基于单片机的新型智能家居无线双道报警系统WDAS的设计

禹谢华

基于单片机的新型智能家居无线双道报警系统WDAS的设计

禹谢华

福建师范大学闽南科技学院,福建泉州362332

智能家居安防报警系统是智能家居系统的重要组成部分。本文在传统防火防盗报警装置的研究基础之上，结合GSM无线通讯技术，同时引入独立式温控检测机制，设计出了一种基于单片机的新型智能家居无线双道报警系统——WDAS。该系统除了拥有基本的防盗功能之外，还具备有双道防火报警功能。当发生火灾险情时，除了传统设计中烟雾传感器的监测预警之外，由蓄电池持续供电的独立式温控开关控制的蜂鸣器亦可以进行报警，从而形成双保险，防火及防盗效果更好，安全性和稳定性更高。

单片机;新型;智能家居;无线双道;防火防盗;报警系统

anti-theft;alarm system

近年来，随着社会经济的迅速发展和农村城镇化进程的加快，城镇人员的居住地也越来越密集，各种中高层小区层出不穷，社会治安状况变得更加复杂和多样化。随着居民小区、商业网点、高层建筑的不断增加,人们的防火、防盗意识也在逐步加强,急需理想的监测报警装置来完成对防火、防盗的早期发现,从而减少不必要的损失。于是，作为新一代的智能家居防火防盗报警系统应运而生，并受到越来越广泛的关注和运用。本文所提出的新型智能家居无线双道报警系统——WDAS便是在这种情况下应用而生的。

1 传统报警装置的基本组成、运行机制及不足

传统防火防盗报警装置通常是由单片机、传感器监测电路（远红外传感器、烟雾传感器和温度传感器等）、自动拨号电路及声光报警装置等部件构成（图1）。当各类传感器监测到有险情发生的时候，即以传统电话线路为媒介传输险情等预警信息。其中，烟雾传感器和温度传感器用于防火，远红外传感器用于防盗。一旦发现有非法侵入或火灾等险情的时候，传感器监测电路立即向单片机发出信号，请求中断处理，单片机响应中断后立即启动自动拨号程序，根据预先植入的险情等级或类别，自动拨打预先设置好的相应报警电话（拨通用户或直接拨打110、119报警），以完成及时预警的功能。

图1 传统防火防盗报警装置的系统结构图Fig.1 The structure diagram of traditional fire anti-theft alarm system

图2 无线双道预警系统WDAS结构示意图Fig.2 The structure diagram of Wireless Dual-channelAlarm System(WDAS)

这种传统防火防盗组合装置存在诸多的现实问题：第一，报警线路是与家庭电话座机并联的方式设置的，在遇到险情的时候，一旦有电话拨入（电话占线）或线路被破坏（如烧毁或被人为剪断），将无法完成预置的报警功能；第二，其防火功能主要依赖于烟雾传感器和控制芯片，一旦烟雾传感器或控制芯片失灵，其防火功能将完全丧失，安全和稳定性不高。

2 新型无线双道报警系统WDAS的构成及其改进措施

2.1新型无线双道报警系统WDAS的构成

新型无线双道预警系统WDAS的构成首先包含了传统报警系统中单片机、传感器监测电路、自动拨号电路及声光报警装置等常用部件，其中的远红外线传感器和烟雾传感器与单片机的输入端口相连接，单片机的输出端与外置声光报警器、LED报警显示屏等相连接。在此基础上，改进了温控监测火情的报警机制以及预警信息的传递途径，增加了独立温控检测机制、GSM无线通讯（发送和接收）模块和“天然气传感器”监测电路。如图2所示。

2.2新型无线双道报警系统WDAS的改进措施

2.2.1 增加“无线通信”模块传统的安防报警装置通常采用的是与家庭电话座机并联的方式设置的，在遇到险情的时候，需要借用电信公司先前为座机设置的物理连接线路才能顺利的传递预警信息。而值得注意的是，随着社会经济的发展以及手机的深入普及，家庭式的电话座机已经逐渐被淘汰，传统的电话线路在新型小区住宅中已经逐渐消失。即使在老式小区，尚存不少电话线路，而由于年代的久远，线路接口等的老化也极其严重，很难准确及时的完成信息的传递工作。

本文所提出的新型无线双道预警系统增加并改进了传统报警装置中依赖电话线路传输预警信息的落后传输机制，改进为无线传输方式，引入GSM无线发送模块，极大了的提高了防火防盗系统的实时性和实用性，进一步扩大了报警装置的应用范围。

在本设计中，该无线双道预警系统中的无线模块主要是基于西门子公司研制的TC35模块为基础。TC35是一款高度集成的双频GSM 900/DCS 1800MHZ的GSM模块，已被广泛应用于远程监控、追踪器、无线公话以及无线POS终端等社会各学科及领域。GSM模块本身即是一个能够独立操作的系统，主要由GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、ZIF连接器、供电模块和功放器件等组成，信息传送内容可以包含有语音和数据两个部分。该无线通信模块通过接入电路连通控制模块实现远程报警。TC35模块采用AT指令或掉电复位，支持多种模式，能够实现实时时钟，支持标准的AT命令集，通过AT指令可实现短信的实时发送功能。基带处理芯片是其核心部分，包含了所有模拟和数字功能，负责整理GSM终端内的信号。配置AT命令用以让GSM发送短消息,可以有TEXT格式、PDU格式及PDU数据格式三种，以下仅以TEXT格式为例做一简单说明：

1）AT ＜CR＞

2）AT+CMGF=1 ＜CR＞

3）AT+CMGS=“+86***********” ＜CR＞

4）“MESSAGE（英文或数字）” ＜CRTL+Z＞结束并发送

2.2.2 引入“独立温控检测”机制在传统的安防报警装置中，“温度传感器”检测电路与远红外线传感器、烟雾传感器以同一方式连接在单片机控制芯片的输入端。而一旦断电或单片机主控芯片损坏，所有预警装置将陷入瘫痪状态，将无法完成预定的防火防盗的任务。于是，我们考虑用独立温控开关的形式来替代传统报警装置中“温度传感器”直接与控制核心部件——单片机相连的机制，即使小区断电或者单片机主控芯片损坏，以蓄电池供电的独立温控开关仍然可以独立发出预警信息，及时通知监管员，以便采取有效措施，将损失降到最小，极大的增大了报警的准确和时效性。

具体而言，此新型无线双道预警系统在报警主机内除了前述传统报警装置中的基本部件之外，还增设有温控开关、蓄电池和蜂鸣器。温控开关是现有成熟技术，已经被广泛应用于热得快和饮水机等家用电器中。而本设计中的温控开关则是由探头和由探头控制导通的两根引线构成，其中一根引线连接蓄电池的正极，另一根引线通过蜂鸣器连接蓄电池的负极。这种独立式温控检测机制，具备了双道防火功能，当发生火灾险情时，蜂鸣器可以进行报警，从而形成双保险，防火效果更好，安全性更高。

2.2.3 增加“天然气传感器”检测电路纵观世界各地，由于天然气泄露所造成的事故时有发生，而一旦发生，其后果也极其严重。当前，在我国北方的大部分小区楼层中，也采用了大量的天然气管道线路的设计结构，而一旦发生险情，后果将不堪设想。针对这一情况，我们在该新型无线双道报警系统中增加了“天然气传感器”检测电路，防范与未然，一旦发生险情，最大可能的将损失降到最低。由于其设计及连接方法与传统的“红外传感器”检测电路和“温度传感器”检测电路等并无太大差异，在此不在赘述。

3 结语

本文所提出的新型无线双道报警系统WDAS，首先充分利用了现代移动通信网络的优势，摒弃了传统报警系统中依赖电话线路才能传输预警信息的落后传输机制，减少了环境因素对系统的影响，提高了系统的实用性，增大了报警装置的应用范围。其次，以由蓄电池持续供电的独立温控开关检测机制来替代传统报警装置中的“温度传感器”与单片机直连机制，避免了因单片机主控芯片损坏或系统断电而导致的报警器无法正常工作的弊端，提高了报警系统的安全和稳定性，增大了报警的有效性。最后，针对当前小区均采用了天然气管道线路设计结构的新特点，增加了“天然气传感器”检测电路，能够最大限度的将损失降到最低。总之，该新型无线双道报警系统WDAS具有成本低，使用范围广及报警稳定和准确性高等众多优点，具有极大的应用和推广价值。

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The Design of the Wireless Dual Channel Alarm System(WDAS) Which Is a New-style and Intelligent Home Furnishing Based on the Single Chip Microcomputer

YU Xie-hua
Minnan Science and Technology Institute,FuJian Normal University,Quanzhou362332,China

The Intelligent Home Furnishing Security Alarm System is an important part of Intelligent Home Furnishing System.This paper explored and designed a new type of the Wireless Dual channel Alarm System(WDAS)of the home furnishing based on the single chip microcomputer and on the past research of the traditional fire fighting and anti-theft alarm system,combined with the GSM wireless communication technology,at the same time introducing an independent temperature detection mechanism.This system not only has the basic function of the anti-theft feature,but it also has the dual channel fire alarm function.When a fire broke out,in addition to the monitoring and early warning provided by the smoke sensor with the traditional design,the buzzer which is controlled by the independent type of the temperature detect switch with the constant power supply by the storage battery can also give an alarm.Thus the double insurance can be formed,and it tends to have a better fire fighting and anti-theft effect and a higher level of security and stability.

Single chip microcomputer;new type;intelligent home furnishing;wireless dual channel;fire fighting and

TP39

A

1000-2324(2014)05-0691-03

2013-02-24

2013-03-14

2013年福建省教育厅科研项目(JA13369);福建师范大学闽南科技学院“青年骨干教师重点培养对象”基金资助项目(mkq201008)

禹谢华(1982-),男,汉族,湖南邵东人,硕士,副教授,思科认证网络工程师.研究方向:人工智能,无线传感器网络,信息与网络安全.E-mail:yuxiehua@163.com