基于無線傳感器網絡的小區安防監控系統設計

趙占濤

【摘要】隨著社會的進步，大多數校區已經陸陸續續的完成了校區安防監控系統，也有少數高檔樓盤進行了一些更高層次的智能化建設，并逐步向前發展。本文主要研究無線傳感器網絡在校區安防監控系統設計的應用，整個安防監控系統中所記錄所有的視頻、音頻、報警數據，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絡校區安防監控系統設計具有安全性、靈活性、網絡性和智能性的特點。

【關鍵詞】無線傳感器；網絡；小區安防

引言

無線傳感器網絡是新一代的傳感器網絡，具有非常廣泛的應用前景，其發展和應用，將會給人類的生活和生產的各個領域帶來深遠影響。美國商業周刊和MIT技術評論在預測未來技術發展的報告中，都將無線傳感器網絡列為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。無線傳感器網絡的分布式、自組織的網絡性能和無線通信技術，為實現智能無線家庭安防提供了可能。

1 安防技術發展概況

經過多年的發展，智能小區家居智能化系統越來越成熟，功能越來越完善，安防報警系統已成為智能小區家居智能化重要組成部分。因此必須建立一個穩定、可靠、易操作的安防報警系統。穩定、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智能家居的發展現狀

自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經濟比較發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，通過在場內模擬"未來之家"推出了新加坡模式的家庭智能化系統。它的系統功能包括三表抄送功能、安防報警功能、可視對講功能、監控中心功能、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、寬帶網接入和統軟件配置等，這種"未來之家"家庭智能化系統，市場真正啟動尚需時日。目前在新加坡也有近30個社區（住宅小區）近5000戶的家庭采用了"家庭智能化系統"，美國已有近四萬戶家庭安裝了這一類的"家庭智能化系統"，將會有更多的住宅安裝上這一類高科技智能化系統產品。目前美國有一種占據市場主流的產品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 國內安防行業發展情況

近兩年來，安防行業又有了進一步的發展。在我國已加入WTO的形勢一下，積極探討安防行業的發展問題，對于維護社會治安穩定，促進經濟的繁榮，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深遠的意義。我國安防行業是隨著社會主義市場經濟的發展而逐步成長起來的，改革開放以來，在國民經濟迅速發展，人民生活水平日益提高的推動下，安防行業出現了一個蓬勃發展的勢頭。尤其九五期間，我國住宅產業異軍突起，極大地促進了安防行業擴大產業規模。1998年起年產值近10億元的大型安防企業集團土市公司不斷涌現。迄今，己有專營或兼營的從業單位數千家，產品種類發展到10余類，100多個品種，從業人員數萬人。1999年初，統計部門針對7類安防產品生產企業進行3步統計，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、立林等品牌企業的市場份額不斷擴大，從一定程度上改變了我國安防產業的小而全的落后局面，激發了安防行業的活力。最近幾年統計數字顯示：中國安防產品行業平均以15%-30%的年增長率迅速成長。

2 系統的硬件結構和工作原理

2.1系統的硬件結構

該系統由一個報警主機和無線傳感器網絡節點組成。報警主機由基于S3C2410的32位嵌入式微控制器的開發平臺和無線通訊模塊組成。報警主機與無線傳感器網絡節點構成星型拓撲無線網絡。

利用S3C2410本身所具有的IIS接口，通過擴展UDA1341構成音頻處理模塊，實現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接口來交換音頻數據，音頻信號經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根據不同的鈴音信號控制電話接口電路實現不同的操作，同時識別信號的類型和次數并提供給上層應用程序。當摘掛機控制模塊接收到CPU發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電阻以實現自動摘掛機。

該系統中，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生的DTMF信號經耦合電容的隔直流后，由MT88L89接收并進行譯碼，結束后由中斷控制端發送中斷信號，通知CPU數據準備好以備讀取，MT88L89輸出的四位并行二進制數據通過Local Bus與CPU相連，此時CPU可獲取鍵值信息；CPU通過Local Bus向MT88L89依次發送要撥打的電話號碼，經MT88L89轉換為DTMF信號實現撥號功能。

2.2系統的工作原理

當發生盜情、火災、煤氣泄漏等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網絡向報警主機發射經數字編碼的報警信號。報警主機立即發出警笛聲，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，盜警發生時，系統會自動搶線撥號報警。2無線傳感器網絡節點設計在不同的應用中，無線傳感器網絡節點的組成不盡相同，但一般都由數據采集、數據處理、數據傳輸和電源這四部分組成[4]。被監測物理信號的形式決定了傳感器的類型。處理器通常選用嵌入式CPU，如Motorola公司的68HC16、C51系列單片機等。數據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絡節點的處理器。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，應確保被監視的區域（陽臺、門窗、過道、金庫等）置于傳感器的敏感區域內?，F有的傳感器產品很多，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的內部寄存器和數據收發。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，總線上的數據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數據線上輸出一個表示讀命令的字節，與此同時，PTR8000會在MISO數據線上輸出1字節表示狀態信息的數據，隨后輸出1字節地址，后面跟隨有效數據。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和數據字節即可。

3.4電源在該系統中，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。該系統用+5V電源供電，經過板上LT1117-3.3V轉換得到3.3V電源。

可以預見，隨著無線傳感器網絡技術的發展成熟，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，安防行業現狀、未來和可持續發展，安全防范網