，功耗低，且具有五種不同的省電模式。電源電壓范圍1.8～3.6V，用普通電池供電即可，MSP430F149 工作在1 MHz，2.2 V電壓下電流消耗為 280 μA，待機(jī)模式下電流消耗僅為 1.6 μA。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件設(shè)計包括兩方面，一方面是：環(huán)境數(shù)據(jù)采集控制單元的設(shè)計，主要包括單片機(jī)MSP430F149控制不同傳感器采集家庭環(huán)境參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)通過NRF24L01發(fā)送給上位機(jī)ARM；另一方面是上位機(jī)ARM的控制功能實現(xiàn)，包括控制NRF24L01接收家庭環(huán)境參數(shù)，并把接收的參數(shù)和預(yù)設(shè)值進(jìn)行對比，判斷是否超限，如果超限即控制GSM向用戶手機(jī)發(fā)送異常信息，每10秒發(fā)送一次，如果用戶30秒之內(nèi)沒有啟動手動控制方式處理家庭異常情況的話，則啟動自動控制方式處理異常情況。GSM遠(yuǎn)程通信及無線數(shù)據(jù)接收處理程序流程如圖2所示。

圖2 GSM遠(yuǎn)程通信及無線數(shù)據(jù)接收處理程序流程

4 結(jié)語

本文從理論上分析和研究了基于無線傳輸?shù)募彝ミh(yuǎn)程安防監(jiān)控系統(tǒng)，分別對其系統(tǒng)總體設(shè)計、各功能模塊及軟件設(shè)計進(jìn)行了闡述。本系統(tǒng)利用傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、單片機(jī)及GSM等技術(shù)，實現(xiàn)了對家居環(huán)境的實時監(jiān)控，具備防盜、防火災(zāi)、防燃?xì)庑孤┑墓δ?，系統(tǒng)功耗低，工作穩(wěn)定可靠，讓用戶可以安心工作或外出，有良好的應(yīng)用前景。

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Research on remote home security system based on wireless transmission

Li Wenjing
（Urban Construction College of AHJZU, Hefei 230601, China）

This paper presents the design and realization of the remote home security system based on wireless transmission .Due to the fast-paced life and the busy work and in order to make the young people busy with their work securely, this paper remotely monitors the family environment so that it can send short messages to the user timely via GSM wireless transmission once the user’s family appears dangerous situations such as theft, gas leakage ,water pipe burst and fire. At the same time the users can adopt two ways：automatic mode and manual mode to realize the remote control of the family.

wireless transmission; remote monitoring; GSM

栗文靜（1986— ），女，安徽亳州，碩士，助教；研究方向：電子信息工程。