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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘 要随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，人们对室内环境的要求也越来越高。现代无线通讯技术是未来网络媒体发展的趋势，是当前发展竞相开发的热点，提出了Zigbee技术与GPRS的无线技术来完成对室内环境的监测，该系统全部采用无线通信技术来完成，省去了重新布线的问题，而且把GPRS远程通信技术加入到室内环境中实现监测和报警功能，从而使用户千里之外可以随时了解家中的情况提供一种解决办法。本文首先分析了Zigbee技术的研究意义、应用前景以其优良的性能为众多的近距离无线通信应用领域提供了低成本、低功耗、高可靠性的解
2、决方案。其次是GPRS技术逐步完善，它的覆盖区域也日益增大几乎可以分布到所有人类居住的地方，并且具有维护费用比较低，安装方便，易于实现远程数据的采集和设备的控制。本设计采用Zigbee组成的无线传感器网络的和GPRS无线通信技术构成的大范围远程数据采集系统，结合各类传感器对居室环境中多路状态（如火警、气体浓度、非法入侵等）进行监测和预警，一旦出现警情可通过GPRS系统向用户的手机实时发送短消息，主要完成了采用GPRS无线通信模块与新一代无线网络技术Zigbee相结合，实现了通过手机短信对室内环境进行监测与报警的系统。关键词：Zigbee技术、GPRS技术、监测、报警专心-专注-专业Abstra
3、ctFor the automatic, real-time monitoring the state of the environment, the Zigbee wireless sensor network technology has been widely used because of its reliable technology, low power consumption, low cost, short development cycle. This paper will combine the wireless sensor network technology and
4、GPRS network, realized the remote monitoring of home appliances and security equipment to send text messages by mobile phone, using CC2430 and single chip microcomputer users home security monitoring system of main body in any place of household equipment and safety to observe. The system has the ad
5、vantages of simple structure, safe and reliable, cost-effective, have broad application prospects.Family intelligent monitoring system based on GPRS and Zigbee technology to single family communication control unit, a main controller are installed in each household, and a plurality of connected with
6、 the home appliance division controller, the master and control bus type connection, home bus using Zigbee wireless communicationKeywords: wireless sensor network; wireless communication module; digital sensor; GPRS module目 录第一章 绪 论1.1 研究背景近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监控提出了更高要求，越来越多的行业都致力于在环境监测
7、系统中应用无线传感器网络的研究。通过在监测区域内布设大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象信息的采集量化、处理融合和传输应用。与传统的环境监测手段相比，使用传感器网络进行环境监测有三个显著的优势：一是网络的自组性提供了廉价而且快速部署网络的可能;二是现场采集的数据可通过中间节点进行（路由）传送，在不增加功耗和成本的前提下，可将系统监测容量提高一个数量级；三是网络的健壮性、抗毁性满足了某些特定应用的需求。无线传感器网络技术是一项应用性非常强的技术，因此其在当前我国环境监测系统中的应用具有巨大的潜力。1.2 系统的总体方案方案如图1.1所示
8、。 无线通信模块 数字传感器 单片机ST89C52RCRS232 GPRS模块 （SIM卡） 图1.1 无线环境监测系统主节点组成本设计中各功能部分均采用目前应用性能较好的集成模块电路来实现，环境中各类状态，如温度、湿度、流量、光照、气体浓度、火警、异常侵入等参量的测量均采用数字式传感器或集成模块，这样既可以提高系统工作的稳定性，又可以使硬件电路设计得以简化，减小了系统的体积，从而提高了系统的现场应用性。系统主节点组成，可见在硬件结构上，任何子节点都可以通过与GPRS模块相连而变成主节点。为提高系统的可靠性以及减小设计、开发周期，本系统由一个主节点和多个子节点组成，电路上均采用集成化设计。子节
9、点负责采集环境参量，通过无线通信模块将数据以多跳方式逐级传递给主节点；主节点除具备基本的参量采集功能外，主要负责将汇集来的各子节点数据通过GPRS网络发送给用户手机，课题所设计的智能监测报警系统的总体功能模块图如图1.2所示。图1.2 智能监测报警系统的功能模块图终端节点单元包括以下两部分部件:射频收发模块、传感器或受控终端以及两者之间的接口控制模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网络中各节点设备的网络无线连接和无线数据或指令的收发。系统的终端传感或受控单元，主要进行环境温度、湿度等各种数据的采集或者进行有人闯入或者有毒气体等意外灾难情况的探测以及对各种网络家电的控制。这种监
10、测功能需要通过接口控制模块来直接操作并完成。1.3家庭网关家庭网关是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的数字家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个终端设备。从结构上看，家庭网关是家庭外部TCP/IP网络和局部家庭网络之间的连接点。所以，家庭网关应具备两个主要功能 ：（1）作为外部接入网(如Internet接入)连接到家庭内部，同时将家庭内部网络连接到外部的一种物理接口，家庭网关应能同时处理多种类型的接入网技术，即完成不同网络间的协议转换和路由选择功能。协议转换，这一功能描述只是原理概念上的一个总体定位，实际设计和实现时决不是将一种协议对应转换成另一种协
11、议那么简单。从信息流动和变换的观点来看，可以将家庭网关视为如图1.3所示模型。在图1.3中，有两条双向的信息流通过家庭网关，家庭网关在其中起着信息格式变换的作用。 TCP/IP网络 ZigBee无线网络家庭网关电源时钟显示部分按键STC89C52CPUInternet接口RAMFLASHUSBZigBee接口图1.3 家庭网关的结构图（2）使用户可以获得各种服务(包括现有的服务和未来可能出现的服务)的平台。如远程通讯，远程教育、远程医疗、远程抄表、家电管理和集成、安全系统管理、家庭能源调节和管理、在线和电子公告等。同时，作为家庭与媒体的中心，实现音频和视频信息的综合预处理等。如可视电话、视频传
12、送和分配、虚拟VCR和视频点播、视频交互通讯、CD点唱机。传统的家庭网关多采用PC机模式，这样为了使网络能够正常运行，首先要保证PC始终保持在开机状态并且稳定无故障，这样势必造成了整个网络的可靠性降低。为了避免系统对传统PC机的依赖问题，课题采用嵌入式技术设计家庭网关，设备通过嵌入式模块，直接接入Internet实现信息交互的过程。课题采用飞利浦的LPC2200系列ARM7嵌入式芯片设计网关。课题所设计家庭网关的结构图如图1.3所示。1.4 研究目的和意义在智能监测报警系统中，无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上
13、的费用和精力，而且更符合家庭网络的通讯特点。同时随着无线网络技术的进一步发展，也必将大大促进智能化、网络化的进程。目前，无线网络技术主要可分为射频技术、IRDA红外线技术、IEEE80211b和IEEE80211a协议技术、Home RF协议、蓝牙技术、ZigBee技术。其中射频(RF)技术已很成熟。它的成本低廉，穿透性较好，但抗干扰能力差，安全性差，最致命的缺陷是它没有统一的标准，各公司的通信协议都不一样。红外IRDA技术也比较成熟，但必须直线视距连接，限制太大，并不适合我们通常意义上的家庭网络；IEEE8021l是IEEE最初制定的一个无线局域网标准，主要用于办公室局域网和校园网。由于它在
14、速率和传输距离上都不能满足人们的需要，IEEE小组又相继推出了IEEE8021lb和IEEE8021la两个新标准，但无论是IEEE80211b还是IEEE8021la都是一种高速率传输协议，用在家居系统上有些大材小用，而且价格昂贵。它更适于办公室的无线网络；Home RF无线标准是由Home RF工作组开发的，旨在使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业化，由于Home RF网络没有密码因而它的安全性较差，且它的抗干扰能力很差；而ZigBee技术和蓝牙技术都属于IEEE80215协议，在一定的范围内有重叠，但其各自的技术特点决定了其应用的侧重点仍有很大的不同。蓝牙更适合于语音业务及
15、需要更高数据量的业务，如移动电话，耳机等。ZigBee作为一种低功耗、低数据速率、低成本的技术更适合于智能化，安全保障系统及进行低数据率传输的低成本设备之间。一般家庭网络通讯有以下几个特点：l、传输的数据量比较小，因而无需太大的传输速度；2、信息的实时性要好，时延要短，尤其在安防信息上；3、无论采用何种方式建立家庭网络，都必须保证数据传送过程中的安全性和可靠性，不易被人窃取和破坏。1.5 课题的研究内容本文在分析智能监测报警的发展方向，研究的必要性及意义后，把外部网络(移动网)和家庭内部控制网络相结合，完成了智能监测报警系统的设计。设计整体框图如图1.4所示。图1.4 设计整体框图基于GPRS
16、和ZigBee技术的智能监测报警解决方案采用以单户家庭为单元的通信控制模式，在每一个家庭中都安装一个主控中心(负责用户控制信号及家电反馈信息的接收和转发)，及若干个与家电设备相连的分控终端(控制该家庭的所有电器)。主控和分控装置由家庭总线相连，家庭总线采用ZigBee无线通信方式。此装置便于家庭独自管理，安全性、可靠性高。1.6 本文主要工作及组织结构基于ZigBee和GPRS相结合的无线数据传输网络，由封装CC2430和数字传感器的终端节点对中的相对湿度、温度、大气压等火灾因子进行实时采集，经每个子网中的中心节点将数据发出，由GPRS模块传送数据到手机或服务器，在服务器中建立自己的数据库，并
17、负责将上传的数据存储到火灾预警数据库中，经决策生成软件对数据进行综合分析产生相应的预警和决策，系统结构如图1.5所示。图1.5 系统结构图第二章 关键技术和主要器件的介绍2.1 几种无线通信技术的对比目前，各种无线传输技术林立，应用广泛。每个技术都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；各种短距离无线通信技术都在争取成为市场标准。这里我们重点介绍与控制网络有关的无线通信技术。2.1.1 红外线技术IRDA红外线技术是家庭无线控制网络的一个选择，它设备简单，价格低廉，很容易推广。而且现有的家电通常具有红外线遥控接口，很容易融入到
18、这样的网络中。但是，红外线控制方式的作用距离短，而且要求控制器与接收器之间必须具有目视接触，属于点对点的通信方式。因此，红外使用不很方便。特别是对于家庭组网方式，红外方式明显是不适合的。2.1.2家庭射频技术的Home RFHome RF工作组是由美国家用射频委员会领导于1997年成立的，其主要工作任务是为家庭用户建立具有互操作性的话音和数据通信网。Home RF的普及率高达45%，在家庭无线联网市场独占鳌头。但由于Home RF技术标准得到的支持程度、抗干扰能力等方面的欠缺，加上市场营销策略失当、后续研发与技术升级进展迟缓，市场优势逐渐丧失，导致最终Home RF工作组不得不宣布黯然退出无线
19、联网市场的角逐。2.1.3蓝牙技术蓝牙技术由爱立信、东芝、IBM和英特尔五家公司于1998年提出。主要用来打破以红外线或电缆线联系不同产品时受到的限制，2000年做到使移动电话等设备与个人电脑或任何其他设备、仪器之间，能够在约几十米的距离内无需连接电缆线或红外接口就可进行数据交换。蓝牙技术是实现话音和数据无线传输的开放性规范，是一种低成本、短距离、支持点到点和点到多点的通信的无线通信技术，蓝牙最早是作为电缆的替代的一种低功耗短距离无线接口，实现在移动电话、便携式电脑和其他电子装置之间的无缝连接，进而形成一个个局域网，使得其范围内的各种信息化的移动和便携设备都能实现资源共享。虽然用途上与红外类似
20、，其标准中也考虑到了与红外系统的兼容性，但是由于无线电波比红外线有固有的优势，蓝牙技术具有更广泛的应用。但是未来的家庭网络中设备节点的数量将会越来越多，蓝牙有限的网络容量将会限制其在低速控制网络中的应用。另外，蓝牙的成本始终高居不下，也就导致其无法适用于未来的大规模家庭网络的应用。目前己经有基于蓝牙的智能安防监测系统，但是因为系统造价高，所以无法推广开来。蓝牙技术具有强大数据通讯优势，用于抄表领域在技术上是完全可行的。目前市场上早已有蓝牙技术的抄表模块。但由蓝牙技术主要针对的是数据交换及语音信号传输，同其它专有的抄表技术相比，有协议过于复杂、芯片成本较高的缺点。2.1.4 几种无线通信标准的性
21、能比较几种无线通信标准的性能比较如表2-1所示。表2-1 线通信标准的性能比较ZigBeeBluetoothWI-fiGPRS/GSM应用范围监事与控制短距离的有线的替代品Web、视频、e-mailWAN、声音与数据系统资源4KB-32KB250KB+1MB+16MB+电池寿命100-1000+1-71-51-7网络节点数255/65KB7301000带宽（Kbps）20-250100011000+64-128考虑到安防监测的无线网络小数据流量少、对适时性要求不高的特征，选用任何无线通信技术必须考虑以下几点：低成本：用户计量仪表是低成本的。因此这些用来联网的元件也必须是低成本的。低功耗：内置电
22、池正常使用时间，热量表应不低于五年、水表与燃气表不应低于六年。2.1.5 GPRS网络总体结构GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN(GPRS网关支持节点)和SGSN(GPRS服务支持节点)来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。其系统结构如图2.2所示。图2.2 GPRS系统结构2.1.6GPRS协议移动台和SGSN之间的GPRS分层协议模型如图2.3所示Um接口是GSM的空中接口。Um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。MAC为媒质接入控制层。MAC的主要作用是定义和分配空中接口的GPRS逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享
23、。LLC层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程层LLC的无线链路协议。LLC层负责在高层SNDC层的SNDC数据单元上形成LLC地址、帧字段，从而生成完整的LLC帧。SNDC被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定TCP的地址和加密方式。为提高系统的可靠性以及减小设计、开发周期，本系统由一个主节点和多个子节点组成，电路上均采用集成化设计。子节点负责采集环境参量，通过无线通信模块将数据以多跳方式逐级传递给主节点；网络层的协议目前主要是Phase阶段提供的TCP/IP和X.25协议，这些协议对于传统的GSM网络设备(如BSS和NSS等设备)是透明的。如图2.3所
24、示 图2.3 GPRS协议7）GPRS技术的优点：（1）资源利用率高PRS引入了分组交换的传输模式，用户只有在发送或接收数据期间占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少，支付多少”的原则。（2）传输速率高GPRS的高传输速率，意味着通过便携式电脑，GPRS用户能快速地上网浏览，同时也使移动多媒体应用成为可能。（3）接入时间短分组交换接入时间短，能提供快速即时的连接，可使已有的Internet应用(如E-mail、网页浏览等)操作更加便捷、流畅。（4）支持IP协议和X.25协议GPRS支持因特网上应
25、用最广泛的IP协议和X.25协议。而且由于GSM网络覆盖面广，使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入。GPRS模块与单片机之间通过串口进行通信，当模块收到来自于单片机的AT命令时，其做出相应的响应，并回显OK字符给单片机，表明指令功能已完成，当单片机收到OK时，则可进行下一条AT指令的输出。为保障整个系统的可靠性以及便于系统管理，对其进行初始化设置时务必要完成以下几个指令： (a)AT+ESIMS即查询SIM卡是否存在；(b) AT+COPS即查询是否正确登陆到网络；(c) AT+CLIP=1开启来电显示；(d) AT+CMGD=1,4清空SIM卡短信。2.2 ZIG
26、BEE无线技术ZigBee是无线传感网络的一种类型,ZigBee技术工作在3个不同频段上,对应全球的三个不同的地区，分别具有0.25Mbit/s、0.02M bit/s和0.04M bit/s的最高传输速率,它的短距离传输能够覆盖10-75m的范围；zigBee网络在中国使用开放的2.4GHZ频段，适合于短距离且数据量小的应用领域。ZigBee具有如下特点: (1)低速率: ZigBee的0.25M bps的通讯速率，是低速率的数据传输。(2)近距离: 相邻节点间的传输距离介于1075m之间，通过协调节点和路由节点的接力通信，能实现较远的传输距离。(3)低功耗: ZigBee的射频功率为1mW
27、,设计了省电睡眠模式,所以其功耗很低。在优化的电源管理模式下，2节干电池可供1个节点工作1年以上。 (4) 成本低、结构灵活: ZigBee模块的起点不高,在20元左右，而且通过技术改进可以简化协议，从而降低对控制器等硬件的性能要求，降低对存储容量的需求，并且ZigBee协议软件是开源的。所以低成本是ZigBee技术很大的优点。 (5) 实时性高、时延短: ZigBee从省电模式转入正常工作模式需要12ms，各节点自动组网实现通信需要30ms，节点间实现数据传输的通信时延很短。所以ZigBee技术能满足工业控制自动化等对实时性要求很高的无线通信应用场合。与其它同类技术比较，它们的通信延时和组网
28、时间都要高一个数量级如蓝牙技术、WiFi技术等。(6) 组网灵活、容量大: ZigBee可采用各种拓扑结构如网状结构、树状结构等，一个发送节点可控制管理很多终端节点和协调节点，一个主节点最多可管辖255个终端节点和协调节点；低层的网络节点由上一层网络节点管理，可以构成规模庞大节点数达数万个的大网，组网方式灵活多变，子网个数众多通信复杂度低是ZigBee的优点。(7) 稳定可靠: ZigBee节点间的数据传输采用完全的确认应答模式, 如果没有确认应答则数据必须重发，直到确认为止；采取了避免冲突策略。在本设计中，采用星型网络，这种星型结构的特点是对中心节点(这里是无线数字家居服务器或网关)的依赖性
29、很大，中心节点出现问题可能造成整个网络的瘫痪。家庭内部无线网络连接距离较短，一般在100米以内，家用电器位置容易改变，家庭电器等的数量也容易变化。根据家庭网络的这些特点以及以上介绍的无线网络拓扑结构，本文以家庭网关为中心节点组建一个星型家庭网络。ZigBee技术最大传输距离150米，完全满足家庭网络需要。通过实用证明，星型家庭网络组网简单，实用可靠。2.3 CC2430芯片的介绍CC2430及其外围附属电路构成无线收发模块，该模块工作在2.4GHz 全球开放ISM 频段免许可证使用；该芯片采用0.18 m CMOS 工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于2
30、7 mA 或25 mA。CC2430具备多种休眠模式和转换到主动模式时间超短的特性，特别适合那些要求长电池寿命的应用。而且因为射频收发模块和单片机内核都包括在CC2430芯片内部，所以简化了接口电路的设计。该电路主要包括：15V 和30V电源滤波电路、并行接口电路芯片、时钟电路、复位电路、组网显示电路等。通过设置不同的滤波电容从而实现不同的电源电压供电；并行接口电路将芯片内的21个IO引脚以及复位、电源等引脚通过12脚的两排针引出，满足在不同的系统应用中由用户进行灵活的定义，使系统的通用性和灵活性增强。2.4 常用传感器原理及应用2.4.1 烟雾传感模块NIS-10A是烟雾离子探测式烟雾传感器
31、，使用放射性物质的射线探测烟雾离子。放射性物质包裹在金属制电极内部,所以不会泄露放射能量。NIS-10A属于通用性低功耗数字传感器,使用电池带动。外加电压：DC611V以下电流: 24 3pA湿度可选用DHT11传感器应避免安装在诸如空调出风口附近、暖气片附近等环境温度正常变化的场所。传感器监视区域内应避免有热源。传感器尽量避免对着有强光的窗口。传感器监视区域内应避免出现小动物，如不可避免，应选用防小动物干扰的透镜。2.4.2 微波红外双鉴传感器微波红外双鉴传感器是被动式红外传感器和微波传感器的组合，微波传感器根据多普勒效应原理来探测移动物体。传感器发射微波，微波遇到障碍物时被反射回传感器，当
32、障碍物相对传感器运动时，则传感器接收到的反射波频率发生变化：当障碍物朝着传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波高，当障碍物远离传感器运动时，传感器接收到的反射波频率比发射波低，因此，传感器通过比较反射波和发射波的频率来探测是否有移动物体进入。微波只对移动物体响应，红外传感只对引起红外温度变化的物体响应，微波和红外双鉴传感器只有两者同时响应才会做出报警。因此，大大提高报警可靠性。产品名称：红外微波双鉴探测器产品型号：PA-525D产品说明：探测范围：14m14m外形直观大方，适合任何装饰环境仿真直接转换成数字式无死位标准透镜数字式微波探测技术自动背景分析数字式自动脉冲数调节环境测试模式，
33、数字式温度补偿综合发光二极管显示产品参数：探测方法 微波+红外红外传感器类型 双源探测范围 90,14m14m频率 FCC&DOC-10525GHZ，（可用于其它频率）工作温度 -20到50工作电压 10-16Vdc工作电流 最大30mA报警周期 3秒2.4.3 门磁开关传感器门磁开关传感器实际上是一个干簧管，干簧管由两个靠得很近的金属弹簧片构成。两个金属片为软磁性材料，当干簧管靠近磁场时，金属片被磁化，相互吸引、接触，当干簧管远离磁场时弹簧片失去磁性，由于弹力的作用两个金属片分开。2.4.4 温度传感器本系统选用的温度传感器是选用美国 Dalls 公司生产数字温度传感器 DS18B20；ds
34、18b20 温度传感器是高度集成传感器、控制器、RAM 存储器、ROM 存储器的芯片。DALLAS公司拥有特有的专利技术-单总线技术，即是与微控制器的接口只占用一个 I/O 端口，不需要任何外部元件，在单总线可以同时挂接 248 片 ds18b20 温度芯片。Ds18b20 具有如下的特性：单线接口、具有体积小、适用电压宽、经济灵活、无需要外部元件、报警搜索命令可识别哪片 DS18B20 超温度限值、测量精度可编程、具有电源反接保护电路。Ds18b20 不需 AD转换电路，可直接将温度值转换成数字量。该器件只有 3 个引脚,不需要外部元件,一条数据线进行通信，即可实现微处理器与 DS18B20
35、 的双向通讯，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20 测量温度范围为-55+125C，在-10+85C 范围内，精度为 0.5C。型的单总线命令序列如下:第一步:初始化；第二步:ROM 命令(跟随需要交换的数据)；第三步:功能命令(跟随需要交换的数据)。每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列，如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。但是，这个准则对于搜索 ROM 命令和报警搜索命令例外，在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令，必须返回至第一步。根据DS18B20的通信协议，MCU对其操作主要有如下3个步骤：读写之前，对DS18B20发
36、送约 500 s 的低电平进行复位；复位成功，发送 ROM 指令；发送 RAM 指令。CPU 对DS18B20 的具体操作流程如图2.4所示： 图2.4 CPU 对DS18B20 的具体操作流程第三章 智能监测报警系统硬件设计3.1系统基本工作原理智能安防报警系统需采用智能网络专用协议传输，总线式通讯，以最简洁的系统架构，便于设计、施工、使用和管理维护。报警控制主机有多防区机型可供选择，足以满足家庭、商业网点、大楼、小区等各种场所的防盗报警需要。电话报警，易于联网，报警控制主机可通过联网方式报警，更多的是采用电话网络报警至家庭住户，无需另敷联网线路，极为方便。采用总线方式布线，可以大大降低系统
37、造价。家庭住户通过监控管理软件实时监测各种系统状态，可以对报警系统进行双向控制，还可以与公安局报警中心联网并自动报警，构成多级联网报警系统。综上所述，智能安防报警系统以系统的可靠性为基础，并结合防盗报警、火灾报警和煤气泄露报警等系统，家庭中所有的安全探测装置，都连接到家庭智能终端，并联网到家庭住户。外出时，您只需按下手中的遥控器，报警系统就会自动进入防盗状态。期间如有歹徒企图打开门窗，就会触发门磁感应器；这时，报警系统主机会发出报警声，同时通过电话线将警情报告给数个指定电话，可以对家里情况及时进行异地监听，迅速采取应对措施，让歹徒得到相应的制裁，保障财产和生命安全。 假如电线短路发生火灾。当烟
38、火刚刚起时，烟雾探测器就会探测到，即发出警报声，提醒室内人员，并自动通过电话对外报警，以便得到迅速及时的处理，免遭更大损失；如果煤气发生泄露，煤气探测器马上发出警报声，并自动启动排风扇，避免室内人员发生不测，同时通过电话线也将警情自动报告给指定电话。本系统可并联于任意一部普通电话，当监测范围内有情况发生时，系统自动摘机，电话接口电路利用单片机送来的信号转变成相应的双音多频信号并送出，即拨打固定的电话报警，并送出存储在语音芯片里的语音报警信息，提示对方所出现的状况，保证险情及时得到解决，而且系统不影响电话机的正常使用。从系统整体框图可以看出，单片机的前端电路完成基本监测功能，包括室内各种情况的检
39、测（漏水、温度过高、玻璃破碎声音等等），以及一些信号的识别和转换，而CPU部分电路承担了系统中核心报警部分的工作，也是本设计的重点。一旦检测到上述情况的发生就启动报警电路，采取报警措施。系统总体框图如图3.1：忙音检测电路红外传感器玻璃破碎传感器烟雾报警探测器微波防盗传感器煤气泄漏传感器报警信号处理电路单片机双音多频发送电路语音控制语音录放电路市公共电话线话铃电路图3.1 智能电话报警总体框图3.2 系统硬件设计系统总体框图见图3.2。报警系统主机MCUCC2430GPRS手机 监控区1CC24300从机 监控区2CC24300从机图3.2 系统结构框图3.2.2 MCU主控模块MCU主控电路
40、是智能安防监测系统的核心部分，主要负责系统上电后对各个模块的初始化、控制通信模块完成与上位机进行串行数据通信、控制监测模块通过天线完成对监测系统的各种操作等，保证系统能够有序、稳定的工作，其主控电路如图3.3所示。在单片机选型的过程中主要考虑了单片机的计算速度、处理能力、稳定性、定时器和中断资源、片内集成的ROM大小等因数。从众多的八位微处理器中选择了意法半导体公司（STMicroelectronics）的STC89C52单片机作为系统的MCU，它是MCS.51单片机的扩展型号，其指令与MCS.51系列单片机完全兼容，是目前所有内部集成Flash存储器产品中功耗最低的一种。P1.0/T21P1
41、.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17X218X119GND20VCC40P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732EA/VPP31ALE/PROG30PSEN29P2.7/A1528P2.6/A1427P2.5/A132
42、6P2.4/A1225P2.3/A1124P2.2/A1023P2.1/A922P2.0/A821U1STC89C52VCCC822pFC722pFC64.7uF/2.5VR110KY111.0592MHZVCC图3.3 主控电路（1） WSN技术并不是完全独有、全新的标准，其物理层、MAC层和链路层采用了IEEE 802.15.4（无线个人局域网）协议标准，但在此基础上进行了完善和扩展，整个协议栈架构如图3.4所示：WSN是以一个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成树状、链状、准网状组网，因此，每个节点的功能并非完全相同。为降低成本，系统中大部分的节点为终端节点，从组网通信来讲，它只是其功
43、能的一个子集，称为精简功能设备（RFD）；而另外还有一些节点，负责与所控制的终端节点通信、汇集数据和处理数据，或起到通信路由的作用，称之为全功能设备(FFD)即协协调器，协调器也为我们的中心节点，如图3.5所示 图3.4 WSN协议栈架构图 图3.5 WSN拓扑结构图 在图3.4所示的协议栈结构中，第二层采用Zigbee协议，其是IEEE 802.15.4协议的代名词，该协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其
44、特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。总之，ZigBee是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯技术。而Z-Stack是TI提供的符合Zigbee规范的免费协议栈，完全可以运行在CC2430节点上，利用Z-Stack，用户能够简单快速的开发出适合自己的Zigbee应用。（2）内嵌高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE802.15.4标准的2.4 GHz的RF无线电收发机；优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅0.9A的流耗；外部的中断或RTC 能唤醒系统；在待机模式时少于0.6A的流耗，外部
45、的中断能唤醒系统；硬件支持CSMA/CA 功能；较宽的电压范围（2.03.6 V）；数字化的RSSI/LQI 支持和强大的DMA功能；具有电池监测和温度感测功能；集成了14 位模数转换的ADC； 集成AES 安全协处理器；带有2路USART，以及1个符合IEEE 802.15.4 规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器。CC2430模块电路原理图如图3.6所示 图3.6 CC2430模块电路原理图图3.6CC2430模块电路原理3.2.4 入侵监测传感器的选择为保障人体入侵监测的准确性，本设计采用以PIR热释电传感器为核心的DYP-ME003人体红外模块，其具有低功耗、宽电压、电路体积小、工作模式可选、响应速度快、单路电平输出的特点，因此非常适合用于各种场合的人体入侵检测和报警系统。模块及电路组成如图3.7所示。图3.7 模块接口管脚功能及其工作特性如下：1.电源负极，2. OUT 信号输出，3.电源正极，4. L 不可重复触发端口、H 重复触发端口，5.CDS 光敏电阻，6.RT 温度补偿电阻。工作