基于ZigBee的嵌入式智能家居安防系统.docx

PAGE 1 PAGE 1 基于ZigBee的嵌入式智能家居安防系统 随着现代家居生活的不断改善，人们对财产、人身平安的要求也越来越高。安防系统不再只局限于防盗，而且要能做到防劫、防火，并即时了解和解决家中突发大事，实现家庭平安系统的智能化。现在市场上消失的安防系统，不是简单引起误报，就是功能比较单一，或是采纳有线连接方式，布线繁琐且线路简单老损。 针对现代家庭安防的要求和当前市场上类似产品的不足，本讨论提出了以ZigBee+ARM9为的嵌入式智能家庭安防系统（EmbeddedIntelli2gentHomeSecuritySystem,EIHSS）。本系统有以下特点：  ①完善的防盗系统，实现门、窗、阳台等地方的监控和报警，力争做到零误报；  ②实现家中火灾早期的监测和煤气泄漏等突发大事的检测；  ③实现家庭平安状况远程实时监测和查询；  ④具有现场图像抓拍功能，在设防状态下，当红外传感器或者门磁触发告警时，系统将启动USB摄像头对现场进行拍摄。  1　系统结构及工作原理  系统总体结构如图1所示，主要由前端（Zig2Bee节点）和后端（主服务器）2部分组成，前端有传感器检测、信号处理、无线发送，后端有无线接收、中央处理及外围电路等。前端和后端通过ZigBee网络无线连接。   图1　系统结构  系统后端有2个功能按键，分别为设防键和撤防键。仆人在出门时按下设防键，再通过手机短信方式由GPRS通知主机进入工作状态；当仆人回家时再通过短信通知主机进入待机状态，待仆人进入家中时则按下撤防键，主机停止工作。  每个传感器加上信号处理以及CC2430收发模块组成一个ZigBee节点，安排有不同的地址，节点通过ZigBee无线网络与主服务器ARM9模块通信，主机依据地址推断信号是来自哪个节点，然后通过软件推断是有非法人员进入还是有火灾隐患或是有煤气泄漏，无论哪种突发状况发生，主机都会启动USB摄像头对现场图像抓拍，通过GPRS网络通知仆人或物管中心，并驱动报警装置进行报警，同时用以太网接入小区的局域网或互联网，实现家庭网络Internet接入。  2　EIHSS硬件系统  本系统硬件电路框图如图2所示，主要由传感器模块，ZigBee无线收发模块，电源及复位模块，以太网网络模块，USB摄像头、功能按键、报警模块，GPRS模块及中央掌握器ARM9模块等组成。   图2　系统硬件电路框图  2.1　传感器和电源模块  传感器模块按功能可分为3个部分：防盗、火灾检测和煤气泄漏检测。防盗部分由振动传感器、门磁窗磁传感器、热释电红外传感器组成。把振动传感器安装在入户门上的隐藏处，当它检测到门上有振动，假如振动持续超过8min（有待讲究），则推断为可能是非法人员撬门。门磁传感器也是安装在入户门上，当门被打开超过2cm时传感器会有信号输出。通过这2个传感器相结合来推断是否有人非法进入，消退误报。另外，热释电红外传感器能感应到物体在室内的移动[3].对于窗、阳台等其他地方的防盗原理跟入户门防盗相像。  火灾检测由烟雾传感器和温度传感器组成，两者均检测到信号则认为确有火灾发生，这样可以避开误报。而煤气泄漏检测则用MQ-6传感器作为感应器，它对液化气、自然?气及城市煤气有较好的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不响应。  电源模块包括内部电源和外部电源。内部电源包括可充电电池和充电电路，主要任务是在监控状态下外部断电时供整个电路正常工作。其充电也是由微掌握器掌握完成的，在外部电源供电状态下，低于下限电平常自动接通充电电路，高于上限电平常自动断开充电电路。  2.2　ZigBee模块  ZigBee是新兴的具有自组网功能的Ad-Hoc网络，是一种短距离、低简单度、低速率、低功耗、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动掌握和远程掌握领域。  2.2.1　ZigBee协议栈  ZigBee协议使用IEEE802.15.4规范作为介质访问层（MAC）和物理层，IEEE802.15.4总共定义了3个工作频带：2.4GHz（），915MHz（美国）和868MHz（欧洲），以上3种频带所供应的数据速率分别为250kbps,40kbps和20kbps.完整的ZigBee协议栈结构如图3所示。   图3　ZigBee协议栈结构  每个ZigBee网络节点（FFD和RFD）可以支持多达31个传感器和受控设备，每个传感器和受控设备可以有8种不同的接口方式，可以采集和传输数字量和模拟量。  2.2.2　ZigBee网络配置域网络关联  ZigBee无线网