基于單片機技術的無線智能報警系統設計探究

摘要：隨著現代科學技術的不斷發展，在智能家居系統中，無線智能報警系統越來越受到人們的青睞。無線智能報警系統能夠在家庭發生緊急情況時發出警報聲，讓人們及時發現并處理緊急情況，保障家庭安全?；趩纹瑱C技術的無線智能報警系統的設計，不僅能夠降低成本，還能提高其穩定性并保障整體更為安全。本文由單片機技術視域出發，就其中涉及的無線智能報警系統做出相關闡述，針對無線智能報警系統設計策略提出了相關建議，以期為后續優化無線智能報警器性能貢獻力量。

關鍵詞：單片機；無線；智能報警系統；設計探究

智能報警系統的無線技術分為藍牙技術和Zig-Bee技術?，F在最好的藍牙芯片是CC2541，此芯片屬低能耗且私有2.4GHz功率真正片載系統，但是其無線傳輸距離不能滿足較遠距離的報警。Zig-Bee技術使用CC2530芯片，其有一個IEEE802.15.4兼容無線收發器，且該芯片結合了先進的RF收發器的優良性能和增強型8051CPU的強大功能，可以以低功耗實現更大范圍內的無線通信。

本文設計了基于Zig-Bee的無線智能報警系統，該系統具有能耗低、信號傳輸距離遠等特點，還具有無線智能化報警功能。

一、系統的總體設計

基于單片機技術的無線智能報警系統主要由無線傳輸模塊、無線發射模塊、無線接收模塊和顯示模塊組成。該系統能夠對家中的情況進行實時監控，一旦發現危險情況，即可及時發出警報信息，從而保障人們的生命財產安全。在無線傳輸模塊中，通過串口與單片機相連，同時對單片機的命令進行處理和傳輸，最終將報警信息傳輸給報警接收模塊。無線發射模塊是該系統最重要的組成部分，其主要功能是將接收到的警報信息進行處理和分析，最終通過單片機對報警信息進行判斷，并確定是否需要發送警報信息給相關人員。智能報警系統中的無線發射模塊原理結構等內容如圖1、圖2所示。當溫度傳感器測得的溫度超過上限或者人體感應模塊感應到有人經過時，CC2530芯片產生信號，由無線發射電路發射出去。當無線接收電路接收到信號，經CC2530芯片處理后由顯示設備顯示出當前周圍溫度或提示有人經過。

在該系統中，控制裝置主要包括電源開關、蜂鳴器、聲光報警器、鍵盤、顯示器等。當發生緊急情況時，控制裝置能夠及時發出警報信息。當傳感器檢測到危險情況時，能夠將檢測結果傳輸給單片機和報警接收模塊。當單片機和報警接收模塊判斷出危險情況后，會利用蜂鳴器發出警報聲進行報警處理。同時，控制裝置還能夠將報警信息發送給其他相關人員，以便其及時處理緊急情況。在顯示模塊中主要包括 LCD液晶顯示屏和數碼管顯示屏等；控制模塊主要包括鍵盤、顯示器、單片機、無線通信模塊等。該系統還需要設計鍵盤、顯示器和無線通信模塊等的電路部分。

二、無線報警器

無線報警器主要由接收裝置、發射裝置、信號處理電路和電源電路等組成。其中，接收裝置主要由紅外接收頭、光電轉換裝置、報警控制電路及信號處理電路等組成。而發射裝置主要由微控制器和功率放大器組成，其工作原理是：當家里有小偷或竊賊入侵時，微控制器會發出報警信號，同時功率放大器會將信號放大并傳輸給接收裝置，如果小偷或竊賊離開了現場，那么報警器就不會發出警報聲。同時，為了便于人們識別報警信息和緊急情況類型，接收裝置還需要配置顯示屏，將報警信息顯示出來。接收裝置與發射裝置之間的通信方式有無線傳輸、有線傳輸和有線+無線混合傳輸等幾種。

（一）無線傳輸

無線傳輸是指利用無線電信號進行信息傳輸，這種通信方式的優點是使用方便、成本較低。在無線傳輸過程中，一旦出現信息傳輸錯誤，就會導致報警系統無法正常運行。另外，在無線傳輸過程中，由于無線信號傳播距離有限，如果想要擴大傳播范圍就必須使用中繼器。但在實際應用過程中，由于中繼器需要占用一定的空間資源，同時在使用過程中還存在一定的安全隱患，需要對中繼器進行合理的選擇。因此，本文的設計采用了以下兩種無線傳輸方式：1.射頻無線傳輸。在射頻無線傳輸過程中，當接收裝置發出報警信號后，需要將信號調制成特定頻率的信號，然后通過天線發射出去。2.無線網絡。在無線網絡通信過程中，接收裝置發出報警信號后，可以同步將報警信息發送到計算機網絡；同時，也可以通過計算機網絡對報警信息進行遠程監控。

（二）有線傳輸

有線傳輸是指將裝置經由電纜線或網絡線路連接起來，以進行數據傳送的一種技術方法。在安全保護領域、在視頻監控、報警等方面，電纜傳輸被廣泛應用。與無線傳輸相比，有線通信具有更大的優勢，即信號穩定可靠。同時，有線傳輸適用于長距離傳送，能保證信號的品質與穩定，且不會因為距離太遠而造成信號損耗。所以，在對數據傳輸的可靠性、穩定性要求較高的領域，如安全保護領域，適宜采用有線傳輸的方式?？傊?，有線傳輸是安全防護系統中不可或缺的一項關鍵技術，它可為安全信息的傳遞提供可靠的保障，有助于保證整個安全系統的正常運轉與對險情的有效監測。

三、緊急報警器的硬件設計

緊急報警器的硬件主要包括三個部分：報警電路、顯示電路和控制電路。報警電路主要包括蜂鳴器和撥號鍵盤。蜂鳴器是緊急報警器的核心，其工作原理是，當人們按下報警按鈕時，蜂鳴器便會發出刺耳的聲音。通過對蜂鳴器的控制，能夠及時提醒相關人員處理緊急情況。當緊急情況解除后，警報信號便會自動消失；顯示電路主要包括顯示屏和 LED指示燈；控制電路主要包括定時器、A/D轉換器和電源管理模塊?？刂齐娐分饕糜谶B接單片機與外部設備。A/D轉換器能夠將模擬信號轉換成數字信號，實現對數據的實時處理和存儲。當數字信號產生后，A/D轉換器會將其傳輸給單片機處理和儲存，并以數字形式呈現出來，供人們查看。

（一）報警電路

緊急報警器的報警電路由蜂鳴器和撥號鍵盤兩個部分組成。當人們按下報警按鈕后，蜂鳴器便會產生蜂鳴脈沖，并將報警脈沖信號傳遞給單片機。單片機接收到信號后，會將其轉化為數字信號，并通過顯示屏顯示出來。撥號鍵盤是緊急報警器的外部接口，其主要是為了實現與單片機的通信。同時，撥號鍵盤還能對緊急情況進行報警。當人們按下報警按鈕時，撥號鍵盤便會產生相應的蜂鳴脈沖信號，并將其傳輸給單片機，之后的報警路徑與原理，與蜂鳴器相同。在設計緊急報警器時需要注意以下問題：首先，必須確保蜂鳴器和撥號鍵盤之間的距離適中；其次，蜂鳴器和撥號鍵盤的位置要相對固定；最后，蜂鳴器和撥號鍵盤都應設置為雙電源供電模式。這樣既能有效保證緊急報警器的安全性和穩定性，又能提高其工作效率[2]。

（二）顯示電路

顯示電路主要包括顯示屏和 LED指示燈，其中顯示屏由6個 LED組成。顯示屏顯示內容由蜂鳴器的報警內容和時間設定的報警時間兩部分組成。其中，蜂鳴器的報警內容主要有：緊急情況發生、火災、煤氣泄漏、燃氣泄漏等，而時間設定則包括：“30秒”“10分鐘”和“5分鐘”等。其中，“30秒”是指報警時間的最后30秒，“10分鐘”是指報警時間的最后10分鐘，“5分鐘”是指報警時間的最后5分鐘。同時，在顯示屏上還可以設置多個按鍵。按鍵功能主要與蜂鳴器對應。當按鍵按下后，蜂鳴器便會發出刺耳的聲音，提醒人們及時處理緊急情況。當按鍵被取消后，蜂鳴器便會自動停止鳴響。在顯示屏上設置多個按鍵，主要是為了方便人們根據不同的緊急情況選擇不同的按鍵，從而達到及時處理緊急情況的目的。

（三）控制電路

首先，當緊急情況發生后，報警電路會發出蜂鳴脈沖，警示人們及時處理緊急情況。為了減少電路中的能量損耗，將蜂鳴器接入單片機的P1.0口。由于P1.0口是低電平，當蜂鳴器接收信號后，其輸出會變高，同時也會產生蜂鳴器脈沖。其次，A/D轉換器將蜂鳴器輸出的信號轉換成數字信號，并將其儲存在單片機中。最后，為了保證電源的使用壽命，其需要將電源管理模塊接入到P1.6口。此外，控制電路中的定時器與單片機連接時需要注意：當定時器時間小于等于0的時候，其不能輸入數字信號；當定時器時間大于等于0的時候，其能夠輸入數字信號[3]。

四、軟件設計

智能報警系統軟件使用嵌入式IAR Embedded Workbench OSAL開發環境。IAR是一個非常有效的集成開發環境（IDE），它能使用戶充分地開發并管理嵌入式應用工程。發送模塊與接收模塊都需要依托于識別模塊地址連接而完成，其中發送模塊地址為：SHOR_TADDR0=0x50;SHORT_ADDR1=0x20；接收模塊地址：SHORT_ADDR0=0xEF：SHORT_ADDR1=0xBE。發送模塊發送過程如下：初始化程序，使主時鐘晶振工作在32MHz，配置LED、繼電器、按鍵、溫度傳感器模塊、人體感應模塊等各個模塊實現外部中斷，構建工作信道，使接收緩沖器得到有效清空，同時行使接收功能。再發送模塊網址，使各方建立通信連接；在溫度過高而超過安全值時，無線裝置將發送溫度警報；當檢測到人體移動時，將安防報警命令無線發送出去。接收模塊接收過程如下：初始化程序，使主時鐘晶振工作在32MHz，配置LED、蜂鳴器和繼電器，構建工作信道，以此采集命令與地址；在溫度警報與安防警報等指令順利傳達后，工作人員需要依照命令做好對應處理工作。

（一）系統性能需求分析

獨立式無線報警器在系統中的監控面積相對較大，一般情況下單體可達60—80平方米?；馂谋O控則需要依據《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-98）中的要求確定，保障響應值不高于0.15dBm。報警訊息完成傳達后，系統整體的響應時間需要控制在3秒內，同時需要兼顧接收終端可能存在的延遲等各類情況，保障最長響應時間在10秒內。以單片機技術為依托的無線智能報警系統對運行環境也有一定要求，最佳運行環境為-10℃至+50℃之間，相對濕度需要控制在 95%以內。獨立式報警器的最佳運行環境氣溫為-10℃至+80℃，相對濕度也需要控制在95%以內。且系統正常運行的時間段需要保持至少3個月。系統硬件自身存在初始化與自我檢查等功能，上電后需要保障同步排除硬件故障，同時能對軟件存在的漏洞做出自主修復[4]。報警數據則需要提升保密性，確保傳輸環節不被竊取，因此應當選擇特定接收端負責接收數據，保障外部網絡禁止訪問或修改信息。

（二）兼容性與擴展性要求

依托于單片技術支持的無線智能報警系統需要在連接不同終端設備時配置對應接口，保障不同數據在終端設備與子系統之間順利傳輸。同時也需要兼顧系統整體安全，為數據設置獨立局域網。而針對獨立式無線報警器則需要配置對應的模塊安裝接口，用戶依照應用需求自主選擇并完成安裝。

（三）故障處理要求

當無線智能報警器為獨立式時，裝置自身可實現按鍵復位，用戶可自主清除其中的報警狀態。在系統處于報警狀態時，用戶僅需二次按壓復位按鍵即可使系統恢復初始情況。用戶還可以通過現場集中控制器上的TFT觸摸顯示屏上的“報警消除”選項來進行系統的初始化[5]。最后，監控終端也可以通過網絡平臺對獨立式無線智能報警器和現場集中控制器進行復位操作。

五、結束語

基于單片機技術的無線智能報警系統的設計，是現代智能家居系統的重要組成部分。本文對基于單片機技術的無線智能報警系統進行了分析和研究，并提出了無線智能報警系統的設計方法，希望該系統的設計能進一步提高無線智能報警器的性能。隨著社會經濟的不斷發展，人們的生活水平得到了顯著提升，人們對生活品質也提出了更高要求?；趩纹瑱C技術的無線智能報警系統，不僅能提高人們生活質量，還能使家庭安全得到保障。

作者單位：蔣莉莉 泰州技師學院

參考文獻

[1]閔軍.基于單片機技術的無線智能報警系統設計[D].上海應用技術大學，2019.

[2]黃飛，彭建英.基于單片機的無線智能報警系統的設計[J].機械工程與自動化，2016，（06）：174-175+177.

[3]禹謝華.基于單片機的新型智能家居無線雙道報警系統WDAS的設計[J].山東農業大學學報（自然科學版），2014，45（05）：691-693.

[4]褚寧.淺析基于單片機實現的無線遙控技術[J].科技創業家，2014，（07）：89.

[5]羅永剛，邢雪寧，高沛.基于單片機的智能紅外無線報警系統設計[J].自動化與儀器儀表，2013，（01）：60-62.