專利名稱：一種家庭安防系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線網絡通訊控制技術領域，特別涉及基于zigbee技術在數字家庭安防系統(tǒng)中的應用領域。
背景技術：
1979年公安部在石家莊召開第一次全國刑事技術預防工作會議后，安全技術防范作為一個專業(yè)領域，已經歷了 20多年的發(fā)展歷程。安防行業(yè)的應用范圍在不斷擴大，歸納總結安防行業(yè)發(fā)展的三個歷史階段，主要是以安防行業(yè)應用為分析特征的。1979年 1983 年，起步階段。安防行業(yè)的應用范圍有限，主要限定在非常重要和特殊的單位和部位。當時的典型安防工程是故宮博物院工程和天安門的監(jiān)控工程。1984年 1996年，發(fā)展階段。安防行業(yè)的應用以內部保衛(wèi)為重點，廣泛發(fā)展到重要單位和要害部位。各級公安機關更加重視安全技術防范工作，加大了對主要單位、要害部位的安全防范力度，像金融系統(tǒng)、文物系統(tǒng)、軍工、郵政等重要單位的安全防范工程應用建設。1997年至今，提高拓展階段。探索安全技術防范的發(fā)展規(guī)律和方向，安防行業(yè)的應用范圍發(fā)生了巨大變化，已由重要單位、要害部門的防范發(fā)展到商業(yè)、學校、社區(qū)、家庭等社會層面的全面防范。家居安防產品在10多年前就已經開始進入市場，現(xiàn)在6、8、16防區(qū)的家庭安防報警主機的價格已經做到幾百元，但還是打不開市場，真正原因在于安防系統(tǒng)有下面幾個難題沒有很好解決一是誤報警，這是家庭安防系統(tǒng)沒有能大規(guī)模進入普通家庭的最主要原因，家庭安防系統(tǒng)很好，但是3個月內或者更長一段時間只要有一次誤報警，使用者就無法承受，但是作為電子產品，要做到無誤報警幾乎是不可能的，即使是產品質量再高的產品；二是撤防不方便。原來家庭安防系統(tǒng)設防可以做到很方便，但是撤防一般要求輸入一組密碼才能撤防，密碼有錯誤就會產生誤報警；三是主要的出入口防盜門沒有安裝門禁，主要出入口由于各種原因，大多數普通住宅都沒有安裝門禁?，F(xiàn)在用萬能鑰匙開機械鎖是很平常的事，只要小偷用萬能鑰匙打開鎖后進入，利用設備再檢測到門打開后需要延時約一分鐘時間(讓用戶用鑰匙開門后輸入撤防密碼)的時機把報警主機破壞。那整個系統(tǒng)全部都不起作用。因此現(xiàn)在大多數的相關公司主要產品都用在寫字樓作為公司的安防系統(tǒng)，很少用在普通家庭；四是為了彌補由于誤報警的缺陷，在家庭防盜主機中也安裝了在報警的同時通過網絡或電話通道發(fā)送靜止照片。 由于產品的成本高(3000元左右)、圖像發(fā)送時間長(約幾十秒)，不能在手機上顯示等原因， 限制了產品的使用范圍。但是隨著生活水平的不斷提高和安全防范意識的逐步增強，人們越來越關心自己的居住環(huán)境，不僅要求家居環(huán)境的人性化和舒適化，而且對智能化和安全化也提出了更高的要求。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)的好壞。目前家居報警系統(tǒng)的信號傳輸主要分有線和無線兩種。其中有線方式具有通訊可靠、抗干擾能力強、成本低等優(yōu)點，但是其移動性較差、不適應用戶及產品的變要求，對預留線的維護及更換難度較高；無線方式可避免傳感器探頭與主機之間的連接線影響室內裝修，具有靈活、簡潔等特點，是發(fā)展趨勢。但無線數據傳輸易受到干擾，傳輸穩(wěn)定性較差，并且現(xiàn)在家居環(huán)境中的無線電信號越來越多，對報警系統(tǒng)的干擾不可避免。報警信號的無線傳輸容易受到干擾，容易引起報警系統(tǒng)的誤報警。無線網絡技術ZigBee的出現(xiàn)能夠基本解決現(xiàn)有無線報警系統(tǒng)存在的一些問題。 ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率以及低成本的雙向互聯(lián)無線通信技術。它的應用領域包括工業(yè)控制、汽車自動控制、消費類電子、農業(yè)控制和醫(yī)療設備控制等自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。IEEE 802. 15. 4工作組制定了這項技術的核心，高層應用、市場推廣、互聯(lián)互通測試則由2002年成立的ZigBee聯(lián)盟負責。到目前ZigBee聯(lián)盟成員已經到了 150多個，成員包括像IBM. Ember、摩托羅拉、三菱、 菲利普半導體公司等，華為技術公司最近也加入了該組織。眾多的半導體商瞄準了 ZigBee 市場，標準推出不久后符合該標準的芯片就很快面世了。能夠預見到ZigBee技術在自動化和監(jiān)控領域會有廣闊的應用前景。ZigBee技術在目前是無線傳感器網絡應用的首選技術之一。ZigBee技術采用了直接序列擴頻技術保證信號傳輸的可靠，避免受到其它信號的干擾；ZigBee網絡支持主從式交互操作，網絡中的從結點可以自由的進入或退出一個ZigBee 網絡來解決報警系統(tǒng)的反復布防撤防給用戶帶來的不便；本報警系統(tǒng)采用的無線通信芯片CCM30是基于ZigBee技術低功耗無線收發(fā)芯片，發(fā)射功率僅為lmw，再加上芯片工作周期短，采用休眠模式，可以降低芯片收發(fā)信息功耗，降低報警系統(tǒng)的使用成本。本文根據 ZigBee技術和家居報警系統(tǒng)的特點，設計基于ZigBee技術的智能家居無線報警系統(tǒng)。目前，隨著人們消費水平的不斷提高，現(xiàn)代家居生活的不斷改善，用戶對安防系統(tǒng)的功能和性能方面的要求也越來越高，對財產、人身安全的要求也越來越高。安防系統(tǒng)不再只局限于防盜，而且要能做到防劫、防火，并即時了解和解決家中突發(fā)事件，實現(xiàn)家庭安全系統(tǒng)的智能化.現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的安防系統(tǒng)，不是容易引起誤報，就是功能比較單一，或是采用有線連接方式，布線繁瑣且線路容易老化。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)代家庭安防的要求和當前市場上類似產品的不足，本研究提出了基于 ZigBee無線傳感器的一種家庭安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點在于利用zigbee無線網絡的優(yōu)勢， 實現(xiàn)了安防系統(tǒng)的無線網絡化，省去了繁瑣的布線過程，實現(xiàn)了安防信息的多點、遠距離傳輸，提高了安防系統(tǒng)的安全性、可靠性與隱蔽性，降低了成本，也可以方便地根據實際情況增加或減少傳感器節(jié)點的數量，具有很強的靈活性。本發(fā)明的技術解決方案為本發(fā)明的家庭安防系統(tǒng)，包括家庭網關和傳感器，所述家庭安防系統(tǒng)還包括提供所述傳感器與所述家庭網關進行信息交換的zigbee無線收發(fā)模塊。所述家庭網關包括有中央處理器及設置在中央處理器上的連接攝像頭的攝像頭接口、UART串口接口、以太網接口、SPI接口、IXD接口和I/O接口。所述中央處理器包括有基于ARMll架構的主控芯片s3c6410及外圍電路。所述攝像頭接口為能連接USB攝像頭的USB接口。所述UART串口接口連接MC!35i GSM模塊。所述I/O接口連接語音報警器。所述zigbee無線收發(fā)模塊采用CCM30芯片。
所述傳感器為火災探測器、防盜探測器和煤氣探測器。所述火災探測器包括溫度探頭與設有煙霧處理芯片的煙霧探頭，還包括處理由所述溫度探頭和煙霧探頭所提供信息的處理芯片。所述防盜探測器包括紅外線傳感器和門磁傳感器；所述煤氣探測器采用MQ-5傳感器作為感應器。本發(fā)明省去了安裝家庭安防系統(tǒng)中繁瑣的布線過程，實現(xiàn)了安防信息的多點、遠距離傳輸，提高了安防系統(tǒng)的安全性、可靠性與隱蔽性，降低了成本，也可以方便地根據實際情況增加或減少傳感器節(jié)點的數量，具有很強的靈活性。


圖1為本發(fā)明的整體硬件框架示意圖2為本發(fā)明所采用的zigbee星型拓撲結構示意圖； 圖3為本發(fā)明所采用的火災探測器結構示意圖； 圖4為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步的說明。一種家庭安防系統(tǒng)，包括家庭網關和傳感器，還包括提供所述傳感器與所述家庭網關進行信息交換的zigbee無線收發(fā)模塊。該系統(tǒng)是以zigbee (IEEE 802. 15. 4)無線網絡為基礎。所述家庭網關包括有中央處理器及設置在中央處理器上的連接攝像頭的攝像頭接口、4個UART串口接口、以太網接口、SPI接口、IXD接口和I/O接口。同時也設有電源及復位接口。本實施例中，所述中央處理器包括有基于ARMll架構的主控芯片s3c6410及外圍電路。本實施例中，所述UART串口接口連接MC35i GSM模塊，該模塊可連接手機。本實施例中，所述I/O接口連接語音報警器，優(yōu)選ISD1420。本實施例中，所述以太網接口連接遠程控制中心。本實施例中，所述zigbee無線收發(fā)模塊采用CCM30芯片，與SPI接口相連接。負責發(fā)送各個探測器收集的數據，而接在家庭網關那端負責數據的收取，供主控芯片分析從而做出相應的措施。本實施例中，所述傳感器為火災探測器、防盜探測器和煤氣探測器。所述火災探測器包括溫度探頭與設有煙霧處理芯片的煙霧探頭，還包括處理由所述溫度探頭和煙霧探頭所提供信息的處理芯片。所述防盜探測器包括紅外線傳感器和門磁傳感器。如圖1所示，本實施例采用ZigBee和ARMll相結合，各種傳感器輸出的信號經過處理由支持ZigBee協(xié)議的CCM30收發(fā)模塊傳輸至主機S3C6410，實現(xiàn)探測器前端信號與后端控制器之間的無線連接；主機根據各探測器節(jié)點情況判斷家中有突發(fā)事件后，進一步判斷是有非法人員進入還是有火災隱患或是有煤氣泄漏，無論哪種突發(fā)狀況發(fā)生，主機都會啟動USB攝像頭對現(xiàn)場圖像抓拍，通過GSM / GPRS模塊短消息通知主人或者物管中心，并驅動報警裝置進行報警，同時用以太網接人家庭網關的局域網或互聯(lián)網，實現(xiàn)家庭網絡 Internet接入，從而構成嵌入式的智能家庭安防系統(tǒng)。本實施例的具體工作原理如圖4所示，首先是打開主機，初始化，根據需要選擇按鍵，在選擇設防工作狀態(tài)時，主機掃描zigbee無線收發(fā)模塊，直到檢查有信號時，通過信號來源，判斷是何種傳感器在發(fā)送信號，相應地知道了家中發(fā)生的情況，緊急情況下，系統(tǒng)發(fā)生聲光報警，手機通過GPRS發(fā)送短信通知用戶，用戶根據發(fā)來的信息了解情況后，發(fā)送相應的短信回主機，讓主機做出相應的緊急措施，同時通過攝像頭拍攝圖像，通過以太網傳送給監(jiān)控中心，讓監(jiān)控中心人員緊急處理事故。通過分析zigbee的三種拓撲結構的特點和家庭網關的需求，本實施例選擇 zigbee的星型拓撲結構組網，如圖2所示。Zigbee星型網絡最大優(yōu)點就是結構簡單，這種簡單帶來了很少有上層協(xié)議需要執(zhí)行，較低的設備成本，較少的上層路由信息和管理簡便。 考慮到家庭內部無線網絡連接距離較短，而zigbee技術最大傳輸距離為100米，完成滿足家庭網絡的需要，所以本發(fā)明采用了成本低廉、結構簡單、容易連接、容易擴充和管理，實用可靠的zigbee星型拓撲結構建立無線網絡。如圖1所示，家庭網關作為中心節(jié)點，各種傳感器作為終端節(jié)點。各種終端傳感器把收集的數據傳給家庭網關，家庭網關再根據收到的信息采取相應的措施。zigbee無線收發(fā)模塊采用CCM30芯片。CCM30芯片是Chipcon公司生產的首款符合ZigBee技術的2. 4 GHz射頻系統(tǒng)單芯片是個真正的基于片上系統(tǒng)芯(SoC) CMOS解決方案。這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigBee為基礎的2. 4GHz ISM波段應用對低成本，低功耗的要求。CCM30是整合ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器單芯片，集成了符合IEEE802. 15. 4標準的2. 4GHz的RF無線電收發(fā)機，支持數字化的RSSI / U1I，具有CSMA / CA功能和強大的DMA功能、電池監(jiān)測和溫度感測功能，同時具有強大和靈活的開發(fā)工具，適用于各種ZigBee或類似ZigBee的無線網絡節(jié)點，包括調諧器、路由器和終端設備應用于監(jiān)視、控制網絡時，其具有非常顯著的低成本、低耗電的特點。CCM30在實際應用時只需外接少量的外圍器件，像電源，晶振等就行。鑒于CCM30這些特性，用它來做zigbee 無線收發(fā)器非常適合。Zigbee負責從傳感器收到的數據信息傳到家庭網關，讓其分析情況而采取相應的措施。本發(fā)明火災探測器是利用DSM38其測量電池電壓以及電流的這一特殊功能，檢測溫度探頭與煙霧探頭整個傳感器電路。其中，溫度探頭使用TMP35G溫度傳感器，煙霧探測器采用美國摩托羅拉公司生產的感煙探測報警專用芯片MC14468，外接一個離子型煙霧探HIS07及少量的外部元件，即可完成煙霧探測，報警功能，當探測到煙霧時，它能通過外接的壓電式換能器和內部的驅動電路發(fā)出報警聲。本發(fā)明的火災探測器正是采用由 MC14468煙霧檢測芯片，TMP35G溫度傳感器以及DSM38芯片為內核的集成的火災傳感器， 如圖3所示與傳統(tǒng)的感煙、感溫傳感器相比，它具有體積小，功能多，功耗低，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，更適合用于智能家居火災的監(jiān)控。DS2438在火災報警器中擔負著傳感器通信、溫度與煙霧報警信息采集的功能；MC14468以及離子型煙霧探頭擔負著煙霧濃度的檢測，并根據原先設定好的感應靈敏度，判斷是否需要報警。其靈敏度設置可以根據需要進行調節(jié)，用戶可根據傳感器安裝位置的不同，設置煙霧檢測芯片的靈敏度。這種靈活的設置方式使得整個報警系統(tǒng)對于環(huán)境的檢測更符合實際。整個傳感器系統(tǒng)的結構如圖3所示。如圖3所示，
6基于DSM38芯片的復合傳感器，通過監(jiān)測探測器周圍環(huán)境溫度和煙霧濃度，把傳感器附近的溫度信息與煙霧信息及時反饋給家庭網關。當探頭附近有火情發(fā)生時，環(huán)境溫度和煙霧濃度也會有所變化，主網關根據傳感器溫度變化信息以及煙霧報警信息進行報警，并根據 DS2438芯片上的序列碼追蹤災情發(fā)生的位置，同時發(fā)出聲音報警信號提醒工作人員采取相應的應急措施。防盜探測器由門磁傳感器、熱釋電紅外傳感器組成。把振動傳感器安裝在入戶門上的隱蔽處，門磁傳感器也是安裝在人戶門上，當門被打開超過2 cm時傳感器會有信號輸出。通過這2個傳感器相結合來判斷是否有人非法進入，排除誤報。熱釋電紅外傳感器能感應到物體在室內的移動。BISS0001是一款高性能的傳感信號處理集成電路。靜態(tài)電流極小，配以熱釋電紅外傳感器LHI968和少量外圍元器件即可構成被動式的熱釋電紅外傳感器。人體有恒定的體溫，一般在37°C，所以會發(fā)出特定波長的紅外線，被動探頭就是靠探測人體的發(fā)射的特定波長的紅外線進行工作的，人體發(fā)射的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后，聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，雙元熱釋電紅外檢測元件 LHI968的內部電路由兩個雙元熱釋電陶瓷，感應紅外信號，再經場效應管放大輸出。煤氣探測器采用MQ-5氣敏元件。Q-5氣敏元件由微型AL203陶瓷管、Sn02敏感層， 測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。其MQ-5型氣敏元件對不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。因此，在使用此類型氣敏元件時，靈敏度的調整是很重要的。所述煤氣探測器采用MQ-5傳感器作為感應器。它對液化氣、天然氣及城市煤氣有較好的靈敏度，而對乙醇、煙霧幾乎不響應，具有高靈敏度，快速響應恢復，優(yōu)異穩(wěn)定性，長壽命優(yōu)良抗乙醇、煙霧干擾能力等特點， 適用于家庭煤氣的監(jiān)測裝置。用IOOOppm異丁烷或氫氣校準傳感器。當精確測量時，報警點的設定應考慮溫濕度的影響，所以隨著溫濕度的變化，我們要調整報警點。短信發(fā)送部分主要由MC35i模塊實現(xiàn)。MC35i是Siemens公司推出的新一代無線通信GPRS模塊，可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數據、語音傳輸、短消息服務(Short Message Service)和傳真。模塊的工作電壓為3. 3 4. 8 V，可以工作在900 MHz和1800 MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W(900 M)和IW(1800 M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2. 4k，4. 8k，9. Wc的非透明模式。 通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數據、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及5011天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。MC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器天線接口六部分組成。作為MC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內的語音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和 EFR語音信道編碼。當家庭網關監(jiān)測到有事故后，可通過串口將預先設定好的程序由MC35i 模塊發(fā)送短信給用戶手機，也可由手機將控制命令發(fā)給短信模塊再經串口送到微處理器實現(xiàn)遠程無線控制該功能，可在外地發(fā)送短信來控制窗門關閉，防盜功能啟開，氣體檢測功能開啟等操作。
視頻監(jiān)控部分在節(jié)點需要采集的數據不能包括圖像視頻數據，因為其數據量太大，即使采用最好的壓縮，也達IMbps左右；而ZigBee是一種低速率無線傳輸手段，最高僅 250 IAps的速率。所以本發(fā)明的圖像視頻數據可以通過internet連接到監(jiān)控中心。在家庭中分布安裝攝像頭，監(jiān)控到個個場景。捕捉到的視頻圖像可以通過網絡接口傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心模塊負責監(jiān)視每一個視頻通道以及控制攝像頭的動作。所用的數字語音芯片ISD1420，采用先進的模擬數字語音存儲技術，音質好，無須A/ D轉換，可錄制20 s的語音信息，可分段存儲信息，采用總線技術，適宜與單片機接口。另外，它是零功率信息存儲方式，斷電情況下，信息可保留10年以上；易于使用，可隨意改變錄音內容，錄放次數達10萬次以上。所以我們可以錄入一些驅趕盜竊者的語音，把非法入室者嚇跑；或是聲音比較響亮報警鳴聲通過報警，讓相關人員聽到報警聲速來解決問題。
權利要求
1.一種家庭安防系統(tǒng)，包括家庭網關和傳感器，其特征在于還包括提供所述傳感器與所述家庭網關進行信息交換的Zigbee無線收發(fā)模塊。
2.根據權利要求1所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述家庭網關包括有中央處理器及設置在中央處理器上的連接攝像頭的攝像頭接口、UART串口接口、以太網接口、SPI接口、LCD 接口和 I/O 接口。
3.根據權利要求2所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述中央處理器包括有基于ARMll 架構的主控芯片s3c6410及外圍電路。
4.根據權利要求2所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述攝像頭接口為能連接USB攝像頭的USB接口。
5.根據權利要求2所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述UART串口接口連接MC35i GSM模塊。
6.根據權利要求2所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述I/O接口連接語音報警器。
7.根據權利要求1所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述zigbee無線收發(fā)模塊采用 CC2430 芯片。
8.根據權利要求1至7任一項所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器為火災探測器、防盜探測器和煤氣探測器。
9.根據權利要求8所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述火災探測器包括溫度探頭與設有煙霧處理芯片的煙霧探頭，還包括處理由所述溫度探頭和煙霧探頭所提供信息的處理-H-· I I心片。
10.根據權利要求8所述家庭安防系統(tǒng)，其特征在于所述防盜探測器包括紅外線傳感器和門磁傳感器；所述煤氣探測器采用MQ-5傳感器作為感應器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種家庭安防系統(tǒng)，包括家庭網關和傳感器，還包括提供所述傳感器與所述家庭網關進行信息交換的zigbee無線收發(fā)模塊。所述家庭網關包括有中央處理器及設置在中央處理器上的連接攝像頭的攝像頭接口、UART串口接口、以太網接口、SPI接口、LCD接口和I/O接口。所述中央處理器包括有基于ARM11架構的主控芯片s3c6410及外圍電路。所述攝像頭接口為能連接USB攝像頭的USB接口。所述UART串口接口連接MC35iGSM模塊。所述I/O接口連接語音報警器。所述傳感器為火災探測器、防盜探測器和煤氣探測器。本發(fā)明省去了安裝家庭安防系統(tǒng)中繁瑣的布線過程，實現(xiàn)了安防信息的多點、遠距離傳輸，提高了安防系統(tǒng)的安全性、可靠性與隱蔽性，降低了成本。
文檔編號G08B25/10GK102355391SQ20111023713
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權日2011年8月18日
發(fā)明者劉治, 李基甫, 王麗楊, 章云, 鄭國雄 申請人:廣東工業(yè)大學