基于无线传输的远程家庭安防系统研究

栗文静

（安徽建筑大学城市建设学院，安徽 合肥 230601）

基于无线传输的远程家庭安防系统研究

栗文静

（安徽建筑大学城市建设学院，安徽 合肥 230601）

文章提出了一种基于无线传输的远程家庭安防系统的设计和实现。由于现在社会生活节奏快，为让年轻人能安心工作，文章通过对家庭环境进行远程监控，用户家庭一旦出现有盗窃、燃气泄漏、水管破裂和火灾等险情时，通过GSM无线传输的方式向用户及时发送短信，同时用户可以采用自动和手动两种方式实现家庭的远程控制。

无线传输；远程监控；GSM

1 课题背景

随着信息技术的飞速发展，现代人的生活节奏也在加快，造成当今社会压力大，工作强度高。据调查，现代家庭中，由于沉重的生活压力，多数家庭都是双职工。平时工作日，年轻夫妇大多数外出上班，早出晚归，这就造成家庭和家中老人白天无人照看的情况；还有部分家庭，白天家中只留有老人照顾年幼的孩子，因老人和孩子都是弱势群体，有些不法分子专挑这样的家庭下手，进行盗窃、入室抢劫等违法行为，新闻媒体也多次报道过类似事件；另外也存在家人出差或外出游玩，家庭无人照顾的情况。为了有效地保护居民的生命和财产安全，让年轻人安心地工作，在住宅引入智能化手段对家庭住宅情况进行实时监控是十分必要和有意义的。本文以家庭住宅为研究对象，设计了家庭远程监控系统。该系统对家庭环境进行远程检测，用户家庭一旦出现有盗窃、燃气泄漏、水管破裂和火灾等险情时，立刻通过手机短信方式通知用户，用户可以实现家庭的远程控制。

图1 远程家庭安防系统总体结构

2 系统总体设计

本系统设计了一套针对家庭的远程安防系统。通过数据采集单元将家庭环境数据通过无线收发模块传送至上位机主控单元进行数据处理，一旦发现异常，即启动自动控制方式关闭燃气阀门，水管阀门等。同时将处理后的异常信息通过对外网络传输单元GSM传送至用户的手机上，用户也可以采用手动方式通过短信远程控制家庭安防系统，从而达到实时监测和控制的目的。本系统主要有监测数据采集、防盗报警和紧急求助的功能。室内部分采用无线方式传输采集的信号，无需布线、成本低、安装方便、使用灵活。数据的实时传输降低了家中发生事故的风险，增加了监测的可靠性。本系统的室内部分采用了点对点的通信，采用超低功耗的MSP430单片机和NRF24L01相结合的方式实现数据的短距离无线收发。一旦发现异常，通过外网络传输单元GSM将异常信息传送至用户的手机上。远程家庭安防系统总体结构如图1所示。

2.1 环境数据采集单元

环境数据采集单元主要负责采集家庭室内环境参数包括：水、门、窗、煤气、燃气、火灾，通过无线收发模块NRF24L01发送、接收数据信息。为实现防盗功能，本系统采用主动式红外对射传感器，安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大地降低了传感器的误报。为实现监测火灾的目的，本设计选用离子式烟雾传感器，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中。本设计选用可燃气体检测传感器来监测是否出现燃气泄漏，它能检测多种可燃气体，特别是天然气。采用水管泄漏控制器完成水管漏水的检测和远程控制，一旦发现漏水，控制器立即启动继电器，输出常开常闭无源信号。

2.2 无线传输模块

本系统采用的无线传输模块是NRF24L01，负责与底层传感器、家庭上位机主控单元相连，用于室内短距离无线传输，将环境数据采集单元到的数据通过无线收发模块片发送至上位机主控单元，实现数据的无线收发功能。

2.3 GSM模块

本系统中选用GSM通信模块实现远程无线数据传输，它的功能是将检测到的家庭异常情况及时通过短信方式发送到用户的手机上。它具备 GSM 短信、GSM 电话、还具备GPS定位功能。由主控单元 MSP430控制GSM模块，通过串口执行 AT 指令，由 AT 指令控制命令执行，支持低功耗模式，电压范围为 3.4～4.5V。使用方便，操作简单。

2.4 微控制器单元

本系统涉及两种微控制器模块，分别用于GSM模块通信及无线数据接收处理、环境数据采集控制单元，本设计使用ARM控制GSM模块及无线数据接收处理。考虑到实时监测系统的特点，本设计环境数据采集控制单元选用美国德州仪器（TI）推出的16 位低功耗的MSP430F149单片机作为主控器，它处理速度快，功耗低，且具有五种不同的省电模式。电源电压范围1.8～3.6V，用普通电池供电即可，MSP430F149 工作在1 MHz，2.2 V电压下电流消耗为 280 μA，待机模式下电流消耗仅为 1.6 μA。

3 系统软件设计

本系统软件设计包括两方面，一方面是：环境数据采集控制单元的设计，主要包括单片机MSP430F149控制不同传感器采集家庭环境参数，并将采集的数据通过NRF24L01发送给上位机ARM；另一方面是上位机ARM的控制功能实现，包括控制NRF24L01接收家庭环境参数，并把接收的参数和预设值进行对比，判断是否超限，如果超限即控制GSM向用户手机发送异常信息，每10秒发送一次，如果用户30秒之内没有启动手动控制方式处理家庭异常情况的话，则启动自动控制方式处理异常情况。GSM远程通信及无线数据接收处理程序流程如图2所示。

图2 GSM远程通信及无线数据接收处理程序流程

4 结语

本文从理论上分析和研究了基于无线传输的家庭远程安防监控系统，分别对其系统总体设计、各功能模块及软件设计进行了阐述。本系统利用传感器、无线网络、单片机及GSM等技术，实现了对家居环境的实时监控，具备防盗、防火灾、防燃气泄漏的功能，系统功耗低，工作稳定可靠，让用户可以安心工作或外出，有良好的应用前景。

[1]姜天傲，宋丽华，杨晔．基于无线控制的智能家居系统设计[J]. 信息通信，2014（12）：63-65.

[2]涂亮，段红光.基于433无线收发模块的物联网智能家居系统设计[J].电视技术，2012（6）：44-46.

[3]蔡静.基于物联网技术的智能家居系统的研究[J].网络安全技术与应用，2014（9）：105-106.

Research on remote home security system based on wireless transmission

Li Wenjing
（Urban Construction College of AHJZU, Hefei 230601, China）

This paper presents the design and realization of the remote home security system based on wireless transmission .Due to the fast-paced life and the busy work and in order to make the young people busy with their work securely, this paper remotely monitors the family environment so that it can send short messages to the user timely via GSM wireless transmission once the user’s family appears dangerous situations such as theft, gas leakage ,water pipe burst and fire. At the same time the users can adopt two ways：automatic mode and manual mode to realize the remote control of the family.

wireless transmission; remote monitoring; GSM

栗文静（1986— ），女，安徽亳州，硕士，助教；研究方向：电子信息工程。