光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在智能防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：主要闡述光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在家庭智能防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用。為達(dá)到報(bào)警目的，由紅外傳感器對人體體溫檢測，通過低功耗的2．4 GHz芯片JF24C將信號(hào)經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳向主機(jī)，主機(jī)計(jì)算后發(fā)出報(bào)警信號(hào)并通過GSM網(wǎng)絡(luò)通知戶主；采用光伏發(fā)電系統(tǒng)和家用電源的雙電源系統(tǒng)供應(yīng)能源的方法，不僅環(huán)保節(jié)能，而且使安全可靠性提高。
關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)議；光伏發(fā)電；智能防盜；GSM網(wǎng)絡(luò)

    隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于生活環(huán)境的安全性要求日益提高。安全可靠的報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)開始進(jìn)入商場、店鋪、銀行等重要單位或公共場合，甚至有些家庭也安裝了報(bào)警系統(tǒng)。報(bào)警系統(tǒng)在保障公共、個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全的同時(shí)，其性能之好壞也愈發(fā)顯得重要。目前市場上的熱釋電紅外報(bào)警系統(tǒng)功能較為單一，不能更好地起到安全防護(hù)的作用，不能更好地應(yīng)付諸如斷電等突發(fā)情況。本文介紹的光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)把光伏電源與家用電源相結(jié)合、報(bào)警與錄像監(jiān)控相結(jié)合，再加上ZigBee無線熱點(diǎn)傳輸技術(shù)，不僅擁有了比普通報(bào)警器更強(qiáng)的反破壞能力，還有環(huán)保低碳的特點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)方案
    光伏紅外遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1．1 電源提供模塊
    (1)光伏電源為各個(gè)無線設(shè)備提供電力，為有線設(shè)備提供輔助電力。
    (2)家用電源連接變壓裝置以及蓄電池構(gòu)成供電電源。
1．2 紅外傳感模塊
    無線熱釋電紅外傳感器利用菲涅爾透鏡以提高傳感器的靈敏度，并使傳感器的檢測范圍具有指向性，并連接到紅外傳感信號(hào)處理電路，再接到報(bào)警控制主機(jī)的數(shù)字接口。無線傳感器固定在隱蔽位置，和光伏電源蓄電池相連，通過無線通信芯片將信號(hào)傳到主控機(jī)上。多個(gè)紅外線應(yīng)裝置組成一個(gè)紅外線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)程序綜合處理外界信號(hào)。
1．3 GSM模塊
    模塊采用無線撥號(hào)傳輸模塊，由報(bào)警控制主機(jī)通過RS 232串口連接手機(jī)撥號(hào)器，按預(yù)定程序撥出用戶手機(jī)號(hào)碼。
1．4 錄像與報(bào)警存儲(chǔ)模塊
    攝像機(jī)大容量硬盤存儲(chǔ)的嵌入式監(jiān)控DVR模塊，里面可以配置大容量硬盤作為前端存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)超長時(shí)長監(jiān)控。多個(gè)攝像頭存儲(chǔ)圖像真實(shí)性好，保留全部錄像信息。為實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，當(dāng)報(bào)警控制主機(jī)發(fā)出信號(hào)時(shí)，通過繼電器開關(guān)控制DVR模塊，攝像頭自動(dòng)開啟或關(guān)閉錄像。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，報(bào)警控制主機(jī)會(huì)發(fā)出指令使警鈴報(bào)警，LED指示燈同時(shí)亮紅燈；當(dāng)系統(tǒng)休眠時(shí)，警鈴不報(bào)警，LED指示燈亮綠燈。

2 電路設(shè)計(jì)
2．1 主控電路
    單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89S52，它內(nèi)部集成256 B程序運(yùn)行空間，8 KB FLASH存儲(chǔ)空間，支持最大64 KB外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在0～33 MHz之間，片內(nèi)資源有4組32個(gè)I／O控制端口、3個(gè)16位定時(shí)器、8個(gè)向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)置在低能耗模式、還有看門狗和斷電保護(hù)等。主控電路如圖2所示。

    它在4～5．5V寬電壓范圍內(nèi)正常工作，功耗低，同時(shí)還支持計(jì)算機(jī)并口下載。AT89S52有多種封裝，本設(shè)計(jì)中采用的是DIP-40的封裝。
2．2 光伏發(fā)電與家庭供電接口電路
    主機(jī)采用太陽能電池和家用220 V電源的雙供電方式。當(dāng)有家用電時(shí)，通過直流低壓繼電器巧妙斷開太陽能電池；當(dāng)家用電斷開時(shí)，太陽能電池充當(dāng)電源。
    太陽能電池通過太陽能智能充電器連接太陽能板，充電器在陽光充足時(shí)為電池充電，充滿電池時(shí)自動(dòng)斷開充電。在充足太陽是充電電流能達(dá)到1 A以上，完全滿足電路需要。
2．3 GSM網(wǎng)絡(luò)接入電路
    本系統(tǒng)使用的是西門子公司的TC35系列GSM芯片TC35i與GSM2／2兼容、雙頻(GSM900／GSM1800)、RS 232數(shù)據(jù)接口，TC35i由供電模塊(AS IC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。
2．4 ZigBee協(xié)議無線通信電路(從片)
    從片電路主要基于2．4 GHz雙向無線傳輸模塊JF24C。該模塊以較小的體積實(shí)現(xiàn)了告訴數(shù)據(jù)傳輸功能，速率最高可達(dá)1 Mb／s，并具有快速跳頻，向前糾錯(cuò)，CRC等功能。通過控器的信號(hào)，將信息通過電磁波的形式發(fā)射出去，臨近的芯片控制相應(yīng)的JF24CJ進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。ZigBee電路設(shè)計(jì)模塊如圖3所示。
2．5 電源電路及報(bào)警、錄像監(jiān)控電路
    光伏電源和錄像監(jiān)控控制電路如圖4所示。

    報(bào)警電路采用一個(gè)簡單高效的三極管放大電路，連接蜂鳴器或者可以選用大功率100 dB以上的報(bào)警鈴。
    錄像監(jiān)控電路采用弱電控制強(qiáng)電的直流繼電器，線圈端接單片機(jī)，直流電流端接DVR。

3 軟件設(shè)計(jì)
    從片編程算法流程圖如圖5所示。

    主片編程算法流程圖如圖6所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    在室內(nèi)模擬了該裝置的工作環(huán)境，太陽能電池板暴露在室外(溫度24℃)14時(shí)陽光直射下，采用三個(gè)從片相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測與數(shù)據(jù)傳輸功能。
    將蓄電池接到室內(nèi)電源插座上，打開主控制器開關(guān)，LED界面顯示“welcome to zzu”英文字符，報(bào)警電話號(hào)碼(1503819****)設(shè)定完畢后，直接轉(zhuǎn)入工作模式。當(dāng)靠近從片1約3．5 m時(shí)，從片1發(fā)出報(bào)警信號(hào)并發(fā)送到最近的從片2，從片2檢測到報(bào)警信號(hào)后又轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)上。當(dāng)主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，顯示器顯示出“TERMINAL 1”字樣，并控制GSM模塊向1503819****撥打電話。與此同時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警，攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)錄像的功能，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。將蓄電池接到太陽能板上，斷開室內(nèi)電源，重復(fù)以上動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了同樣功能。經(jīng)過30次實(shí)驗(yàn)，報(bào)警成功率為28次，無誤報(bào)。

5 結(jié)論
    經(jīng)過實(shí)地測試，該系統(tǒng)的報(bào)警成功率為93％，能夠較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
    該系統(tǒng)是ZigBee協(xié)議與光伏發(fā)電在家庭防盜系統(tǒng)中的一次嘗試性的成功應(yīng)用，預(yù)期上述兩種技術(shù)將在智能家庭領(lǐng)域有更廣闊的前景。