基于无线传感器网络的小区安防监控系统设计

赵占涛

【摘要】随着社会的进步，大多数校区已经陆陆续续的完成了校区安防监控系统，也有少数高档楼盘进行了一些更高层次的智能化建设，并逐步向前发展。本文主要研究无线传感器网络在校区安防监控系统设计的应用，整个安防监控系统中所记录所有的视频、音频、报警数据，实时记录并在计算机中进行云存储以供日后检索，基于无线传感器的网络校区安防监控系统设计具有安全性、灵活性、网络性和智能性的特点。

【关键词】无线传感器；网络；小区安防

引言

无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，都将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一。无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。随着人们生活水平的提高，人们对于家庭安防的要求也越来越高。近年来智能化的家庭安防越来越引起人们的重视。无线传感器网络的分布式、自组织的网络性能和无线通信技术，为实现智能无线家庭安防提供了可能。

1 安防技术发展概况

经过多年的发展，智能小区家居智能化系统越来越成熟，功能越来越完善，安防报警系统已成为智能小区家居智能化重要组成部分。因此必须建立一个稳定、可靠、易操作的安防报警系统。稳定、可靠是指有警必报，无警不会误报。易操作是指家庭成员可以对一些防盗点进行方便的操作。要达到稳定、可靠，必须做好硬件和软件设计，要达到易操作必须在设计观念上有所突破。

1.1智能家居的发展现状

自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。1998年5月新加坡举办的"98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会"上，通过在场内模拟"未来之家"推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等，这种"未来之家"家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。目前在新加坡也有近30个社区（住宅小区）近5000户的家庭采用了"家庭智能化系统"，美国已有近四万户家庭安装了这一类的"家庭智能化系统"，将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市场主流的产品X-1O，销售己超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用，但這些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。

1.2 国内安防行业发展情况

近两年来，安防行业又有了进一步的发展。在我国已加入WTO的形势一下，积极探讨安防行业的发展问题，对于维护社会治安稳定，促进经济的繁荣，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深远的意义。我国安防行业是随着社会主义市场经济的发展而逐步成长起来的，改革开放以来，在国民经济迅速发展，人民生活水平日益提高的推动下，安防行业出现了一个蓬勃发展的势头。尤其九五期间，我国住宅产业异军突起，极大地促进了安防行业扩大产业规模。1998年起年产值近10亿元的大型安防企业集团土市公司不断涌现。迄今，己有专营或兼营的从业单位数千家，产品种类发展到10余类，100多个品种，从业人员数万人。1999年初，统计部门针对7类安防产品生产企业进行3步统计，其中入侵探测器13家，防盗报警控制器74家，汽车防盗报警器22家，楼宇对讲104家，防盗安全1366家，防盗保险柜245家，机械防盗锁42家，其它类124家。象盼盼、美心、视得安、立林等品牌企业的市场份额不断扩大，从一定程度上改变了我国安防产业的小而全的落后局面，激发了安防行业的活力。最近几年统计数字显示：中国安防产品行业平均以15%-30%的年增长率迅速成长。

2 系统的硬件结构和工作原理

2.1系统的硬件结构

该系统由一个报警主机和无线传感器网络节点组成。报警主机由基于S3C2410的32位嵌入式微控制器的开发平台和无线通讯模块组成。报警主机与无线传感器网络节点构成星型拓扑无线网络。

利用S3C2410本身所具有的IIS接口，通过扩展UDA1341构成音频处理模块，实现了两个通道的音频输入和一个通道的音频输出，报警主机通过IIS接口来交换音频数据，音频信号经过音频功率放大后由音频变压器耦合进入电话线路以尽可能减小对双音多频DTMF（Dual Tone Multi Frequency）信号的影响。

振铃检测模块首先将电话线的信号通过整流滤波后送入S3C2410的外部中断输入端，S3C2410根据不同的铃音信号控制电话接口电路实现不同的操作，同时识别信号的类型和次数并提供给上层应用程序。当摘挂机控制模块接收到CPU发出的摘挂机控制信号时，模块中的继电器接入或断开一个300Ω电阻以实现自动摘挂机。

该系统中，DTMF编解码电路采用MT88L89作为DTMF信号的编解码核心器件。远端用户的电话按键产生的DTMF信号经耦合电容的隔直流后，由MT88L89接收并进行译码，结束后由中断控制端发送中断信号，通知CPU数据准备好以备读取，MT88L89输出的四位并行二进制数据通过Local Bus与CPU相连，此时CPU可获取键值信息；CPU通过Local Bus向MT88L89依次发送要拨打的电话号码，经MT88L89转换为DTMF信号实现拨号功能。

2.2系统的工作原理

当发生盗情、火灾、煤气泄漏等安全隐患时，传感器通过无线传感器网络向报警主机发射经数字编码的报警信号。报警主机立即发出警笛声，同时主动拨通用户预先设置的电话号码，将警情以语音的形式通知用户。语音提示用户以按键形式确认收到报警信息，智能电话报警器识别用户按键的键值后确定下一步动作。系统还具有远程布/撤防功能，即主人在身份验证后，能通过电话远程对系统进行布/撤防控制。具备被叫抢线功能，当用户家中无人、电话占线或有人从外面打入电话企图占住报警线路行窃，盗警发生时，系统会自动抢线拨号报警。2无线传感器网络节点设计在不同的应用中，无线传感器网络节点的组成不尽相同，但一般都由数据采集、数据处理、数据传输和电源这四部分组成[4]。被监测物理信号的形式决定了传感器的类型。处理器通常选用嵌入式CPU，如Motorola公司的68HC16、C51系列单片机等。数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成，如讯通公司的PTR8000、ZigBee无线模块等。

3 硬件选用

3.1处理器选用AT89C2051芯片作为无线传感器网络节点的处理器。并且采用I/O口模拟SPI口方式与nRF905通讯，配置存储器接口也采用I/O口模拟。

3.2传感器要求居家安全，应确保被监视的区域（阳台、门窗、过道、金库等）置于传感器的敏感区域内。现有的传感器产品很多，如红外热释电探头、微波多普勒效应探头、微波红外复用探头等，用于检测盗贼侵入很灵敏。离子烟感器和半导体气敏传感器用于监视火警及煤气泄漏。

3.3无线通讯模块外围MCU通过SPI总线配置PTR8000的内部寄存器和数据收发。PTR8000的SPI总线包括四个引脚：CSN（SPI使能）、SCK（SPI时钟）、MISO（主入从出）和MOSI（主出从入）。SPI总线的每次操作都必须在使能引脚CSN的下降沿开始。CSN低电平有效，总线上的数据在时钟的上升沿有效。MCU对SPI总线的操作不外乎两种方式：读和写。在进行读操作时，先把CSN置低，然后在MOSI数据线上输出一个表示读命令的字节，与此同时，PTR8000会在MISO数据线上输出1字节表示状态信息的数据，随后输出1字节地址，后面跟随有效数据。在进行写操作时比较简单，MCU先把CSN拉低，然后在MOSI线上输出写命令字节和数据字节即可。

3.4电源在该系统中，nRF905为低电压器件，电压要求为3.3V，为了与之接口，AT89C2051也工作在3.3V（AT89C2051是宽电压器件）电压下。该系统用+5V电源供电，经过板上LT1117-3.3V转换得到3.3V电源。

可以预见，随着无线传感器网络技术的发展成熟，未来家庭安防、家居智能的应用前景会非常广阔。

参考文献：

[l]靳秀凤，安防行业现状、未来和可持续发展，安全防范网