引言

隨著電子信息技術和計算機網絡技術的發(fā)展，實現(xiàn)家居信息化、網絡化是當前智能家居系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。報警系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個重要組成部分，其性能的好壞直接關系到整個智能家居系統(tǒng)的優(yōu)劣。把無線網絡技術應用到家居報警系統(tǒng)中，通過各種傳感器實時采集家居的環(huán)境信息，通過無線的方式將信息傳輸給家居控制中心，能夠彌補有線設備的缺陷，具有價廉、可靠性高、等優(yōu)點。筆者根據無線網絡技術和智能家居的特點，設計了一種基于無線網絡技術的家居無線報警系統(tǒng)。該無線報警系統(tǒng)可以對整個家居的安全環(huán)境進行實時監(jiān)控。監(jiān)控的范圍包括室內防盜、火災報警、煤氣泄露、水管破裂等一系列不安全因素。一旦有上述安全事故的發(fā)生，該報警系統(tǒng)就會發(fā)出相應的報警信息，可以使戶主在得到報警信息后，立即采取有效的應急措施，對事故進行緊急處理。

系統(tǒng)結構

本報警網絡采用了星型拓撲結構，由中心節(jié)點和無線報警網絡節(jié)點組成。中心節(jié)點是一個與計算機相連的無線通信模塊,可以和網絡中的任何一個網絡節(jié)點通信。無線報警網絡節(jié)點是組成智能家居報警系統(tǒng)的基本單位，是構成智能家居報警系統(tǒng)的基礎平臺。它由微處理器(AT89C2051)、無線通信模塊(nRF2401)、環(huán)境監(jiān)測傳感器(門磁開關、紅外線傳感器、火災煙感傳感器、煤氣泄露傳感器、玻璃破碎報警器等)和一些外圍器件構成，負責家居環(huán)境的監(jiān)測和報警信息的傳遞。

智能家居報警網絡框圖如圖1所示。

采用這種星型拓撲結構能夠很好地擴展組合，容易增加網絡節(jié)點，滿足在家居中網絡節(jié)點分布的不確定性，可在房間、隔離處放置一個節(jié)點，避免無線干擾和報警區(qū)域不確定性的問題，由中心節(jié)點對多個網絡節(jié)點所傳遞的數(shù)據進行綜合處理，分析是否發(fā)出報警信號。在一定程度上降低報警系統(tǒng)的誤報，提高無線報警系統(tǒng)的可靠性。在報警系統(tǒng)網絡中，網絡節(jié)點的主要功能是采集數(shù)據，并把數(shù)據以無線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o網絡中心節(jié)點，由中心節(jié)點對這些數(shù)據進行綜合分析處理，以此決定是否給予報警。

無線報警網絡節(jié)點硬件設計

無線報警網絡節(jié)點主要由微處理器AT89C2051、nRF2401無線通信芯片、外圍設備和開關量輸入接口的傳感器構成。微處理器AT89C2051是整個網絡節(jié)點硬件系統(tǒng)的核心控制部件，負責接收傳感器觸發(fā)的開關量報警信號，發(fā)送nRF2401通信命令，控制信息的傳輸。Nordic公司的單片射頻收發(fā)芯片nRF2401是實現(xiàn)無線數(shù)據傳輸?shù)年P鍵器件。nRF2401工作于2.4～2.5GHzISM頻段，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序配置，芯片功耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時，工作電流只有10.5mA，接收時工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設計更方便。網絡節(jié)點采用nRF2401進行數(shù)據傳輸，來實現(xiàn)報警信息的無線傳輸。網絡節(jié)點通過連接的傳感器感知外部環(huán)境異常變化。例如，安裝在門窗位置的紅外接近開關可以用來監(jiān)測盜竊者的非法入侵；安裝在天花板上的煙霧報警器可以監(jiān)測到室內出現(xiàn)的突發(fā)火災；安裝在地板上的水浸傳感器，可以感知到因水管爆裂、窗戶進雨，屋頂滲漏等因素引起的室內進水事件；安裝在廚房的煤氣報警開關可以用來監(jiān)測有無煤氣泄漏。這些安全監(jiān)測傳感器，均為開關量輸入器件，可以提供全方位的安全監(jiān)測保障。網絡節(jié)點的電路原理圖如網2所示。

在網絡節(jié)點中電源是能源中心，在節(jié)點中起著非常重要的作用，特別是在無線通信系統(tǒng)中，電源不光是能源供應者，它也直接影響通信的質量。器件對加到輸入引腳或輸出引刪的電壓通常是有限制的。這些引腳由二極管或分離元件接到Vcc。如果接入的電壓過高，電流將會通過二極管或分離元件流向電源。而現(xiàn)行的電壓輸出模塊中多為5V電壓，因而需要設計出一個輸出穩(wěn)定的5V轉3V的電壓調節(jié)模塊。在該系統(tǒng)中，選用專為通信控制芯片提供轉換電壓的LM1117，它具有功耗低，體積小的優(yōu)點。又因為電壓中含有許多高頻干擾源，這些高頻成分很容易經過電源進入通信系統(tǒng)中。另外系統(tǒng)自身的發(fā)送頻率也會經過電源感應反饋到通信系統(tǒng)造成干擾。兇而可在電源電路中加入220μH的電感，與并入多個不同容值的電容所構成的濾波電路來抑制各種高頻信號。使節(jié)點能夠得到穩(wěn)定可靠且低干擾的電源，保證節(jié)點的可靠運行。該電源電路如圖3所示。

系統(tǒng)軟件設計

在智能家居報警系統(tǒng)中，采用的是網絡中心節(jié)點輪匈和突出事件報告機制。中心節(jié)點每隔一定的時間向每一個網絡節(jié)點發(fā)送要數(shù)命令，網絡節(jié)點收到要數(shù)命令后，向中心節(jié)點回發(fā)數(shù)據。如果發(fā)生緊急事件，網絡節(jié)點可以主動向中心節(jié)點發(fā)送報告，由中心節(jié)點進行處理并發(fā)出相應報警信息。中心節(jié)點可以對網絡節(jié)點的閾值參數(shù)進行設置，以滿足不同用戶的需要。在智能家居報警系統(tǒng)中，每一個網絡節(jié)點都有一個固定的地址，傳送的數(shù)據基本都是短消息，信息的格式如圖4所示，包括幀頭、目的地址、數(shù)據大小、數(shù)據內容和校驗位。

結語

根據無線網絡技術和智能家居的特點，提出了基于無線網絡技術的智能家居報警系統(tǒng)的構成方案，系統(tǒng)的沒計采腫了模塊化設計，使其具有很好的移植性和擴展性。并在實驗室搭建了一個小型報警系統(tǒng)進行實驗，初步實驗結果表明：采用基于無線網絡技術的報警系統(tǒng)具有較高的通信效率和較好的穩(wěn)定可靠性。