基于物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)的防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

洪長(zhǎng)平

(漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院 福建漳州 363000)

隨著信息化技術(shù)的不斷革新與進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、遠(yuǎn)程通信技術(shù)、電子技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)智能化的普及應(yīng)用，人們的防盜防火意識(shí)也普遍收上升，迫切需要隨時(shí)隨地監(jiān)控家里的實(shí)時(shí)情況，不再滿足于就地報(bào)警的功能，報(bào)警的網(wǎng)絡(luò)化和智能化是消費(fèi)者永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。無(wú)論業(yè)主安裝的門(mén)多堅(jiān)固，鎖頭質(zhì)量多好，也難防小偷趁主人不在家時(shí)，入室盜竊，給民眾的財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大損失。通過(guò)分析，原因在于小偷往往在家里沒(méi)人時(shí)入室盜竊，所以只要家里沒(méi)人，小偷就會(huì)破壞堅(jiān)固的鎖，實(shí)施盜竊。因此，傳統(tǒng)的方法已不在實(shí)用，不能滿足網(wǎng)絡(luò)化，智能化的需要。本文引入一種新的技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與報(bào)警系統(tǒng)融合在一起，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，把原本孤立的系統(tǒng)與業(yè)主手機(jī)聯(lián)系在一起，搭建平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主與110能在手機(jī)端能自動(dòng)報(bào)警，并能反饋到小區(qū)物業(yè)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)處理的目的從而使用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握住宅的安全狀態(tài)。

1 系統(tǒng)要解決的問(wèn)題

1.1 實(shí)時(shí)定位

報(bào)警模塊內(nèi)安裝的定位模塊能實(shí)時(shí)定位當(dāng)前位置，當(dāng)小偷入侵，觸發(fā)傳感器報(bào)警模塊，該定位的位置第一時(shí)間發(fā)送給物業(yè)監(jiān)控中心，方便物業(yè)保安和警察直達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。

1.2 觸摸報(bào)警

當(dāng)小偷觸摸入戶門(mén)，入戶門(mén)的報(bào)警傳感器受到?jīng)_擊波的作用，觸發(fā)報(bào)警。該系統(tǒng)報(bào)警器的優(yōu)點(diǎn)在于除了自己本身報(bào)警外，還能通過(guò)系統(tǒng)的通信碼和ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，以手機(jī)APP為平臺(tái)，將警情傳送到主人手機(jī)，并第一時(shí)間傳送給物業(yè)監(jiān)控中心，物業(yè)保安及時(shí)抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)處理和應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。

1.3 實(shí)時(shí)錄像，保留證據(jù)

通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)部的攝像頭，當(dāng)小偷觸發(fā)報(bào)警器后，攝像頭模塊開(kāi)啟正常工作，實(shí)時(shí)錄像小偷的畫(huà)像，實(shí)時(shí)傳送到電腦內(nèi)部存儲(chǔ)，保留證據(jù)，以便警察調(diào)取破案。

2 ZigBee技術(shù)防盜報(bào)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

2.1 組建ZigBee技術(shù)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案是在報(bào)警器和業(yè)主手機(jī)之間建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信，規(guī)?？刂圃?人(包含5人)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制在5個(gè)。具體工作過(guò)程如下：當(dāng)入戶門(mén)受到外力撞擊時(shí)，報(bào)警器信息通過(guò)無(wú)線傳輸送到室內(nèi)路由器，再通過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到WIFI中。該設(shè)備所需通信流量并不高，只有當(dāng)有沖擊波時(shí)，設(shè)備才有激發(fā)手機(jī)APP終端，傳送報(bào)警信號(hào)，通訊信息量不大，通訊成本不高，平時(shí)大都處于預(yù)備狀態(tài)[2]。

根據(jù)上述的工作流程，結(jié)合該報(bào)警器的特點(diǎn)和需求，對(duì)比目前主流的ZigBee、藍(lán)牙、UWB、homeRF等幾種目前成熟的小距離無(wú)線傳輸方式，對(duì)比分析了這幾種主流的優(yōu)缺點(diǎn)。文章選用了ZigBee傳輸技術(shù)，因?yàn)樗c(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸距離在10～100m，傳輸速度適中，能滿足報(bào)警信息又不浪費(fèi)資源，通訊電路簡(jiǎn)單，技術(shù)門(mén)檻低，預(yù)備狀態(tài)下省電，且一旦進(jìn)入響應(yīng)模式，能在30ms內(nèi)迅速響應(yīng)，開(kāi)啟工作狀態(tài)。綜合以上分析，該報(bào)警系統(tǒng)選了ZigBee技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建組網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建如圖1所示。

圖1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建圖

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

ZigBee技術(shù)協(xié)議中，有兩種設(shè)備：一是節(jié)點(diǎn)設(shè)備，該節(jié)點(diǎn)進(jìn)入工作狀態(tài)后，自動(dòng)匹配相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編號(hào)，自己切入網(wǎng)絡(luò)，該設(shè)備中安裝手機(jī)APP，用來(lái)查詢報(bào)警器在現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)；二是網(wǎng)關(guān)設(shè)備該設(shè)備負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)，覆蓋。在渠道中負(fù)責(zé)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，當(dāng)壓力傳感器受到外力沖擊時(shí)，要對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)備傳送提示信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)傳輸，通過(guò)單片機(jī)建立通信后，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)主手機(jī)和物業(yè)中心的發(fā)送報(bào)警功能[3]。

2.3 報(bào)警系統(tǒng)的工作過(guò)程

通過(guò)ZigBee技術(shù)構(gòu)建，當(dāng)入侵報(bào)警器將信號(hào)傳送到路由器時(shí)，通過(guò)室內(nèi)路由器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，將警情傳送到主人手機(jī)和物業(yè)中心，同時(shí)通過(guò)室內(nèi)自帶WIFI將攝像頭截取的影像傳輸?shù)绞覂?nèi)主機(jī)存儲(chǔ)器。其原理如圖2所示。

圖2 防盜系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原理圖

3 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件組成部分

物聯(lián)網(wǎng)ZigBee技術(shù)報(bào)警系統(tǒng)的硬件組成部分有六大模塊，分別是入侵傳感器檢測(cè)模塊、聲音傳感器檢測(cè)模塊、GPS定位模塊、核心技術(shù)STC89C52單片機(jī)模塊、ZigBee通信模塊NOR2500、安卓手機(jī)APP模塊。該系統(tǒng)總體的硬件框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件框架圖

基于無(wú)線通信模塊2500，對(duì)STC89C52單片機(jī)編寫(xiě)程序，自組網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在上述的協(xié)議中，有兩種設(shè)備，分別是節(jié)點(diǎn)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備，以下是設(shè)備的功能與實(shí)現(xiàn)：

(1)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。當(dāng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備啟動(dòng)后，自動(dòng)搜索事先的網(wǎng)絡(luò)編號(hào)和網(wǎng)關(guān)連接，當(dāng)節(jié)點(diǎn)所連網(wǎng)關(guān)上的入侵壓力傳感器檢測(cè)到?jīng)_擊波信號(hào)后，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音。

(2)網(wǎng)關(guān)設(shè)備。當(dāng)網(wǎng)關(guān)上的入侵壓力傳感器受到?jīng)_擊時(shí)，向節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)。有兩種情況，一是立即發(fā)送到事先綁定的業(yè)主的手機(jī)終端上，可以是一個(gè)或者多個(gè)。讓業(yè)主或其家人立刻收到報(bào)警信號(hào)；二是立即發(fā)送到物業(yè)管理中心，提醒物業(yè)保安及時(shí)上門(mén)處置。

3.2 智能防盜報(bào)警器模塊

(1)報(bào)警信息的收集。該模塊主要負(fù)責(zé)收集觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)小偷觸碰裝于入戶門(mén)上的內(nèi)置壓力傳感器后，傳感器受到外力作用，發(fā)生形變，產(chǎn)生壓力效應(yīng)，從而觸發(fā)了報(bào)警器上的聲音模塊，發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警，同時(shí)通過(guò)無(wú)線遠(yuǎn)距離傳輸，將信號(hào)傳給物業(yè)中心和業(yè)主。

(2) 定位模塊。該模塊系列GPS模組整合靈敏度高，功耗低，能迅速定位，并將定位信息傳送到業(yè)主手機(jī)上。該系統(tǒng)主要用三代GPS定位模塊[4]。

(3) 報(bào)警器。當(dāng)入侵者觸摸入戶門(mén)上的壓力傳感器后，報(bào)警器上的蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。

(4)通信模塊NOR2500。該系統(tǒng)所用的是深圳瑞諾公司生產(chǎn)的通信模塊NOR2500，網(wǎng)關(guān)設(shè)備芯片配合軟件書(shū)寫(xiě)，完成信號(hào)發(fā)射，喚醒節(jié)點(diǎn)的功能；節(jié)點(diǎn)設(shè)備的芯片配合軟件程序，接收網(wǎng)關(guān)設(shè)備的信號(hào)，整個(gè)傳輸過(guò)程按照Z(yǔ)igBee協(xié)議。

(5)單片機(jī)模塊(微型處理控制器)。又稱(chēng)“MCU”。主要功能是協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)時(shí)攝像、時(shí)間監(jiān)控等各個(gè)模塊間的工作，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的銜接工作。

3.3 系統(tǒng)工作過(guò)程

網(wǎng)關(guān)設(shè)備通電后，系統(tǒng)進(jìn)入自檢狀態(tài)，周?chē)墓?jié)點(diǎn)設(shè)備開(kāi)機(jī)后搜索網(wǎng)關(guān)設(shè)備，當(dāng)搜到設(shè)備后，發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)設(shè)備逐個(gè)驗(yàn)證，準(zhǔn)許入網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)連接完成。

沒(méi)有通信請(qǐng)求的情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備處于待機(jī)模式，但一旦有入侵時(shí)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備和APP開(kāi)始互相通信，將網(wǎng)關(guān)設(shè)備上的信號(hào)發(fā)送給各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備(手機(jī))。當(dāng)入戶門(mén)上的報(bào)警器向手機(jī)APP發(fā)出通信后，手機(jī)收到通信后被喚醒，進(jìn)入工作模式，進(jìn)入應(yīng)答模式，發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音，同時(shí)向物業(yè)管理中心發(fā)出報(bào)警信息。此外，網(wǎng)關(guān)設(shè)備將攝像頭采集的影像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)存儲(chǔ)中，以備查詢。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 安卓手機(jī)APP平臺(tái)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)主流的系統(tǒng)是安卓系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，而且安卓系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)，利于編程。APP軟件作為防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部份，自身的安全性尤為重要，需要進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，細(xì)化設(shè)計(jì)思路，對(duì)源代碼進(jìn)行加密，防止出現(xiàn)誤報(bào)或不報(bào)，防止信息被截取或者干擾，保證了APP自身的安全可靠。另外，設(shè)備被一對(duì)一的綁定，防止出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的互相干擾。

在手機(jī)APP防盜報(bào)警系統(tǒng)左上角中進(jìn)行設(shè)備綁定、物業(yè)中心電話、語(yǔ)音播報(bào)設(shè)置等功能。用戶還能隨時(shí)查看系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)查看家里設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，便于操作，實(shí)效性好。

4.2 軟件語(yǔ)言編寫(xiě)

網(wǎng)關(guān)設(shè)備平臺(tái)利用單片機(jī)嵌入式linux操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于代碼對(duì)外開(kāi)放，易于書(shū)寫(xiě)，程序員可以根據(jù)自己的需要編寫(xiě)，該系統(tǒng)還可以交叉運(yùn)行，可輕松編寫(xiě)相關(guān)軟件。

網(wǎng)關(guān)設(shè)備上通過(guò)入侵壓力傳感器采集有外人闖入的信號(hào)后，經(jīng)編譯生成嵌入式文件，根據(jù)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的差異，分別將網(wǎng)關(guān)設(shè)備按照調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)編譯，節(jié)點(diǎn)設(shè)備按照路由器編譯。生成不同的編譯文件，將文件書(shū)寫(xiě)到網(wǎng)關(guān)設(shè)備和節(jié)點(diǎn)設(shè)備的芯片中。因此，網(wǎng)關(guān)設(shè)備和節(jié)點(diǎn)設(shè)備具備了兩種不同的功能。

當(dāng)系統(tǒng)上電后，有外人強(qiáng)行進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備向節(jié)點(diǎn)設(shè)備發(fā)送通信請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)設(shè)備被激活并響應(yīng)，從而建立了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，傳遞報(bào)警信息；傳遞結(jié)束后，設(shè)備進(jìn)入待機(jī)模式。軟件主程序運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖如圖4所示[5]。

圖4 主程序流程圖

5 小結(jié)

文章基于ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型的防盜報(bào)警系統(tǒng)，在原有市場(chǎng)具備不少功能的基礎(chǔ)上，改進(jìn)后嵌入了定位模塊、無(wú)線發(fā)射模塊，實(shí)現(xiàn)了入侵報(bào)警與手機(jī)終端之間的連接，并可及時(shí)向物業(yè)中心報(bào)警。同時(shí)，還嵌入了實(shí)時(shí)拍攝，存儲(chǔ)到電腦里，便于后續(xù)調(diào)查取證,真正實(shí)現(xiàn)了安心出門(mén)。