光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在智能防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用
隨著社會的發(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警系統(tǒng)。報警系統(tǒng)在保障公共、個人財產(chǎn)安全的同時,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)程報警系統(tǒng)把光伏電源與家用電源相結(jié)合、報警與錄像監(jiān)控相結(jié)合,再加上ZigBee無線熱點傳輸技術(shù),不僅擁有了比普通報警器更強(qiáng)的反破壞能力,還有環(huán)保低碳的特點。
1 總體設(shè)計方案
光伏紅外遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖1所示。
1.1 電源提供模塊
(1)光伏電源為各個無線設(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處理電路,再接到報警控制主機(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傳到主控機(jī)上。多個紅外線應(yīng)裝置組成一個紅外線感應(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。
1.3 GSM模塊
模塊采用無線撥號傳輸模塊,由報警控制主機(jī)通過RS 232串口連接手機(jī)撥號器,按預(yù)定程序撥出用戶手機(jī)號碼。
1.4 錄像與報警存儲模塊
攝像機(jī)大容量硬盤存儲的嵌入式監(jiān)控DVR模塊,里面可以配置大容量硬盤作為前端存儲介質(zhì),實現(xiàn)超長時長監(jiān)控。多個攝像頭存儲圖像真實性好,保留全部錄像信息。為實現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電,當(dāng)報警控制主機(jī)發(fā)出信號時,通過繼電器開關(guān)控制DVR模塊,攝像頭自動開啟或關(guān)閉錄像。當(dāng)系統(tǒng)工作時,報警控制主機(jī)會發(fā)出指令使警鈴報警,LED指示燈同時亮紅燈;當(dāng)系統(tǒng)休眠時,警鈴不報警,LED指示燈亮綠燈。
2 電路設(shè)計
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存儲空間,支持最大64 KB外部存儲擴(kuò)展,時鐘頻率可以設(shè)置在0~33 MHz之間,片內(nèi)資源有4組32個I/O控制端口、3個16位定時器、8個向量兩級中斷結(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,同時還支持計算機(jī)并口下載。AT89S52有多種封裝,本設(shè)計中采用的是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,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,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為電池充電,充滿電池時自動斷開充電。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,CRC等功能。通過控器的信號,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,從而實現(xiàn)信息的傳遞。ZigBee電路設(shè)計模塊如圖3所示。
2.5 電源電路及報警、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。
報警電路采用一個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
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 實驗結(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時陽光直射下,采用三個從片相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)信號檢測與數(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,報警電話號碼(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,從片1發(fā)出報警信號并發(fā)送到最近的從片2,從片2檢測到報警信號后又轉(zhuǎn)發(fā)到主機(jī)上。當(dāng)主機(jī)接收到報警信號后,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,報警器發(fā)出報警,攝像機(jī)實現(xiàn)錄像的功能,并將數(shù)據(jù)存儲起來。將蓄電池接到太陽能板上,斷開室內(nèi)電源,重復(fù)以上動作,實現(xiàn)了同樣功能。經(jīng)過30次實驗,報警成功率為28次,無誤報。
5 結(jié)論
經(jīng)過實地測試,該系統(tǒng)的報警成功率為93%,能夠較為準(zhǔn)確地實現(xiàn)報警功能。
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。