【導(dǎo)讀】隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平也逐漸提高。家舒適度提出要求的同時(shí)，也同時(shí)需求居家安全水平的提高。安全防護(hù)系統(tǒng)因?yàn)槌杀据^高，應(yīng)用的難度大，覆蓋面窄的情況下。于物聯(lián)網(wǎng)的家居安全系統(tǒng)呼之欲出。物聯(lián)網(wǎng)工程，被列為國家戰(zhàn)略，納入到第十二個(gè)五年規(guī)劃中。解決人們在追求高質(zhì)量生活中所遇到的安全問題。能夠充分利用無線。術(shù)等高新科技做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)時(shí)處理的平安家居系統(tǒng)。

　　

【正文】 、液化石油氣有很高的靈敏度。 具有良好的重復(fù)性和長期的穩(wěn)定性。 抗干擾 (酒精和煙霧 )。 應(yīng)用 ： 可燃?xì)怏w傳感器用于家庭及工業(yè)對丙烷、丁烷、氫氣及其他可燃性氣體的檢測（天然氣、液化石油氣等）。特別適用于工業(yè)型可燃?xì)怏w檢測報(bào)警儀及家用氣體檢測報(bào)警器等產(chǎn)品，用于檢測可燃?xì)怏w爆炸性。 在現(xiàn)階段家居安防系統(tǒng)中也得到廣泛的應(yīng)用，下面講的是系 統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)將由兩部分組成：檢測發(fā)射端口 （圖 ） 、接受處理端口 （圖 ）采用 nRF401 單片射頻收發(fā)器、MC14468 聲光報(bào)警電路芯片、 以及 單片機(jī) 8501。 在 整個(gè) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中：檢測發(fā)射端口和接受處理端口 都 采用單片機(jī) 8501 控圖 檢測發(fā)射端口示意圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 23 頁 制，容易實(shí)現(xiàn)。 因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)無線傳輸，和家庭主機(jī)實(shí)現(xiàn)無線通信的目的，因此采用了單片射頻收發(fā)器 nRF401，從而實(shí)現(xiàn)了無線傳輸?shù)哪康?，能夠在第一時(shí)間檢測并發(fā)射出報(bào)警信號(hào)。以方便及時(shí)控制住火情。 在芯片使用方面，兩個(gè)端口都采用目前市場上即應(yīng)成熟 的高性能傳感芯片。因?yàn)槠渫獠侩娐泛唵危?容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)外部接口的對接和系統(tǒng)的拓展，便于 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模擬實(shí)現(xiàn)。檢測端口采用的是摩托羅拉公司生產(chǎn)的具有聲光報(bào)警電路的 MC14468芯片，因?yàn)槠淠軌驅(qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)并行檢測。如圖 ，無線收發(fā)器采用 Nordic公司生產(chǎn)的 nRF401 型單片射頻收發(fā)器 。 nRF401 的典型應(yīng)用電路如圖 ， UDD 采用 3V電源。由 R JT、 C1和 C2 構(gòu)成晶振電路， C C4 和 R2 組成環(huán)路濾波器。 R3 為功率設(shè)定電阻。 C5 為電源退耦電容， C6和 C7 均為消噪電容。 DIN、 DOUT 端分別接單片 機(jī)的 TXD(串行輸出 )、 RXD(串行輸入 )端。 為了避免誤報(bào)警的情況，系統(tǒng)設(shè)定 150ms 的時(shí)間延遲。 系統(tǒng)初始時(shí)或完成第一次報(bào)警以后，需要由軟件重新設(shè)置初值，從而不會(huì)由于 150ms 期間 MC14468 管腳 1 上的信號(hào)消失。 nRF401 的串行口直接和單片機(jī)的串行接口連接， TXEN 端的高低電平由軟件來設(shè)置，便于實(shí)現(xiàn) nRF401 的發(fā)射和接收模式之間的相互切換。 信號(hào)的發(fā)射部分 在物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下，有線的數(shù)據(jù)傳輸因?yàn)槠渥陨砉?jié)點(diǎn)多、易磨損等諸多弊端，采用無線的傳輸方式才能更適應(yīng)于系統(tǒng)的要求。基于 zigbee 協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)發(fā)射和接收的重要環(huán)節(jié)。 圖 接口處理端口示意圖 圖 nRF401 應(yīng)用電路圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 24 頁 MC14468 離子型煙霧檢測報(bào)警芯片是目前使用較為廣泛的集煙霧檢測與火災(zāi)報(bào)警為一體的智能傳感器。當(dāng) MC14468 傳感器檢測到煙霧顆粒時(shí)，傳感器立即驅(qū)動(dòng)其外部連接的壓電陶瓷蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管以 1Hz 的頻率閃爍發(fā)光，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警一體化。 以 MC14468 構(gòu)成的結(jié)構(gòu)電路圖如圖 所示。 MC14468 的檢測輸入端口應(yīng)直接連接到單片機(jī)的 INTO，一旦 MC14468 檢測到有煙霧，就會(huì)觸發(fā)高電平，這個(gè)高電平 觸發(fā)無線信號(hào)，單片機(jī)電路系統(tǒng)接收到由 MC14468的天線發(fā)射發(fā)出的無線信號(hào) ，控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0 開始工作，實(shí)現(xiàn) 150ms 的定時(shí)，倘若傳感器能夠繼續(xù)檢測到煙霧信號(hào)，那么 T0 中斷溢出，進(jìn)而進(jìn)入中斷程序，通過串口發(fā)送出煙霧信號(hào)給 nRF401 單片射頻收發(fā)器，單片射頻收發(fā)器通過自身的晶振產(chǎn)生震蕩頻率，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器進(jìn)行 N 倍頻后，經(jīng)調(diào)制，最后經(jīng)功率放大器放大以后從 PCB 天線上發(fā)射出去。因?yàn)椴捎玫氖堑桶l(fā)射頻率和高接收靈敏度的方案，因此此發(fā)射頻率不會(huì)受到無線電管理?xiàng)l例的限制，無需辦理無線電收發(fā)許可證。在檢測到煙霧的時(shí)候， MC14468 自身所攜帶的 100mV 的 滯后電壓會(huì)使單片機(jī)產(chǎn)生 150ms 的延遲，以防止外界因素造成的誤報(bào)警。 接收處理部分 nRF401 從 PCB 天線上接收到調(diào)頻信號(hào)時(shí)，單片機(jī)置 TXEN 端為低電平 ,功率放大器被關(guān)斷從而進(jìn)入接收狀態(tài)。調(diào)頻信號(hào)依次經(jīng)低噪聲放大器放大，經(jīng)混頻器（其作用是抵消本機(jī)發(fā)送器與接收器之間的高頻干擾）變成中頻，再經(jīng)帶通濾波器濾波和調(diào)制器解調(diào)后，成為數(shù)據(jù)輸出。這時(shí)單片機(jī)切換到發(fā)射模式，回送握手信號(hào)， nRF401 把得到的數(shù)據(jù)輸送給單片機(jī)，經(jīng)處理后從 P1 口輸出到 LED上顯示（火情來源地信息），同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警 圖 MC14468 檢測報(bào)警電路圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 25 頁 第五章 熱釋電紅外傳感器 模塊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 熱釋電 紅外傳感器 主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測元件。在每個(gè)探測器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制 成一種具有特殊 光學(xué)系統(tǒng) 的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 10~20 米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū) ”和 “高靈敏區(qū) ”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū) ”進(jìn)入 “高靈敏區(qū) ”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其 能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 9~10um，而探測元件的波長靈敏度在~20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的 紅外線傳感器 。 紅外熱釋電模塊的設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì)要求 在整個(gè) 基于物聯(lián)網(wǎng)的 平安家居的安防系統(tǒng)中，紅外熱釋電檢測模塊是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，紅外熱釋電安防系統(tǒng)將最大限度的發(fā)揮整個(gè)安防系統(tǒng)入侵檢測的能力。隨著近年來現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，紅外探測技術(shù)已經(jīng)滲透到整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)。作為一種新的安防技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛的社會(huì)應(yīng)用。 為了最大限度的提高安防的能力，在此模塊中將采用無線發(fā)射與接收模式，實(shí)現(xiàn)紅外熱釋電傳感器與主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無線連接，減少系統(tǒng)的響應(yīng)和運(yùn)行時(shí)間。在整個(gè)模塊中將采用 Zigbee 和 ARM 相結(jié)合的方法，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的處理由支持 Zigbee 協(xié)議的 CC2430 的收發(fā)模塊傳送給主機(jī)。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中的前段信號(hào)與后端信號(hào)的無縫對接。最后通過移動(dòng) 3G 將信號(hào)或圖像傳輸給主人或物業(yè)管理中心。 傳感器及芯片 系統(tǒng)中所用到的傳感器及芯片：熱釋電紅外傳感器 BISS0001，芯片 CC2430，ARM9，搭載 linux 的主機(jī)。 CC2430 是一顆真正的系統(tǒng)芯片 (SoC)CMOS 解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以 ZigBee 為基礎(chǔ)的 ISM 波段應(yīng)用，及對低成本，低功耗的要求。 熱釋電紅外傳感器 BISS0001 ， 是報(bào)警器設(shè) 計(jì)中的核心器件，它可以把人體的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用 。 信號(hào)處理主要是把傳感器輸基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 26 頁 出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲、比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ) . 其中信號(hào)處理部分主要是指 BISS0001 芯片，由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。 當(dāng)有警情發(fā)生時(shí)，信號(hào)放大器將紅外線傳感器的信號(hào)放大，經(jīng)過電壓比較器的比較，同時(shí)經(jīng)過延時(shí)電路的處理，經(jīng)警笛發(fā)出報(bào)警信號(hào) . 紅外探測總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本文中系統(tǒng)采用被動(dòng)紅外報(bào)警器 ，用戶端報(bào)警系統(tǒng)主要包括兩部分 :探測器和報(bào)警主機(jī) .如圖 51 所示。 該系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域可為門窗、陽臺(tái)、室內(nèi)客廳、臥室等?？赏瓿梢苿?dòng)人體的探測，報(bào)警主機(jī)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。這樣一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)報(bào)警系統(tǒng)，可以在一個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)上集成溫度、濕度、有毒氣體等多個(gè)探測器，形成一個(gè)綜合家庭防盜、防火報(bào)警系統(tǒng)。 另外， ZigBee 系統(tǒng)的可拓展性使本系統(tǒng)具有可外聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的特性，可通過路由設(shè)備與整個(gè)小區(qū)或者辦公區(qū)域組成一個(gè)大的聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) (如圖 所示 )。 紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 在整體的探測中， 所謂 “ 被動(dòng) ”探測，就 是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，單純只是靠接收自然界外部的能量或者能量變化來完成探測器的探測目的 。 被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是：能夠?qū)θ肭终咴谒婪秴^(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化實(shí)現(xiàn)響應(yīng)，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。進(jìn)一步處理是通過報(bào)警器自身的無線收發(fā)區(qū)域，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到小區(qū)的監(jiān)控部門或者其他應(yīng)急處理部門。 圖 用戶端無線報(bào)警器系統(tǒng)示意圖 圖 辦公區(qū)域互動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 27 頁 熱釋電紅外探測器電路包括紅外探測器專用芯片 —— 紅外傳感信號(hào)處理器 BISS000 熱釋電紅外探頭及一些外圍元件 (電阻電容 )。 檢測元件 BISS0001 是 COMS 數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐罚哂歇?dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理 。 另外它還具有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾，其內(nèi)部設(shè)有延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器 . 管腳排列如圖 所示 。 BISS0001 是由運(yùn)算放大器 、 電壓比較器 、 狀態(tài)控制器 、 延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?. 其內(nèi)部框圖如圖 所示 。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 在整個(gè)紅外防盜探測器電路設(shè)計(jì)中以紅外探測器部分為主，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在熱釋電紅外芯片 BISS0001 的應(yīng)用 。 BISS0001熱釋電紅外傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度相對于其他傳感器，它僅對人體運(yùn)動(dòng)敏感，對其他運(yùn)動(dòng)不敏感 。 這樣就有效避免了誤報(bào)警的幾率。缺點(diǎn)是容易受到不同冷熱氣流的影響，在周邊環(huán)境的溫度與人體的溫度想接近的時(shí)候，容易發(fā)生誤報(bào)警的情況。 因此，為了能夠使探測器有充分的時(shí)間區(qū)分變化的溫差，需要合理調(diào)節(jié)輸出延遲時(shí)間 Tx，適當(dāng)改變 Txi，即調(diào)整人 R C R C2，從而達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。為了增大感應(yīng)范圍。在實(shí)驗(yàn)研究中的紅外探頭安裝了菲涅爾透鏡。在本實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)采用繼電器輸出，輸出電壓 12V，直接連接到負(fù)載。實(shí)驗(yàn)顯示，本防 盜報(bào)警裝置具有兩個(gè)功能特點(diǎn)。 圖 BISS0001 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 28 頁 活動(dòng)熱源一旦進(jìn)入感應(yīng)范圍，感應(yīng)器的繼電器常開觸點(diǎn)立即閉合，從而輸出電源 (繼電器觸點(diǎn)的公共接點(diǎn)已接輸入電源正極 )；活動(dòng)熱源離開感應(yīng)范圍后，則延時(shí)關(guān)閉輸出的電源 . 感應(yīng)接通電源后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有熱源在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，電源將持續(xù)接通，直到其離開后才延時(shí)關(guān)閉 。 靈敏度高，可靠性好，顯示了其潛在的應(yīng)用價(jià)值 。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 29 頁 結(jié)論 20xx 年物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)全新的概念被提出，被寫進(jìn)十二五規(guī)劃。本文 重點(diǎn) 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上， 介紹了平安家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 思路， 將現(xiàn)實(shí)生活中的一些設(shè)備及傳感器，通過現(xiàn)階段的無線通信網(wǎng)絡(luò)，連接成一個(gè)物物相連的網(wǎng)絡(luò)。將這些無線傳感器相連后做到彼此相互檢測，通信與處理。最大限度的提高家居的安全系統(tǒng)。 本文 做了相應(yīng)的解釋和技術(shù)調(diào)試， 也因?yàn)闀r(shí)間倉促，并沒有能夠做到很系統(tǒng)的很全面的系統(tǒng)操作。 調(diào)試過程中也遇到了一些問題并也解決。整個(gè)系統(tǒng)將很好的貫通也連接，能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)智能家居的平安系統(tǒng)。但是也存在一些不足，因?yàn)槲业募夹g(shù)思想有限，不能夠做到面面俱到，比如在整個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸不能 做到穩(wěn)定傳輸。整個(gè)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電，一旦斷電系統(tǒng)將受到 致命打擊，還有系統(tǒng)中圖像對比識(shí)別技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)，這些都是系統(tǒng)的不足。 另外，整個(gè)系統(tǒng)的兼容性與拓展性很強(qiáng)，在其后的發(fā)展過程中還可以拓展其他更高水平，更簡易運(yùn)行的傳感器芯片，使整個(gè)系統(tǒng)更加易于操作，更富實(shí)用性，降低應(yīng)用門檻?；谖锫?lián)網(wǎng)的平安家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最終目的是實(shí)現(xiàn)家居安防智能化。 現(xiàn)階段無線傳感網(wǎng)絡(luò)正處于蓬勃發(fā)展的良好時(shí)期，再加上我國通信技術(shù)及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一定能夠改變我們的生活方式。