基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、    基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計    趙占濤【摘要】隨著社會的進(jìn)步，大多數(shù)校區(qū)已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)的完成了校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)，也有少數(shù)高檔樓盤進(jìn)行了一些更高層次的智能化建設(shè)，并逐步向前發(fā)展。本文主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用，整個安防監(jiān)控系統(tǒng)中所記錄所有的視頻、音頻、報警數(shù)據(jù)，實時記錄并在計算機(jī)中進(jìn)行云存儲以供日后檢索，基于無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)校區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計具有安全性、靈活性、網(wǎng)絡(luò)性和智能性的特點?！娟P(guān)鍵詞】無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；小區(qū)安防引言無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生

2、活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。美國商業(yè)周刊和mit技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，都將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的21項技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的分布式、自組織的網(wǎng)絡(luò)性能和無線通信技術(shù)，為實現(xiàn)智能無線家庭安防提供了可能。1 安防技術(shù)發(fā)展概況經(jīng)過多年的發(fā)展，智能小區(qū)家居智能化系統(tǒng)越來越成熟，功能越來越完善，安防報警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)家居智能化重要組成部分。因此必須建立一個穩(wěn)定、可靠

3、、易操作的安防報警系統(tǒng)。穩(wěn)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(jìn)行方便的操作。要達(dá)到穩(wěn)定、可靠，必須做好硬件和軟件設(shè)計，要達(dá)到易操作必須在設(shè)計觀念上有所突破。1.1智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)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(yīng)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(nèi)模擬"未來之家"推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功

4、能、安防報警功能、可視對講功能、監(jiān)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(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等，這種"未來之家"家庭智能化系統(tǒng)，市場真正啟動尚需時日。目前在新加坡也有近30個社區(qū)（住宅小區(qū)）近5000戶的家庭采用了"家庭智能化系統(tǒng)"，美國已有近四萬戶家庭安裝了這一類的"家庭智能化系統(tǒng)"，將會有更多的住宅安裝上這一類高科技智能化系統(tǒng)產(chǎn)品。目前美國有一種占據(jù)市場主流的產(chǎn)品x-1o，銷售己超過1億個，設(shè)計戶型為單體別墅，應(yīng)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

5、些產(chǎn)品技術(shù)限制較多，并不適合在我國原樣照搬使用應(yīng)用。1.2 國內(nèi)安防行業(yè)發(fā)展情況近兩年來，安防行業(yè)又有了進(jìn)一步的發(fā)展。在我國已加入wto的形勢一下，積極探討安防行業(yè)的發(fā)展問題，對于維護(hù)社會治安穩(wěn)定，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的繁榮，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深遠(yuǎn)的意義。我國安防行業(yè)是隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而逐步成長起來的，改革開放以來，在國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民生活水平日益提高的推動下，安防行業(yè)出現(xiàn)了一個蓬勃發(fā)展的勢頭。尤其九五期間，我國住宅產(chǎn)業(yè)異軍突起，極大地促進(jìn)了安防行業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模。1998年起年產(chǎn)值近10億元的大型安防企業(yè)集團(tuán)土市公司不斷涌現(xiàn)。迄今，己有專營或兼營的從業(yè)單位數(shù)千家，產(chǎn)品種類發(fā)展

6、到10余類，100多個品種，從業(yè)人員數(shù)萬人。1999年初，統(tǒng)計部門針對7類安防產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行3步統(tǒng)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(jī)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(yè)的市場份額不斷擴(kuò)大，從一定程度上改變了我國安防產(chǎn)業(yè)的小而全的落后局面，激發(fā)了安防行業(yè)的活力。最近幾年統(tǒng)計數(shù)字顯示：中國安防產(chǎn)品行業(yè)平均以15%-30%的年增長率迅速成長。2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理2.1系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由一個報警主機(jī)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。報警主機(jī)由基于s3c2410的32位嵌

7、入式微控制器的開發(fā)平臺和無線通訊模塊組成。報警主機(jī)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成星型拓?fù)錈o線網(wǎng)絡(luò)。利用s3c2410本身所具有的iis接口，通過擴(kuò)展uda1341構(gòu)成音頻處理模塊，實現(xiàn)了兩個通道的音頻輸入和一個通道的音頻輸出，報警主機(jī)通過iis接口來交換音頻數(shù)據(jù)，音頻信號經(jīng)過音頻功率放大后由音頻變壓器耦合進(jìn)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(jù)不同的鈴音信號控制電話接口電路實現(xiàn)不同的操作，同時識別信號的類型和次數(shù)并提供給上層應(yīng)用程序。當(dāng)

8、摘掛機(jī)控制模塊接收到cpu發(fā)出的摘掛機(jī)控制信號時，模塊中的繼電器接入或斷開一個300電阻以實現(xiàn)自動摘掛機(jī)。該系統(tǒng)中，dtmf編解碼電路采用mt88l89作為dtmf信號的編解碼核心器件。遠(yuǎn)端用戶的電話按鍵產(chǎn)生的dtmf信號經(jīng)耦合電容的隔直流后，由mt88l89接收并進(jìn)行譯碼，結(jié)束后由中斷控制端發(fā)送中斷信號，通知cpu數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好以備讀取，mt88l89輸出的四位并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)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(fā)送要撥打的電話號碼，經(jīng)mt88l89轉(zhuǎn)換為dtmf信號實現(xiàn)撥號功能。2.2系統(tǒng)的工作原理當(dāng)發(fā)生盜情、火災(zāi)、煤氣泄

9、漏等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向報警主機(jī)發(fā)射經(jīng)數(shù)字編碼的報警信號。報警主機(jī)立即發(fā)出警笛聲，同時主動撥通用戶預(yù)先設(shè)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(rèn)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(tǒng)還具有遠(yuǎn)程布/撤防功能，即主人在身份驗證后，能通過電話遠(yuǎn)程對系統(tǒng)進(jìn)行布/撤防控制。具備被叫搶線功能，當(dāng)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(fā)生時，系統(tǒng)會自動搶線撥號報警。2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計在不同的應(yīng)用中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組成不盡相同，但一般都由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸和電源這四部分組成4。被監(jiān)測

10、物理信號的形式?jīng)Q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(jī)等。數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)節(jié)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(yīng)確保被監(jiān)視的區(qū)域（陽臺、門窗、過道、金庫等）置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)?，F(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應(yīng)探頭、微波紅外復(fù)用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感

11、器和半導(dǎo)體氣敏傳感器用于監(jiān)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(nèi)部寄存器和數(shù)據(jù)收發(fā)。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(shù)據(jù)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(jìn)行讀操作時，先把csn置低，然后在mosi數(shù)據(jù)線上輸出一個表示讀命令的字節(jié)，與此同時，ptr8000會在miso數(shù)據(jù)線上輸出1字節(jié)表示狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，隨后輸出1字節(jié)地址，后面跟隨有效數(shù)據(jù)。在進(jìn)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(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)即可。3.4電源在該系統(tǒng)中，nrf905為低電壓器件，電壓要