基于無線射頻模塊和GSM的分布式遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡金龍

摘要：為了研制一種通用的分布式智能遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，采用STC89C52RC單片機(jī)組成主從系統(tǒng)，選用無線射頻模塊nRF24L01建立系統(tǒng)主機(jī)與各從機(jī)的鏈接。從機(jī)具有無線紅外遙控布控、多傳感器檢測(cè)氣體泄漏和非法入侵等警情、與主機(jī)無線24G通訊等功能；主機(jī)集中警情后，通過GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)TC35實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的遠(yuǎn)程報(bào)警，對(duì)分布式遠(yuǎn)程報(bào)警開發(fā)應(yīng)用具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： nRF24L01；GSM；分布式；無線紅外遙控；遠(yuǎn)程報(bào)警

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）24-5762-03

Design on Distributed Remote Alarm System Based on Radio Frequency Module and GSM

CAI Jin-long

（College of Mechanical Engineering， Changzhou University， Changzhou 213016， China）

Abstract： In order to develop a generic distributed intelligent remote alarm system， STC89C52RC type MCU is adopted as master and slave microcontroller. The subordinate machine system has functions of layout control tasks through wireless infrared remote control， detecting gas leakage and illegal invasion through a variety of sensors， communication with the host through the 24G wireless module and so on. After concentrated alarm information， the master realizes the remote alarm for the users by TC35 global mobile communication system to provide reference value for the development and application of distributed remote alarm.

Key words： nRF24L01； GSM； distribution； wireless infrared remote control； remote alarm

1 概述

隨著生活水平的提高，人們更關(guān)注家居、實(shí)驗(yàn)室、辦公室和倉庫的安全，對(duì)氣體泄漏、防盜的預(yù)報(bào)給予高度重視。各種報(bào)警產(chǎn)品越來越多，其中大部分的產(chǎn)品是基于電話網(wǎng)的安防控制系統(tǒng)。由于手機(jī)的普及，家庭固定電話用戶越來越少，此類產(chǎn)品在應(yīng)用上具有一定局限性，電信GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的廣闊化、無縫化，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了巨大的應(yīng)用空間。該文設(shè)計(jì)了一種基于無線24G通訊模塊nRF24L01和GSM無線網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)。

2 總體方案設(shè)計(jì)

分布式遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)是由多個(gè)STC89C52RC單片機(jī)構(gòu)成的多個(gè)從機(jī)和一個(gè)主機(jī)構(gòu)成，主從機(jī)之間無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收是通過射頻模塊nRF24L01實(shí)現(xiàn)。通過無線紅外遙控可對(duì)從機(jī)實(shí)現(xiàn)布控；從機(jī)放在任意有氣體泄漏、防盜警情的位置采集信息，并控制射頻模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)。主機(jī)依次接收各從機(jī)無線射頻警情信號(hào)，集中處理后控制GSM模塊發(fā)送短信到指定用戶，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。遙控器設(shè)計(jì)3個(gè)功能按鍵，經(jīng)紅外接收頭HX1838接收，可實(shí)現(xiàn)對(duì)從機(jī)在家和離家模式的布控。從機(jī)分別通過讀取熱釋電紅外傳感器DYP-ME003采集感應(yīng)人體信息以及通過ADC0809轉(zhuǎn)換可燃?xì)怏w傳感器MQ-2檢測(cè)的氣體濃度電壓量，處理后通過射頻模塊向主機(jī)發(fā)送警情。主機(jī)采用SPI協(xié)議與從機(jī)間無線射頻通訊，通過串口操作控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送，同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 主從機(jī)射頻通信電路設(shè)計(jì)

無線射頻模塊nRF24L01工作電壓為1.9-3.6V，需要設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路獲得3.3V供電。圖2為單片機(jī)與nRF24L01連接原理圖，單片機(jī)P1口6位連接模塊的SPI引腳，通過軟件設(shè)計(jì)SPI時(shí)序。其中，MOSI為數(shù)據(jù)輸入線，MISO為數(shù)據(jù)輸出線。從機(jī)通過nRF24L01發(fā)送各種警情[4]，主機(jī)采用接收模塊依次接收各種信息。

3.2 GSM模塊與單片機(jī)連接設(shè)計(jì)

GMS模塊為西門子TC35i，采用LM2596開關(guān)穩(wěn)壓集成電路為其提供穩(wěn)定的4.2V電壓。由于TC35i引腳工作電平是CMOS電平，單片機(jī)的串口TXD引腳和RXD引腳可分別于GSM模塊的RXD引腳和TXD相連。

3.3 無線紅外布控設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)HX1838接收無線紅外遙控信息實(shí)現(xiàn)布控，即將事件分為用戶在家和離家情況，如果在家傳感器有信號(hào)從機(jī)不處理，如果離家后出現(xiàn)警情就會(huì)報(bào)警給主機(jī)。需要設(shè)置3種按鍵功能：在家、離家和布控成功。HX1838只有電源、接地和輸入引腳三個(gè)引腳，與單片機(jī)連線簡(jiǎn)單。

3.4 非法入侵檢測(cè)設(shè)計(jì)

采用熱釋電被動(dòng)式紅外傳感器DYP-ME003感應(yīng)人體信息，距離達(dá)7米。模塊感應(yīng)后輸出數(shù)字信號(hào)，能夠被單片機(jī)直接讀取。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動(dòng)最多的方向平行，確保探頭感應(yīng)；同時(shí)在模塊上設(shè)置圓形透鏡，使得探頭四面都感應(yīng)。

3.5 氣體泄漏檢測(cè)設(shè)計(jì)

可燃?xì)怏w傳感器MQ-2檢測(cè)到的氣體濃度與電壓輸出可近似為線性的關(guān)系，如圖3所示。電壓輸出通過8位ADC0809轉(zhuǎn)換得到數(shù)字值經(jīng)過并行口給單片機(jī)處理。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 射頻收發(fā)模塊軟件設(shè)計(jì)

nRF24L01模塊提供SPI接口，51單片機(jī)無此接口需要仿SPI協(xié)議對(duì)模塊進(jìn)行操作。圖4為配置模塊為增強(qiáng)型收發(fā)模式的具體流程[3]。

4.2 GSM模塊設(shè)計(jì)

TC35i提供AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息[3]。單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令就可以控制GSM模塊發(fā)送短信到指定的移動(dòng)終端。發(fā)送的過程首先要經(jīng)歷賦值的過程；其次還要經(jīng)歷數(shù)據(jù)得處理過程；最后經(jīng)歷AT命令調(diào)用過程。短消息發(fā)送流程圖如圖5所示。

5 結(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明設(shè)計(jì)是可行有效的，實(shí)現(xiàn)了在無線紅外遙控實(shí)現(xiàn)布控的情況下，當(dāng)傳感器傳來信號(hào)時(shí)，從機(jī)通過射頻模塊向主機(jī)發(fā)送警情，主機(jī)收到警情處理后控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信以及聲光報(bào)警。系統(tǒng)利用射頻模塊nRF24L01、GSM模塊實(shí)現(xiàn)了通用的、分布式智能遠(yuǎn)程報(bào)警，產(chǎn)品效果令人滿意，具有穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。

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