遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 呂 娓 張 彭 趙 凱

基于GPRS的智能家居遠(yuǎn)程安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 呂 娓 張 彭 趙 凱

設(shè)計(jì)了一種基于GPRS的智能家居遠(yuǎn)程安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以STC89C52為核心，與電話網(wǎng)絡(luò)，可燃性氣體傳感器，熱釋電紅外傳感器，門磁傳感器相結(jié)合，通過無線節(jié)點(diǎn)的布網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家用燃?xì)鈿怏w濃度，紅外傳感和門磁系統(tǒng)，來檢測(cè)是否有可燃性氣體泄漏及是否有人進(jìn)入房屋，如果有泄漏并超過安全的范圍或有人進(jìn)入房屋，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)以發(fā)送短信方式及時(shí)向用戶手機(jī)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，從而達(dá)到了保護(hù)財(cái)產(chǎn)及生命安全的目的。該系統(tǒng)改進(jìn)了現(xiàn)有遠(yuǎn)程安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，適用于個(gè)人用戶的家庭遠(yuǎn)程安防環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；GPRS；遠(yuǎn)程無線通信

1 引言

智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭同程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。隨著智能家居逐步走進(jìn)人們的生活，以及社會(huì)和科技的發(fā)展，安全成為人們對(duì)智能家居的首要要求，并促使家庭安防系統(tǒng)成為智能家居的重要組成部分。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)包括五部分，分別為單片機(jī)控制部分、無線發(fā)送接收部分、傳感器調(diào)整信號(hào)部分、鍵盤與顯示部分以及GPRS模塊，主要完成盜情監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、火情監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程報(bào)警等功能。系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、煙霧傳感器、紅外傳感器、門磁傳感器相結(jié)合，通過無線節(jié)點(diǎn)的布網(wǎng)，使傳感器將在發(fā)生意外情況時(shí)檢測(cè)到的信號(hào)輸出成電信號(hào)，反饋給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后，數(shù)據(jù)可通過GPRS模塊無線遠(yuǎn)傳至手機(jī)等監(jiān)控移動(dòng)終端。整體設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

單片機(jī)接收到傳感器的信號(hào)時(shí)，經(jīng)過處理后，會(huì)將處理后的信號(hào)傳送給GPRS模塊和液晶顯示屏，GPRS模塊采用AT指令進(jìn)行控制，發(fā)送短信到用戶的手機(jī)中，顯示屏則顯示相應(yīng)的文字，比如：當(dāng)有人闖入時(shí)，用戶手機(jī)會(huì)收到“有人闖入”的短信，而顯示屏則會(huì)顯示“開門闖入，已通知主人，請(qǐng)您馬上離開”。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器檢測(cè)模塊

傳感器部分包括煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器和門磁傳感器。圖2(a)電路為煙霧傳感器電路，MQ-2煙霧傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。

熱釋電紅外線傳感器原理圖如圖2(b)所示。熱釋電紅外線傳感器由探測(cè)元、濾光窗和場(chǎng)效應(yīng)管阻抗變換器等三大部分組成。此外還有門磁傳感器，它由兩部分組成，永磁體和干簧管。門磁閉合時(shí)，輸出高電平，門磁處于工作守候狀態(tài)；門磁打開時(shí)，輸出低電平，發(fā)送給單片機(jī)報(bào)警信號(hào)。

3.2 傳感信息無線收發(fā)模塊

發(fā)送接收模塊主要完成傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)的采集和檢測(cè)信號(hào)，需要一個(gè)發(fā)送和接收過程。圖3為發(fā)送及接收電路原理圖。

3.3 GPRS模塊

該設(shè)計(jì)通過GPRS將測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控服務(wù)器/手機(jī)終端以顯示遠(yuǎn)傳參數(shù)及監(jiān)控參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性。從而校驗(yàn)傳感器及檢測(cè)電路的工作狀況，所選用GPRS模塊SIM900A，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的無線遠(yuǎn)傳功能。

3.4 鍵盤、顯示模塊

本設(shè)計(jì)選用12864液晶顯示器的串行接口方式，僅需3根IO口即可完成。構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，實(shí)時(shí)顯示輸出報(bào)警信息。鍵盤電路采用4×4矩陣式按鍵，其主要作用是設(shè)置和修改氣體濃度報(bào)警限值、控制檢測(cè)參數(shù)的顯示，通過電壓采樣完成。

圖2 傳感器電路

圖3 發(fā)送及接收電路原理圖

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。

5 系統(tǒng)測(cè)試

連接好各部分電路，測(cè)試各傳感器在其測(cè)量范圍時(shí)當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)GPRS模塊向用戶手機(jī)發(fā)送的短信息是否正確，及液晶顯示器顯示的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

表1 參數(shù)測(cè)試結(jié)果

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

6 結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用無線傳感器技術(shù)和嵌入式開發(fā)技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用需求設(shè)計(jì)基于GPRS智能家居遠(yuǎn)程安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有一定的創(chuàng)新性和較好的應(yīng)用價(jià)值，并具有市場(chǎng)應(yīng)用前景。

[1]張毅剛,等.單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2012.

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圖3 功率因數(shù)參數(shù)測(cè)量結(jié)果顯示

（1）采樣電阻精度誤差；（2）A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換誤差和量化誤差；（3）整個(gè)硬件部分由手工焊接完成，布線是無法避免線路之間的干擾，硬件輸出的電壓、電流誤差較大，是造成誤差較大的主要因素；（4）功率的測(cè)量是由電壓和電流的測(cè)量值間接測(cè)量所得，由于誤差的累積效應(yīng)會(huì)使有功功率、無功功率和功率因數(shù)與理論值存在誤差。

5 結(jié)論

本簡易電能質(zhì)量測(cè)試儀能完成對(duì)一路交流工頻電的相關(guān)參數(shù)測(cè)量，在電能質(zhì)量測(cè)試應(yīng)用中具有很好的應(yīng)用前景。也可由串口連接到PC機(jī)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印等功能。

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趙子龍（1994-），男，遼寧工業(yè)大學(xué)本科生。