基于PIC單片機的無線報警系統設計

李 路，嚴 明，何友國

（①沈陽大學 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽 110044；②遼寧大學 輕工自動化學院，遼寧 沈陽 110036）

0 引言

隨著國家智能化小區建設的推廣，防盜系統已成為智能小區的必需設備。紅外光電報警是一種重要的監視系統，可應用于小區、機場、庫房、軍事重地以及其它需要設防的場合。目前市場上基于紅外光電的報警系統，功能較為單一，報警的誤報率較高，與無線報警不兼容。因此，介紹了一種基于 PIC單片機的無線報警系統。系統以PIC16F690單片機作為主控制器，以對射式紅外線收發模塊作為報警傳感器，利用無線傳輸模塊RFM12B實現數據無線收發。同時利用軟件方法解決了紅外對射報警的誤報、錯報問題。

1 系統總體設計

無線報警系統由布防節點和中心控制器組成，布防節點負責對監控點布防，一旦有人進入布防區域，遮斷紅外光束時, 布防節點就會將報警信息通過無線模塊發射到中心控制器上。中心控制器負責接收各個監測點的報警信息，并進行相應的聲光報警處理。總體框圖如圖1所示。

圖1 總體框

布防節點主要由電源模塊、無線通信模塊、對射式紅外線收發模塊、主控制器組成，系統框圖如圖2所示。

圖2 布防節點系統框

布防節點的核心控制器采用 Microchip公司的PIC16F690單片機，對射式紅外線收發模塊選用上海福美斯公司的TX05C紅外線收發模塊，無線收發模塊選用深圳惠貽華普公司的RFM12B無線模塊[1]。

2 系統硬件設計

PIC16F690是美國Microchip公司生產采用納瓦技術生產的內嵌CMOS閃存的8位單片機。該芯片內部集成有2個模擬比較器、2個軟件定時器、12通道的10位A/D轉換器和增強型PWM+模塊，接口電路支持UART、SPI等通信模式，豐富的硬件資源可以滿足大多數的應用場合。PIC16F690的省電休眠模式可進入低功耗狀態，當機器時鐘為4MHZ、工作電源為5V時，其工作電流小于1mA可以滿足用于無線通信終端時的低功耗要求。PIC16F690采用20個引腳的PDIP封裝I/O口線既能滿足通信、控制的需要，又兼具體積小、價格低、可在線調試的特點。PIC16F69單片機外圍電路如圖3所示[2]。

圖3 系統硬件電路

電源模塊通過由7805對12 V電池電壓進行穩壓，輸出5 V電壓，用于布防節點供電。電路如圖4所示。

圖4 電源模塊電路

TX05C 是一種對射式紅外檢測電路, 它是利用人眼觀察不到的紅外線光束, 組成無線區域檢測系統。當無人進人監視區域時，輸出端OUT為高電平，當有人進人監視區域，輸出端OUT為低電平, 驅動其他機構動作, 達到預期效果。由于 TX05C 模塊內部含有專用密碼調制電路, 故其不受外界光線或其他電路的干擾, 具有很高的可靠性和抗干擾能力, 可廣泛用于電子計數、自動控制、安全防范等產品中[3]。該系統采用PIC16F690的RC4引腳接收TX05C-R的輸出信號，電路如圖5所示。

圖5 TX05C與單片機接口電路

RFM12B是一款低成本的ISM頻段FSK收發模塊,其核心電路采用的是帶鎖相環（PLL）技術的RF12射頻收發芯片。RFM12可工作在 433/868/915MHZ三個頻段,并符合 FCC和ETSI要求[4]。它提供一個SPI接口,實現由MCU通過軟件去設置各種射頻參數和其它輔助功能。在無需外加功放電路的情況下，可使其通迅距離達到200米以上。該系統采用868 MHZ頻段，通過PIC16F690的RC1、RC2、RB4、RB5、RB6引腳對 RFM12B進行寄存器配置和無線數據的收發控制，電路如圖6所示[5-6]。

圖6 RFM12B與單片機接口電路

3 系統軟件設計

3.1 無線通信協議

布防節點負責對監控點布防，一旦有人進入布防區域，遮斷紅外光束時, 布防節點就會將報警信息通過無線模塊發射到中心控制器上，通信協議格式為：

字頭+長度+地址+命令+數據+校驗

其中

字頭：1個字節 0xAA，

長度：1個字節，字頭＋長度＋地址＋命令＋數據＋校驗

地址：1個字節，廣播地址：0x00 節點地址：0x01-0xFF

命令：1個字節，0x01代表點名

數據：n個字節，此處為空，用于功能擴展

校驗：1個字節，字頭＋長度＋地址＋命令＋數據的累加。

例：

布防節點數據為：0xAA + 0x06 + 0x02+ 0x01+ 0x00+0xB4 0xAA表示字頭，0x06表示長度，0x02表示節點地址，0x01表示報警，0x00，表示數據位空，0xB4表示校驗。

3.2 軟件實現

布防節點軟件主要包括主程序、無線通信子程序、紅外對射報警信息采集子程序等部分。由于目前市場上基于紅外光電的報警系統，功能較為單一，報警的誤報率較高。因此在程序中采用軟件方法，解決誤報問題，布防節點程序流程如圖7所示。

圖7 布防節點程序流程

平時沒有警情時，紅外對射接收模塊輸出高電平，此時RC4為高電平。當紅外對射間有人通過時，RC4為低電平，進行無線報警。然后每 500 ms再采集一次，正常情況下，500 ms內人應該通過對射區域了。當連續3次出現報警后，則停止報警。因為此時可能是由于遮擋物遮擋住了發射端，解決了誤報問題。主機程序在1.5 s內連續3次接收到報警信息，則可以確定該位置的布防節點處于被遮蔽狀態，進行相應的處理。

4 樣機試驗

通過樣機的測試, 該無線報警系統能實現如下技術指標：

①系統功耗低，整機在設防時工作電流為0.5 mA, 一節12 V疊層電池可連續工作約700小時；

②紅外檢測距離可達2米；

③無線傳輸距離可達到300米；

④通過軟件處理，報警準確率達到98%,誤報率下降到2 %。

5 結語

它結合嵌入式技術與無線通信技術，區別于基于無線公用網絡提供各種服務的工業遠程通信，提出了基于PIC16F690單片機和紅外線通信技術的無線報警系統[7]。系統采用對射式紅外線收發模塊TX05C實現布防，并利用無線傳輸模塊RFM12B完成中心控制器與布防節點間的數據傳輸。實驗證明，基于PIC16F690單片機的無線報警系統成本低、功耗低、體積小，靈敏度高，在300 m范圍內數據傳輸安全,誤報率低，在小區、機場、庫房、軍事重地以及其它需要設防的場合具有非常廣泛的應用前景。

[1] 李海濤，儀維，吳筱堅，等.PIC單片機應用開發典型模塊[M].北京:人民郵電出版社，2007.

[2] 張明峰.PIC單片機入門與實戰[M].北京:北京航空航天大學出版社，2004.

[3] 張栓記,張志玲,燕慧英,等.紅外對射式機床安全保護系統研究[J].光譜學與光譜分析,2008,28(04):801-803.

[4] 李霞, 鄭恩讓.基于nRF24E1 的無線測溫報警系統設計[J].微計算機信息,2007,23(8-2):305-307.

[5] 崔恒穎,王璟珂,孫義凱,等.WSN與GSM融合的報警系統設計與實現[J].通信技術，2009，42(07):164-165.

[6] 楊明欣，王建波，劉平.高性能安防系統現場監控主機的設計[J].通信技術，2008，41(07):198- 201.

[7] 趙晨光，雷振山.基于無線公網的工業通信技術開發與應用[J].通信技術，2008，41(10): 204- 206.