智能家居安防GPRS无线远程监测报警系统设计

锦州中学 关雯馨 王新蕊

1.引言

随着现代家居生活水平的不断改善，人们对财产、人身安全的要求也越来越高。高效智能的家居安防系统为人们生活提供了重要的安全保障，面向用户手机的远程智能家居安防监测尤为必要[1]。传统的家居安防系统多以有线为主，布线繁杂影响家庭装修，维护困难且不易组网，用户无法及时远程获取报警信息进行处理[2,3]。本文基于GPRS无线通信技术，设计了一种智能家居安防GPRS无线远程监测报警系统，采用传感器无线组网实现了燃气火灾监测、多点防盗监测、环境参数监测、视频监控等完善的家居安防功能，并通过GPRS及时将安防警情通过短信和电话通知给用户手机，可通过手机APP访问网络摄像头远程查看实时图像，在第一时间消除安全隐患。解决了安防布线复杂、难以远程监测等问题[4,5]，为智能家居提供了高效低成本的远程安防解决方案。

2.系统总体构成和原理

智能家居安防GPRS无线远程监测报警系统由传感器节点、单片机控制单元、无线收发模块、GPRS模块、网络摄像头以及用户手机六部分组成，完成盗情监测、有害气体监测、火情监测及远程报警功能等功能。系统结构如图1所示。烟雾传感器、红外传感器、门磁传感器等传感器与终端主机构成室内安防传感网，采集数据对家居环境进行监控，传感报警信息通过433MHz短距无线通信模块发送给主机，单片机控制单元采用STC12C5A60S2为控制核心，通过无线接收模块SC2272接收报警数据，若有报警则由GPRS模块发送报警短信及拨打用户手机，用户也可通过手机APP登录网络摄像头对家居监控实时视频进行查看，便于及时处理报警，通过遥控器可以进行安防系统的布放和撤防。

图1 系统整体结构框图

3.系统硬件电路设计

3.1 主控模块电路

主控制模块采用高速/低功耗微控制器STC12C5A60S2作为整个控制系统的核心，控制433MHz无线通信模块接收各传感器节点发送的报警信号并进行处理，并通过串口以AT指令控制GPRS模块向用户手机进行短信及电话报警。其最小系统电路包括串行下载接口，晶振及串行接口。

3.2 传感器电路设计

系统采用红外热释电感应模块HC-SR501作为检测人为入侵的元件。其核心处理芯片为BISS0001，构成被动式热释电红外开关，在布放状态下，如有人进入布放区域则开关闭合输出报警信号，配合球形菲涅尔透镜，提高了对人体红外检测的灵敏度。

火灾报警传感器采用离子烟雾探测报警芯片MC14468，完成对烟雾探测、报警的功能。煤气检测采用MQ-2可燃气体传感器监视室内燃气浓度，如有燃气浓度超标则发出高电平报警信号。

门磁、窗磁传感器结合红外线探测器实现对有人非法入侵的检测。其原理为磁开关，门磁开关打开时，上拉电阻给出高电平，发送报警信号通过无线传输给单片机报警。

温湿度传感器DHT-11用来测量环境温湿度信息，并作为火灾报警的重要参数。采用单总线方式连接到单片机的一个IO口，通过串行方式上报温湿度参数。

图2 SC2262无线报警发送电路

3.3 无线收发模块电路设计

系统中采用433MHz无线SC2262发射模块和接收模块SC2272实现传感器无线组网。各传感器报警信号通过SC2262无线传送给主机的接收模块SC2272。SC2262为低功耗通用编码无线发射芯片，具有12位三态编码，用于报警数据无线发射。如图2所示，当传感器报警信号驱动SC2262发射时，SC2262无线发出当前地址编码和数据位数据，对应的主机接收模块SC2272可收到报警信息及编码并触发报警。

无线接收模块SC2272是与SC2262配对使用的无线解码芯片，接收SC2262发送的报警地址编码和数据；当SC2272的当前地址与SC2262地址一致时，当解码得到有“1”数据时，驱动相应的数据输出端为高电平向单片机进行报警。

3.4 GPRS无线模块电路

系统采用GPRS无线模块SIM800实现主机向用户手机的远程短信及拨号报警功能。SIM800A通过串口AT指令控制可实现语音、短信（SMS）、数据传输等功能[6]。GPRS模块电路由SIM800芯片、SIM卡电路、串行接口、供电电路等部分构成，如图3所示。单片机对SIM800控制方式通过串口TXD、RXD发送AT指令，完成呼叫、收发短信报警功能，。电路中LM2941稳压芯片提供4.2V的工作电压。模块工作需SIM卡在线入网支持[7]，U1为SIM卡电路，通过SIMDATA、SIMCLK、SIMRST引脚完成对SIM卡的数据读写操作。Q1及DS1构成模块工作指示电路，并指示模块工作状态。

图3 GPRS无线模块电路

4.系统软件设计

智能家居安防主机软件包括对各个传感器报警数据的接收，事件判别处理、GPRS无线远程报警和数据传输等功能模块。安防主机在系统上电后进行初始化，首先对环境温度以及湿度进行采集和显示，然后系统判断是否进行布防操作，如果未布防，系统自动返回，如果布防，系统将检测节点报警信息，如果各节点均未报警，再自动返回，如果有节点发生报警情况，将显示报警信息，同时无线终端对报警信息进行处理、组帧加密，通过串口与GPRS模块交互数据，通过AT指令控制SIM800模块向用户手机发送短信和拨打电话进行报警。

表1 实验测试数据

5.测试结果与分析

在布防状态下，对安防主机和各传感器进行系统测试。测试在出现警情时各传感器报警、主机向用户手机发送短信报警是否正确可靠。测试数据见表1。测试表明，系统各传感器测试动作正常，进入室内红外感应报警正常，燃气TEST测试及门磁、窗磁报警可靠，手机报警短信和拨号测试功能正常，手机APP监控视频功能正常。可见，系统完成了智能家居安防远程监测和报警功能，性能可靠，达到了智能家居远程安防监测的应用要求。

图4 手机报警和远程视频监控

6.结论

为实现智能家居远程无线安防报警的应用需求，设计了基于无线传感组网和GPRS远程监测的智能家居安防监测报警系统。系统以无线方式构成家居安防传感网络，实现了主机控制器对家庭各传感器的报警状况联合检测、GPRS短信和拨号报警以及手机APP实时查看监控视频等安防功能。系统测试结果表明，该安防系统实现了智能家居的远程监测和报警功能，功能完善、报警可靠，可满足智能家居安防远程监测的需求。

[1]张万良.基于Web和GPRS的智能家居远程监控系统[J].自动化与仪器仪表,2016(10):227-228.

[2]姚程,黄帅,马娜.基于物联网的智能家居安防系统设计与实现[J].电子科技,2017,30(3):104-105.

[3]杨晓莲,王凯.GPRS与ZigBee联合控制的智能家居系统设计[J].电子科技,2017,30(1):131-134.

[4]钟云杰,杨厚俊,范延滨,等.基于B/S架构的跨平台智能家居控制系统设计[J].工业控制计算机,2016,29(12):91-93.

[5]姚雪,陆宁,马晓明.基于GPRS的无线安防系统的设计与实现[J].电子科技,2016,29(5):142-144.

[6]王颖,陈梁洁,丁孟飞.基于GPRS的智能家居环境监测控制系统设计[J].电子制作,2013(24):32-32.

[7]姚雪,陆宁,马晓明.基于GPRS的无线安防系统的设计与实现[J].电子科技,2016,29(5):142-144.