智能家居安防GPRS無線遠程監測報警系統設計

錦州中學 關雯馨 王新蕊

1.引言

隨著現代家居生活水平的不斷改善，人們對財產、人身安全的要求也越來越高。高效智能的家居安防系統為人們生活提供了重要的安全保障，面向用戶手機的遠程智能家居安防監測尤為必要[1]。傳統的家居安防系統多以有線為主，布線繁雜影響家庭裝修，維護困難且不易組網，用戶無法及時遠程獲取報警信息進行處理[2,3]。本文基于GPRS無線通信技術，設計了一種智能家居安防GPRS無線遠程監測報警系統，采用傳感器無線組網實現了燃氣火災監測、多點防盜監測、環境參數監測、視頻監控等完善的家居安防功能，并通過GPRS及時將安防警情通過短信和電話通知給用戶手機，可通過手機APP訪問網絡攝像頭遠程查看實時圖像，在第一時間消除安全隱患。解決了安防布線復雜、難以遠程監測等問題[4,5]，為智能家居提供了高效低成本的遠程安防解決方案。

2.系統總體構成和原理

智能家居安防GPRS無線遠程監測報警系統由傳感器節點、單片機控制單元、無線收發模塊、GPRS模塊、網絡攝像頭以及用戶手機六部分組成，完成盜情監測、有害氣體監測、火情監測及遠程報警功能等功能。系統結構如圖1所示。煙霧傳感器、紅外傳感器、門磁傳感器等傳感器與終端主機構成室內安防傳感網，采集數據對家居環境進行監控，傳感報警信息通過433MHz短距無線通信模塊發送給主機，單片機控制單元采用STC12C5A60S2為控制核心，通過無線接收模塊SC2272接收報警數據，若有報警則由GPRS模塊發送報警短信及撥打用戶手機，用戶也可通過手機APP登錄網絡攝像頭對家居監控實時視頻進行查看，便于及時處理報警，通過遙控器可以進行安防系統的布放和撤防。

圖1 系統整體結構框圖

3.系統硬件電路設計

3.1 主控模塊電路

主控制模塊采用高速/低功耗微控制器STC12C5A60S2作為整個控制系統的核心，控制433MHz無線通信模塊接收各傳感器節點發送的報警信號并進行處理，并通過串口以AT指令控制GPRS模塊向用戶手機進行短信及電話報警。其最小系統電路包括串行下載接口，晶振及串行接口。

3.2 傳感器電路設計

系統采用紅外熱釋電感應模塊HC-SR501作為檢測人為入侵的元件。其核心處理芯片為BISS0001，構成被動式熱釋電紅外開關，在布放狀態下，如有人進入布放區域則開關閉合輸出報警信號，配合球形菲涅爾透鏡，提高了對人體紅外檢測的靈敏度。

火災報警傳感器采用離子煙霧探測報警芯片MC14468，完成對煙霧探測、報警的功能。煤氣檢測采用MQ-2可燃氣體傳感器監視室內燃氣濃度，如有燃氣濃度超標則發出高電平報警信號。

門磁、窗磁傳感器結合紅外線探測器實現對有人非法入侵的檢測。其原理為磁開關，門磁開關打開時，上拉電阻給出高電平，發送報警信號通過無線傳輸給單片機報警。

溫濕度傳感器DHT-11用來測量環境溫濕度信息，并作為火災報警的重要參數。采用單總線方式連接到單片機的一個IO口，通過串行方式上報溫濕度參數。

圖2 SC2262無線報警發送電路

3.3 無線收發模塊電路設計

系統中采用433MHz無線SC2262發射模塊和接收模塊SC2272實現傳感器無線組網。各傳感器報警信號通過SC2262無線傳送給主機的接收模塊SC2272。SC2262為低功耗通用編碼無線發射芯片，具有12位三態編碼，用于報警數據無線發射。如圖2所示，當傳感器報警信號驅動SC2262發射時，SC2262無線發出當前地址編碼和數據位數據，對應的主機接收模塊SC2272可收到報警信息及編碼并觸發報警。

無線接收模塊SC2272是與SC2262配對使用的無線解碼芯片，接收SC2262發送的報警地址編碼和數據；當SC2272的當前地址與SC2262地址一致時，當解碼得到有“1”數據時，驅動相應的數據輸出端為高電平向單片機進行報警。

3.4 GPRS無線模塊電路

系統采用GPRS無線模塊SIM800實現主機向用戶手機的遠程短信及撥號報警功能。SIM800A通過串口AT指令控制可實現語音、短信（SMS）、數據傳輸等功能[6]。GPRS模塊電路由SIM800芯片、SIM卡電路、串行接口、供電電路等部分構成，如圖3所示。單片機對SIM800控制方式通過串口TXD、RXD發送AT指令，完成呼叫、收發短信報警功能，。電路中LM2941穩壓芯片提供4.2V的工作電壓。模塊工作需SIM卡在線入網支持[7]，U1為SIM卡電路，通過SIMDATA、SIMCLK、SIMRST引腳完成對SIM卡的數據讀寫操作。Q1及DS1構成模塊工作指示電路，并指示模塊工作狀態。

圖3 GPRS無線模塊電路

4.系統軟件設計

智能家居安防主機軟件包括對各個傳感器報警數據的接收，事件判別處理、GPRS無線遠程報警和數據傳輸等功能模塊。安防主機在系統上電后進行初始化，首先對環境溫度以及濕度進行采集和顯示，然后系統判斷是否進行布防操作，如果未布防，系統自動返回，如果布防，系統將檢測節點報警信息，如果各節點均未報警，再自動返回，如果有節點發生報警情況，將顯示報警信息，同時無線終端對報警信息進行處理、組幀加密，通過串口與GPRS模塊交互數據，通過AT指令控制SIM800模塊向用戶手機發送短信和撥打電話進行報警。

表1 實驗測試數據

5.測試結果與分析

在布防狀態下，對安防主機和各傳感器進行系統測試。測試在出現警情時各傳感器報警、主機向用戶手機發送短信報警是否正確可靠。測試數據見表1。測試表明，系統各傳感器測試動作正常，進入室內紅外感應報警正常，燃氣TEST測試及門磁、窗磁報警可靠，手機報警短信和撥號測試功能正常，手機APP監控視頻功能正常。可見，系統完成了智能家居安防遠程監測和報警功能，性能可靠，達到了智能家居遠程安防監測的應用要求。

圖4 手機報警和遠程視頻監控

6.結論

為實現智能家居遠程無線安防報警的應用需求，設計了基于無線傳感組網和GPRS遠程監測的智能家居安防監測報警系統。系統以無線方式構成家居安防傳感網絡，實現了主機控制器對家庭各傳感器的報警狀況聯合檢測、GPRS短信和撥號報警以及手機APP實時查看監控視頻等安防功能。系統測試結果表明，該安防系統實現了智能家居的遠程監測和報警功能，功能完善、報警可靠，可滿足智能家居安防遠程監測的需求。

[1]張萬良.基于Web和GPRS的智能家居遠程監控系統[J].自動化與儀器儀表,2016(10):227-228.

[2]姚程,黃帥,馬娜.基于物聯網的智能家居安防系統設計與實現[J].電子科技,2017,30(3):104-105.

[3]楊曉蓮,王凱.GPRS與ZigBee聯合控制的智能家居系統設計[J].電子科技,2017,30(1):131-134.

[4]鐘云杰,楊厚俊,范延濱,等.基于B/S架構的跨平臺智能家居控制系統設計[J].工業控制計算機,2016,29(12):91-93.

[5]姚雪,陸寧,馬曉明.基于GPRS的無線安防系統的設計與實現[J].電子科技,2016,29(5):142-144.

[6]王穎,陳梁潔,丁孟飛.基于GPRS的智能家居環境監測控制系統設計[J].電子制作,2013(24):32-32.

[7]姚雪,陸寧,馬曉明.基于GPRS的無線安防系統的設計與實現[J].電子科技,2016,29(5):142-144.