新型多重窗户防盗报警系统设计*

李海虹，林贞国，郭　宏

(太原科技大学机械工程学院，山西 太原 030024)



新型多重窗户防盗报警系统设计*

李海虹，林贞国，郭宏

(太原科技大学机械工程学院，山西 太原 030024)

为了切实实现智能防盗功能，提出了一种新型多重防盗窗户防盗报警系统，该系统硬件部分由基于ZigBee的声光报警模块、智能控制的机械锁死模块、报警与通讯模块三部分组成，结合软件程序，实现在偷盗行为发生时，实现声光报警的同时机械自锁模块锁死窗户，并且主人能接收到报警短消息，能够实时了解家居安全性状况，从而大大提高了防盗安全性。

新型窗户防盗；ZigBee声光报警；机械自锁模块；GSM通讯

在生活应用中，为了提高家居安全性，已经有很多种先进的窗户防盗报警系统，如先进的防盗窗、利用单片机控制的红外线声光报警系统，通过窗磁传感器，振动传感器，来感应窗户防盗行为，利用PLC控制系统实现防盗，还有通过GSM信息发送方式通知主人的方式[1，4]。但是许多功能不够完善，本文提出一种新型多重智能化窗户防盗报警系统，它是基于ZigBee装置实现声光报警，采用ZigBee开发板替代单片机从而实现系统反馈信息的分析，以及有智能化接口的机械自锁装置锁死窗户，阻止窗户打开，通过GSM通信模块将信息传送给电脑或者手持智能设备，达到防盗报警的功能。

1　系统总体设计

该系统由硬件部分和软件部分组成，其中硬件部分有ZigBee控制的声光报警电路和智能化自锁功能的机械装置，软件部分有判断盗窃行为发生并实现声光报警和实现GSM信息通讯功能的程序。系统总体设计框图如图1。

图1　系统框图

2　系统硬件部分设计

2.1声光报警模块

系统该部分由红外传感器、ZigBee装置，单片机，LED显示的控制电路组成。平时传感器输出低电平[3]，相应的ZigBee装置模块控制的LED(红灯)是灭的，当有人闯入窗户附近时，红外传感器感应到红外辐射，传感器原来输出的低电平信号变为高电平信号，此高电平输入ZigBee装置，模块控制的LED(红灯)不停闪烁，同时高电平信号输入单片机接口，经单片机软件程序处运行后，ZigBee装置输出控制信号，驱动报警电路实现声光报警并将信息传送给电脑或者手持智能设备，从而实现其功能。该部分框图如图2所示。

图2　声光报警部分框图

2.2智能化机械锁死模块

窗户机械锁死模块由开关窗模块和机械控制模块组成，其中开关窗模块由卡槽、插销和壳体组成，如图3；机械控制模块由电磁铁、杠杆、连杆以及支撑体组成，如图4，平时，电磁铁断电，杠杆在左端重物作用下下压，使杠杆左低右高，使得窗户能正常打开和关住。其特点在于卡槽内设有锯齿槽，插销为楔形锁舌，插销通过连杆与杠杆连接，连杆另一端连接着电磁铁，电磁铁由控制模块控制。卡槽安装在窗户底槽，壳体安装在窗扇靠底部合适高度，电磁铁、杠杆、连杆安装在支撑体内，插销以及支撑体安装在壳体内。在三维制图软件Solidworks中，将其三维整体效果图绘出，如图5。

此模块可以实现开窗与锁窗的功能，具体开或锁需要由机械控制模块控制，平时机械控制模块式是常开状态，插销处于高位。有人闯入窗户附近时，单片机控制部分传来电信号，通过引线，电磁铁通电，排斥杠杆磁铁部分向上运动，从而使右端的连杆及插销向下卡住卡槽，锁死窗户。

图3　开关窗模块剖视图

图4　机械控制模块常态图

图5　自锁装置整体效果图

2.3通讯模块

系统中通讯模块由计算机，单片机、GSM模块和智能移动设备，如智能手机组成，实现当声光报警的同时由单片机发出信号到GSM无线通讯模块，接收短消息和发出语音呼叫的功能，从而进一步实现智能防盗。

本系统主要采用GSM模块TC35的短消息接收和发送功能，GSM无线通信模块TC35具有语音、数据呼叫、短消息等许多功能，当主人接到短信通知家中被盗时，能够及时报警。基于Zigbee装置与GSM的短消息收发系统的组成框图如图6所示。

图6短消息接收系统框图

系统主要由两个模块Zigbee通讯装置与GSM通信模块TC35实现MCU(Microprogrammed Control Unit)与GSM模块之间的有线数据传输；GSM与智能化设备通信模块，实现GSM模块与智能移动设备的无线数据传输。

本设计采用PC机处理传输过程的数据，因为GSM通信模块TC35和单片机AT89S52都是利用串口进行数据传输的，所以直接将传输数据通过单片机发送给GSM通信模块TC35，实现通讯。其中，MAX232模块是实现电平转换的功能。设计电路框图如图7所示。

图7系统设计框图

3　系统软件设计

3.1报警系统软件设计

自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主程序、扫键程序等。应用汇编语言编程，使用G6W型仿真器，在Keil uVision2环境里运行，最后用烧写器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用MCS-S1汇编语言编写自动报警器中相关程序(如拨号、检测等)，详细的程序本文中将不详细的列出，下面是主程序设计框图，如图8所示。

图8　主程序框图

3.2TC35通信程序设计

为能实现电脑与模块的直接通信，本设计中防盗报警系统检测使用WINDOWS系统自带的“超级终端”软件，此处将波特率设置为9 600 Hz，数据位为8位，停止位为1位，无奇偶校验，该系统以微控制器Zigbee装置为监控模块。

用户接收发送短消息，也由单片机发出的信号来控制实现，当单片机检测到有外部中断时，向用户发送短信息来实现通知用户报警，这里短消息内容必须符合时限规定的协议，每次发送和接收的指令需要有一定规格，使得收发双方可以解释发送的指令，并且及时处理指令的内容，完成信息接收功能。

短信收发有两种方式分别为：TEXT 模式和PDU(protocol data unit)模式，均由T35模块来实现。其中，PDU模式是采用UNICODE编码发送汉字和英文，但PDU码合成过程比较复杂。TEXT模式无需编码，但是只能发送英文。本设计中只需要能够实现发送功能即可，为了简便易行，采用TEXT模式。当T35模块与电脑通信成功时，“超级终端”界面会显示出“^SYSSTART”字样，然后输入“AT”，回车，可以看到返回信息：“OK”。

当实现通信成功后，接着便能够实现短信息发送功能，短信息的发送分为以下两步：

1) 发送接收的手机号码，等待应答：“>”，AT+CMGS="137xxxxxxxx"回车(此号码为目的地址)。TC35模块回应：AT+CMGS=“137xxxxxxxx”>

2) 在TC35模块输入所要发送的短信息的内容(只能是英文)：alarm，以ctrl+z的组合键结束，手机便可以成功接收发送出来的短消息：alarm[17]，从而实现通讯功能。

4　结论

本文以切实实现防盗功能为目的，设计了新型窗户防盗报警系统，具有多重功能，实现声光报警、智能化机械自锁、短信发送等功能，设计出其硬件电路部分，在三维制图软件中将机械装置部分模型展示出来，编写了实现系统功能的软件程序，通过实验验证，证明该种新型防盗报警系统具有很好的使用价值，功能性非常好。

[1]薛亮.适用于智能化建筑和小区管理的安防系统研究与开发[J].天津科技,2009，36(1):5.

[2]Document 03285r0:Suggestions for the Improvement of the IEEE 802.15.4 Standard,July 2003.

[3]吴英才，林华清.热释电红外传感器在防盗系统中的应用[M].传感器技术,2002.

[4]梁威.智能传感器与信息系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[5]Zigbee Alliance, http://www.zigbee.org.

[6]黄仁喆.将窗户锁固于不同位置的装置：韩国，99120731.9[P].2000,03,29.

[7]约翰·罗索·沃茨布仁登·乔治大卫·格林伯里.滑动门和窗户锁:澳大利亚，200980101256.9[P].2010,11,17.

[8]丛大力.一种自动窗户锁：中国，200920025398.9[P].2010,03,03.

[9]荆其林.智能防盗窗：中国，200810006141.9[P].2009,08,19.

Design of Multiple Anti-Theft Alarm System

Li Haihong, Lin Zhenguo, Guo Hong

(SchoolofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,TaiyuanShanxi030024,China)

The article puts forward a new multiple anti-theft window alarm system which is composed of three parts: audible and visual alarm module based on ZigBee; intelligent controlled mechanical lock; alarm module and communication module. When the stealing behavior happens, the windows are triggered with the sound and light alarm functions, while the windows are locked with the mechanical self-locking module at the same time, also the host can receive the message information and real-time know the safety conditions of home, thus greatly promote the anti-theft security.

new window anti-theft system; sound and light alarm of ZigBee; mechanical locking module; GSM communication

2016-07-05

山西省青年基金项目(2010021021-2)；山西省高等学校创新创业项目(2013238)

李海虹(1978- )，女，山西太原人，副教授，博士，研究方向：机械测试技术、机构动力学。

1674- 4578(2016)04- 0056- 03

TP277

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