基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)

（廣州商學(xué)院，廣東 廣州 510000）

受到“十二五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的影響，加上視頻監(jiān)控技術(shù)和非法侵入報(bào)警技術(shù)的交叉，以及三網(wǎng)合一、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛使用，我國的智能家居、安防監(jiān)控市場(chǎng)開始活躍起來。從市場(chǎng)來看，歐美國家的安防設(shè)備利用率超過七成，而我國低于四成[1]。造成這種問題的根本原因在于：許多公司不愿意增加額外的資金負(fù)擔(dān)，增添設(shè)備組成智能化防控網(wǎng)絡(luò)，而只能依靠安保人員人工處理警情，導(dǎo)致人力成本居高不下。由此可見，我國市場(chǎng)上亟待出現(xiàn)一套符合我國國情，價(jià)格公道并能完全解放人力的基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)概要

本基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)具有低功耗持續(xù)運(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、警報(bào)靈敏的特點(diǎn)。系統(tǒng)初始化后，各傳感器會(huì)不斷監(jiān)測(cè)當(dāng)前環(huán)境的各項(xiàng)情況，實(shí)時(shí)的反饋異常，包括檢測(cè)火光、煙霧、人體紅外。當(dāng)檢測(cè)到火光、人體紅外以及超出危險(xiǎn)值的煙塵時(shí)，蜂鳴器響起報(bào)警，并同時(shí)發(fā)送短信到程序指定手機(jī)，告知險(xiǎn)種，使用者可依照信息進(jìn)行報(bào)警，減少財(cái)產(chǎn)損失。

1.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)初始化后，將會(huì)循環(huán)執(zhí)行對(duì)人體紅外傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、煙霧傳感器的電平判斷，當(dāng)判定發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，蜂鳴器會(huì)首先報(bào)警，然后LCD 顯示屏上會(huì)顯示險(xiǎn)情種類，并將險(xiǎn)情情報(bào)以短信的形式發(fā)送至程序預(yù)先制定好的手機(jī)號(hào)碼，在收到信息后使用者可依照信息進(jìn)行報(bào)警，減少財(cái)產(chǎn)損失。

2 硬件設(shè)計(jì)

如圖1，硬件設(shè)計(jì)模塊主要有火焰?zhèn)鞲衅髂K、煙霧傳感器模塊、人體紅外傳感器模塊、短信發(fā)送模塊、顯示模塊和報(bào)警模塊等構(gòu)成。

在開關(guān)按下時(shí)，系統(tǒng)開啟并進(jìn)行初始化操作，當(dāng)觸發(fā)傳感器時(shí)，傳感器將檢測(cè)的參數(shù)傳入系統(tǒng)，程序開始判斷是否超過傳感器的閾值，判斷超過設(shè)定閾值之后通知SIM800C 發(fā)送指定短信至指定手機(jī)號(hào)，通知顯示屏顯示對(duì)應(yīng)警告信息并通知蜂鳴器工作，起到實(shí)時(shí)報(bào)警的目的。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件是采用C 語言為主要的程序設(shè)計(jì)語言，AT指令為輔助的程序設(shè)計(jì)語言，是用來把主控模塊STC89C52與GSM 模塊TC35 鏈接起來的一種橋梁。

在本報(bào)警系統(tǒng)中，微處理器STM32F103 是控制部分的核心。在整個(gè)軟件程序中需要完成許多任務(wù)，其中包括：對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的接收，控制GSM 模塊發(fā)送短信，控制LCD顯示相應(yīng)警情，其主程序流程圖如下圖2 所示。

該系統(tǒng)分五個(gè)部分操作：

第一部分是“RING”部分：當(dāng)系統(tǒng)正常打開，里面的手機(jī)模塊GSM 的手機(jī)卡如果被主機(jī)打進(jìn)來的時(shí)候，會(huì)發(fā)送當(dāng)前溫度檢測(cè)的數(shù)值給主機(jī)。

第二部分是溫度模塊：溫度傳感器會(huì)測(cè)量系統(tǒng)周圍的溫度并且把數(shù)值返回到顯示屏上，當(dāng)系統(tǒng)周圍的溫度超過設(shè)置溫度上限的數(shù)值時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警和開啟提示燈，然后單片機(jī)會(huì)返回信息給手機(jī)模塊，通過手機(jī)模塊把溫度信息發(fā)送給主機(jī)。

第三部分是人體紅外檢測(cè)：這部分的功能比較簡(jiǎn)單，主要測(cè)周圍是否有小偷，若有小偷進(jìn)入屋子，被人體紅外探測(cè)器探測(cè)到，單片機(jī)會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警和開啟提示燈，并且通過手機(jī)模塊把信息發(fā)送回主機(jī)。

第四部分是煙霧檢測(cè)：主要檢測(cè)屋子是否有煤氣或者天然氣類似的氣體泄漏，若發(fā)生泄漏也會(huì)像上面提到的一樣，蜂鳴器會(huì)報(bào)警，手機(jī)會(huì)收到提示信息。

第五部分是手機(jī)APP 控制：使用手機(jī)發(fā)送命令給手機(jī)GSM 模塊，GSM 模塊把信息轉(zhuǎn)到單片機(jī)上，通過單片機(jī)控制燈（灑水）。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 主程序運(yùn)行流程圖

4 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

4.1 火焰及煙霧檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火焰?zhèn)鞲衅鞑粌H是可以用來搜尋火源的傳感器，同時(shí)還可以檢測(cè)光線亮度，但是相對(duì)于光線，其對(duì)火焰更加敏感，故用來作為火焰?zhèn)鞲衅?。火焰?zhèn)鞲衅髂K使用紅外線接收管來接收火焰信息，然后轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)，并輸入到本次試驗(yàn)的STM32 處理器中，STM32 處理器根據(jù)傳入的信號(hào)做出相對(duì)應(yīng)的程序處理。本實(shí)驗(yàn)使用的傳感器模塊可在80 公分內(nèi)測(cè)試打火機(jī)火焰，當(dāng)打火機(jī)產(chǎn)生的火焰越大，傳感器將會(huì)有更遠(yuǎn)的檢測(cè)距離。

本系統(tǒng)采用的氣體傳感器是MQ-2/MQ-2S，MQ-2/MQ-2S 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫[2]。如果在傳感器感應(yīng)的范圍里面存在可燃?xì)怏w泄露時(shí)，隨著空氣里面可燃?xì)怏w的濃度變高，傳感器的電導(dǎo)率也會(huì)變大。通過使用電路就可以把改變電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成與這種氣體濃度相匹配的輸出信號(hào)。

用于檢測(cè)氣體泄漏的傳感器MQ-2 對(duì)易燃化，易氣化的氣體等來說都是極佳的測(cè)試工具。比如液化氣、苯、烷、酒精、煤氣、氫氣以及煙霧等，探測(cè)反應(yīng)都非常準(zhǔn)確[3]。所以MQ-2 可以說是集多功能于一身的并且實(shí)用性極高的傳感器之一。

4.2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是DS18B20 溫度傳感器，它的性能如下：

1.DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。

2.測(cè)溫范圍－55℃～＋125℃，在-10℃～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。

3.可編程的分辨率為9～12 位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫[4]。

4.3 人體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

HC-SR501 人體感應(yīng)模塊，它是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊。選用它是因?yàn)樗哂幸韵逻@些功能：

1.自動(dòng)感應(yīng)：如果人走進(jìn)入了這個(gè)模塊，感應(yīng)范圍就會(huì)輸入高電平，如果有人離開該模塊，它的感應(yīng)范圍就會(huì)自動(dòng)延時(shí)并且關(guān)閉高電平，輸出低電平。

2.光敏控制(可選）：光敏模塊已經(jīng)預(yù)留有位置，通過設(shè)置光敏控制，讓模塊在白天或者光線強(qiáng)的時(shí)候不會(huì)感應(yīng)。

3.種觸發(fā)方式：（1）不可重復(fù)觸發(fā)方式：當(dāng)感應(yīng)端輸出了高電平，延時(shí)時(shí)間結(jié)束以后，模塊輸出就會(huì)自動(dòng)改變，由輸出高電平變成了輸出低電平。（2）可重復(fù)觸發(fā)方式：當(dāng)感應(yīng)輸出高電平之后，在延時(shí)的時(shí)間段里面，如果有感應(yīng)到人體在它的感應(yīng)范圍里面進(jìn)行活動(dòng)，模塊輸出就會(huì)一直保持高電平狀態(tài)，一直持續(xù)到人離開模塊之后，才延時(shí)把高電平轉(zhuǎn)換為低電平。

本次使用的用于檢測(cè)是否有人員侵入的傳感器HCSR501，具有靈敏高，可靠性強(qiáng)，并且可以工作在超低電壓環(huán)境，可以廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備，如樓道感應(yīng)亮燈等。

4.4 顯示模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用LCD1602 液晶作為顯示模塊。1602 液晶也叫1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊，能很好的顯示報(bào)警信息。

4.5 GSM 模塊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用TC35 模塊作為通信系統(tǒng)，TC35 模塊采用AT 指令。通過使用正確的AT 指令，單片機(jī)可以對(duì)TC35 模塊進(jìn)行初始化和短信的收發(fā)工作。模塊可以通過三種模式對(duì)短進(jìn)行控制：Bbck 模式、Text 模式和PDU 模式。本系統(tǒng)使用的短信發(fā)送模塊可以全球使用，可以低功率傳輸語音、短信和數(shù)據(jù)信息，它可以應(yīng)用于各種緊湊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)[5]。

4.6 自動(dòng)感應(yīng)報(bào)警系統(tǒng)

通過傳感器在當(dāng)前環(huán)境下所獲的數(shù)值判斷當(dāng)前環(huán)境狀況并傳入單片機(jī)?；鹧?zhèn)鞲衅鳟?dāng)感應(yīng)到火焰時(shí)改變其輸出值，處理器將作出反應(yīng)，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警并發(fā)送短信至業(yè)主手機(jī)。報(bào)警時(shí)的蜂鳴器響聲將使物業(yè)管理人員注意并進(jìn)行檢查，同時(shí)短信發(fā)送至業(yè)主手機(jī)，業(yè)主可第一時(shí)間得知家中情況，并撥打?qū)?yīng)的報(bào)警電話，可使得財(cái)產(chǎn)損失率大大減少。

5 結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，我們享受著科學(xué)帶來的舒適生活的同時(shí)，也面臨著不少潛在的危險(xiǎn)，因此人們對(duì)自身的安全以及對(duì)財(cái)產(chǎn)保護(hù)的重視程度越來越高。本文研究的基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，使用有線模塊以及無線模塊相結(jié)合的工作方式，構(gòu)成一個(gè)智能家居安防系統(tǒng)，對(duì)生活環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，給我們提供了智能和安全兼顧的舒適生活。