通過(guò)光伏發(fā)電和ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)于生活環(huán)境的安全性要求日益提高。安全可靠的報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入商場(chǎng)、店鋪、銀行等重要單位或公共場(chǎng)合，甚至有些家庭也安裝了報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)在保障公共、個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，其性能之好壞也愈發(fā)顯得重要。目前市場(chǎng)上的熱釋電紅外報(bào)警系統(tǒng)功能較為單一，不能更好地起到安全防護(hù)的作用，不能更好地應(yīng)付諸如斷電等突發(fā)情況。本文介紹的光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)把光伏電源與家用電源相結(jié)合、報(bào)警與錄像監(jiān)控相結(jié)合，再加上ZigBee無(wú)線熱點(diǎn)傳輸技術(shù)，不僅擁有了比普通報(bào)警器更強(qiáng)的反破壞能力，還有環(huán)保低碳的特點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)方案

光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.1 電源提供模塊

（1）光伏電源為各個(gè)無(wú)線設(shè)備提供電力，為有線設(shè)備提供輔助電力。

（2）家用電源連接變壓裝置以及蓄電池構(gòu)成供電電源。

1.2 紅外傳感模塊

無(wú)線熱釋電紅外傳感器利用菲涅爾透鏡以提高傳感器的靈敏度，并使傳感器的檢測(cè)范圍具有指向性，并連接到紅外傳感信號(hào)處理電路，再接到報(bào)警控制主機(jī)的數(shù)字接口。無(wú)線傳感器固定在隱蔽位置，和光伏電源蓄電池相連，通過(guò)無(wú)線通信芯片將信號(hào)傳到主控機(jī)上。多個(gè)紅外線應(yīng)裝置組成一個(gè)紅外線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)程序綜合處理外界信號(hào)。

1.3 GSM模塊

模塊采用無(wú)線撥號(hào)傳輸模塊，由報(bào)警控制主機(jī)通過(guò)RS 232串口連接手機(jī)撥號(hào)器，按預(yù)定程序撥出用戶手機(jī)號(hào)碼。

1.4 錄像與報(bào)警存儲(chǔ)模塊

攝像機(jī)大容量硬盤存儲(chǔ)的嵌入式監(jiān)控DVR模塊，里面可以配置大容量硬盤作為前端存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)監(jiān)控。多個(gè)攝像頭存儲(chǔ)圖像真實(shí)性好，保留全部錄像信息。為實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，當(dāng)報(bào)警控制主機(jī)發(fā)出信號(hào)時(shí)，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)控制DVR模塊，攝像頭自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉錄像。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，報(bào)警控制主機(jī)會(huì)發(fā)出指令使警鈴報(bào)警，LED指示燈同時(shí)亮紅燈；當(dāng)系統(tǒng)休眠時(shí)，警鈴不報(bào)警，LED指示燈亮綠燈。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 主控電路

單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89S52,它內(nèi)部集成256 B程序運(yùn)行空間，8 KB FLASH存儲(chǔ)空間，支持最大64 KB外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0~33 MHz之間，片內(nèi)資源有4組32個(gè)I/O控制端口、3個(gè)16位定時(shí)器、8個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)置在低能耗模式、還有看門狗和斷電保護(hù)等。主控電路如圖2所示。

它在4~5.5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作，功耗低，同時(shí)還支持計(jì)算機(jī)并口下載。AT89S52有多種封裝，本設(shè)計(jì)中采用的是DIP-40的封裝。

2.2 光伏發(fā)電與家庭供電接口電路

主機(jī)采用太陽(yáng)能電池和家用220 V電源的雙供電方式。當(dāng)有家用電時(shí)，通過(guò)直流低壓繼電器巧妙斷開(kāi)太陽(yáng)能電池；當(dāng)家用電斷開(kāi)時(shí)，太陽(yáng)能電池充當(dāng)電源。

太陽(yáng)能電池通過(guò)太陽(yáng)能智能充電器連接太陽(yáng)能板，充電器在陽(yáng)光充足時(shí)為電池充電，充滿電池時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)充電。在充足太陽(yáng)是充電電流能達(dá)到1 A以上，完全滿足電路需要。

2.3 GSM網(wǎng)絡(luò)接入電路

本系統(tǒng)使用的是西門子公司的TC35系列GSM芯片TC35i與GSM2/2兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、RS 232數(shù)據(jù)接口，TC35i由供電模塊（AS IC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。

2.4 ZigBee協(xié)議無(wú)線通信電路（從片）

從片電路主要基于2.4 GHz雙向無(wú)線傳輸模塊JF24C.該模塊以較小的體積實(shí)現(xiàn)了告訴數(shù)據(jù)傳輸功能，速率最高可達(dá)1 Mb/s,并具有快速跳頻，向前糾錯(cuò)，CRC等功能。通過(guò)控器的信號(hào)，將信息通過(guò)電磁波的形式發(fā)射出去，臨近的芯片控制相應(yīng)的JF24CJ進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。ZigBee電路設(shè)計(jì)模塊如圖3所示。

2.5 電源電路及報(bào)警、錄像監(jiān)控電路

光伏電源和錄像監(jiān)控控制電路如圖4所示。

報(bào)警電路采用一個(gè)簡(jiǎn)單高效的三極管放大電路，連接蜂鳴器或者可以選用大功率100 dB以上的報(bào)警鈴。

錄像監(jiān)控電路采用弱電控制強(qiáng)電的直流繼電器，線圈端接單片機(jī)，直流電流端接DVR.

3 軟件設(shè)計(jì)

從片編程算法流程圖如圖5所示。

主片編程算法流程圖如圖6所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在室內(nèi)模擬了該裝置的工作環(huán)境，太陽(yáng)能電池板暴露在室外（溫度24℃）14時(shí)陽(yáng)光直射下，采用三個(gè)從片相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)傳輸功能。

將蓄電池接到室內(nèi)電源插座上，打開(kāi)主控制器開(kāi)關(guān)，LED界面顯示"welcome to zzu"英文字符，報(bào)警電話號(hào)碼（1503819****）設(shè)定完畢后，直接轉(zhuǎn)入工作模式。當(dāng)靠近從片1約3.5 m時(shí)，從片1發(fā)出報(bào)警信號(hào)并發(fā)送到最近的從片2,從片2檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)后又轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)上。當(dāng)主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，顯示器顯示出"TERMINAL 1"字樣，并控制GSM模塊向1503819****撥打電話。與此同時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)錄像的功能，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。將蓄電池接到太陽(yáng)能板上，斷開(kāi)室內(nèi)電源，重復(fù)以上動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了同樣功能。經(jīng)過(guò)30次實(shí)驗(yàn)，報(bào)警成功率為28次，無(wú)誤報(bào)。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試，該系統(tǒng)的報(bào)警成功率為93%,能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

該系統(tǒng)是ZigBee協(xié)議與光伏發(fā)電在家庭防盜系統(tǒng)中的一次嘗試性的成功應(yīng)用，預(yù)期上述兩種技術(shù)將在智能家庭領(lǐng)域有更廣闊的前景。