基于短距離無線通信技術的新型安防系統*

傅 順，王美玲

(1.北京理工大學 化工與環境學院，北京 100081；2.北京理工大學 自動化學院，北京 100081)

短距離無線通信可采用不同的網絡技術，如藍牙、IEEE802.11、HomeRF、UWB、紅外線、ZigBee技術等。短距離無線通信技術的初衷是為了在移動環境下提供短距離的寬帶無線數據傳輸及組網[1]。

由于短距離無線通信技術的功耗一般較低，傳輸距離短，當發送端和接收端的距離大于設計值時，信號便出現中斷。另一方面，由于藍牙無線通信技術采用跳頻擴譜方式，在全球開放的2.45 GHz ISM頻帶上以1 600跳/s的速率進行跳頻，并采用低功率時分復用方式發射，具有良好的保密防竊聽性能和跳頻抗干擾性[2]。所以，在本安防系統中，利用了藍牙技術對被保護的對象與主報警器之間的距離實施監控，一旦距離過大，信號中斷，便可以啟動報警。

1 系統硬件總體方案設計

本系統硬件由防盜助手和主報警器組成。防盜助手安裝在被保護對象(如汽車、保險柜、門磁等)內部，它能夠向主報警器發送藍牙監測信號。

系統組成示意圖如圖1所示。防盜助手不斷向主報警器發送藍牙監測信號，當被保護對象和防盜助手被移到離主報警器10 m以上時，主報警器由于接收不到藍牙監測信號而觸發主報警器報警，此時揚聲器發出急促的蜂鳴聲。

圖1 系統組成示意圖

防盜助手由信號發射模塊和電源模塊組成；主報警器由信號接收模塊、中央處理模塊、電源模塊和揚聲器報警模塊組成如圖2所示。

圖2 系統硬件模塊圖

當防盜助手被用戶設防時，防盜助手的信號發射模塊開始發射藍牙監測信號，并自動與主報警器信號接收模塊建立鏈接。當主報警器內信號接收模塊檢測到監測信號時，向中央處理模塊發送設防信息，系統進入防衛狀態。當主報警器信號接收模塊檢測到監測信號中斷時，向中央處理模塊發送斷鏈信息，中央處理模塊做出判斷，滿足報警條件即向揚聲器報警模塊發送報警信號，進行報警。

2 系統硬件設計

2.1 防盜助手電源模塊

防盜助手電源模塊由充電電路、鋰離子電池和穩壓濾波電路組成，為信號發射模塊提供3.3 V DC電源。模塊可由外接5 V DC電源對模塊內的鋰電池充電，鋰電池具有防過充過放保護功能。當接入外接電源時，使用外接電源對防盜助手供電，同時對鋰電池充電；當斷開外接電源時，可由鋰電池對防盜助手單獨供電。模塊內部采用SG2011-3.3穩壓芯片將輸出電壓穩定在3.3 V。電源模塊電路如圖3所示。

圖3 防盜助手電源模塊硬件電路圖

2.2 防盜助手信號發射及主報警器信號接收模塊

防盜助手的信號發射模塊及主報警器的信號接收模塊各采用1塊南京國春電氣公司生產的GC-02藍牙模塊。

GC-02藍牙模塊采用CSR公司的AUDIO-FLASH藍牙芯片，模塊可實現藍牙數據和語音傳輸。常用于遠程無線遙控、工業無線數據傳輸、安防監控等領域[3]。

當信號發射模塊上電，則自動與主報警器信號接收模塊建立藍牙通信，其電路如圖4所示。

主報警器信號接收模塊電路如圖5所示，當GC02監測到藍牙信號并建鏈后，PIO3端會輸出高電平，否則為低電平[4]，此信號接入中央處理模塊，用以判斷是否建立鏈接。

圖4 藍牙信號發射模塊硬件電路圖

圖5 主報警器信號接收監測模塊硬件電路圖

2.3 主報警器中央處理模塊

主報警器中央處理模塊由一個以AT89C4051芯片[5]為核心的單片機最小系統[6]組成，如圖6所示。此電路包含上電復位、晶體振蕩和ATMEL公司生產的AT89C4051微控制器等幾個部分。信號接收監測模塊的高低電平信號由P1.2口輸入單片機，當盜情發生時，單片機驅動P3.7口，使之輸出方波脈沖信號，從而激發揚聲器報警模塊發出報警蜂鳴聲。

圖6 主報警器中央處理模塊硬件電路圖

2.4 主報警器揚聲器報警模塊

主報警器揚聲器報警模塊由蜂鳴器和三極管及若干電阻構成的開關電路構成，如圖7所示。當盜情發生時，中央處理模塊P3.7口輸出的方波脈沖控制三極管相繼導通或截止，從而驅動壓電蜂鳴器發出急促的蜂鳴聲，達到報警的目的。此蜂鳴報警電路是實驗測試電路，實際使用時可以用繼電器驅動高功率的揚聲器發出警笛聲進行報警。

圖7 揚聲器報警模塊硬件電路圖

2.5 主報警器電源模塊

主報警器電源模塊硬件電路如圖8所示。12 V DC電源經濾波后，經L7805CV為單片機提供5V DC電源，發光二極管進行電源信息指示。AS1117-3.3實現5 V～3.3 V電壓轉換功能，為GC02藍牙模塊供電。

圖8 主報警器電源模塊硬件電路圖

3 系統軟件設計

軟件編程采用匯編語言，程序流程如圖9所示。警情判斷通過主報警器中央處理模塊內的程序進行，若防盜助手信號發射模塊和主報警器信號接收模塊之間距離大于10 m時，鏈接斷開，單片機的P1.2口出現下降沿，即觸發報警，主報警器內揚聲器報警模塊發出急促蜂鳴聲。此時，須重新復位單片機，方可解除報警。

圖9 單片機程序流程圖

短距離無線通信技術，由于其傳輸可靠性高、抗干擾能力強、應用成本越來越低等特點，非常適用于安防監控領域。本文所設計的系統采用藍牙通信方式實現對被保護對象與主報警器之間的距離監控，該系統具有穩定性好、可靠性高的特點。主報警器可放在隱蔽的地方，由于自身的隱避性而使其成為一種隱形的安防系統，以防止被破壞。本系統為安防領域的產品開發提供了一條新思路，目前此系統已經上報國家專利局申請專利。

[1]王英洲，方旭明.短距離無線通信主要技術與應用[J].數據通信，2004(4):54-56.

[2]鄧矣兵，丁善容.個人區域無線通信技術[J].現代通信，2000(12):3-4.

[3]南京國春電氣設備有限公司.GC-02藍牙模塊數據手冊.2008，7.

[4]南京國春電氣設備有限公司.標準預裝軟件GCM-401使用說明.2008，7.

[5]Atmel Corporation.ATMEL 8-bitmicrocontroller with 4K Bytes flash AT89C4051 preliminary datasheet.1998，2.

[6]張毅剛.單片機原理與應用 [M].北京：高等教育出版社，2004.