基于物联网技术的宿舍安防系统设计

2013-03-30宋耀华王梅霞

机械与电子 2013年5期

宋耀华，王梅霞

（九江科技中专计算机系，江西九江 332007）

0 引言

随着工信部《物联网“十二五”发展规划》的正式出台，无疑物联网技术已经是目前国内外各个领域研究的热点，广泛应用于安防、电力、交通、物流、医疗和环保等领域[1]。

以ZigBee＋ARM9为核心的嵌入式校园安防系统，基于STM32单片机，利用热释电传感器进行人体检测，烟雾检测传感器实现烟雾检测，利用Zig-Bee技术实现远程监控。如有异常情况，可以马上通知宿舍管理员或寝室成员，实现了对学生宿舍的安全监控，缩短了对宿舍中突发事件的反应时间，给平安校园增加保障。

1 系统的总体结构设计

基于物联网技术的宿舍安防系统的结构框图如图1所示。系统由宿舍管理员主监控室与各个宿舍被监控单元组成，通过ZigBee通信模块组网通信。考虑到主监控室作为ZigBee主节点，CPU采用功能强大的S3C2440芯片，而从节点均采用价格低廉的STM32即可。通过STM32将各个信息的安防信息实时采集处理，经过CC2430无线通信模块与主节点通信，从而实现远程自动监控。当有异常出现时，宿舍和监控室的报警装置会同时响起，只有管理员和本宿舍成员才可以解除报警状态。

图1 系统结构

2 系统的硬件设计[2]

宿舍安防系统硬件主要由2部分组成：主节点处理电路和从节点处理电路。包含以下电路：检测模块电路、ZigBee节点硬件电路、通信模块电路、显示电路和报警模块电路等。

2.1 从节点处理电路

从节点监控子系统的硬件电路由单片机最小系统、各种传感器检查电路、声光报警申路、CC2430收发模块电路及电源电路等组成。

传感器在此处主要起防火和防盗作用。防盗主要利用热释电红外传感器和对射光电传感器组成。对射光电传感器主要用来判断人进出宿舍情况，STM32利用对射光电传感器的先后顺序来判断并计数；热释电红外传感器主要用来检测人体，再通过物联网上报监控中心，并启动声光报警器。

防火主要由烟雾传感器组成，烟雾传感器的内部电阻是随着烟雾浓度的变化而变化。在通电状态下测得传感器的内阻为130kΩ左右，在烟雾较浓时内阻为6kΩ左右。利用该特点将烟雾信号，转换成电压信号再利用比较电路即可实现电平的翻转，STM32利用该电平信号即可以判断是否启动火警报警。

电流互感模块，可将宿舍用电线路中的电流信号转变成电压信号提供给单片机，实现对宿舍用电量的实时监测。由于电流互感模块输出的电压信号是模拟量，需要经过STM32自带的AD转换成数字信号后才能输入，当STM32的监测值超过设定的安全值时，先向相关宿舍发送告警提示信息，如无应答，直接由监控中心切断该宿舍电源，从而避免更大的安全隐患。

2.2 CC2430节点电路

挪威半导体公司Chipcon推出的CC2430射频芯片，是支持IEEE802.15.4／ZigBee协议并集成增强型8051内核的芯片，适用于ZigBee或类似Zig-Bee的无线网络节点，系统采用的收发频率为2.4 GHz，其典型的硬件应用电路如图2所示[3]。

图2 硬件应用电路

在射频电路部分使用了一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C63和电感L1，L2，L3以及微波传输线组成，整个结构满足RF输入、输出匹配电阻（50 Ω）的要求。其内部的T／R交换电路完成LNA和PA之间的交换。R221和R261为偏置电阻，电阻R221主要用来为32MHz的晶振提供一个合适的工作电流。32MHz的石英谐振器（X1）和2个电容（C191和C211）构成高速时钟电路。32.768kHz的石英晶体（Y5）与2个电容（C441和C431）构成低速时钟电路。同时S3C2440的SPI接口与CC2430模块的P1.4，P1.5，P1.6相连，构成物联网通信接口。

2.3 GPRS模块

GSM／GPRS模块采用SIMCOM 公司的SIM300，SIM300提供了标准的RS232串行接口，S 3C2440通过串口与之连接实现移动通信，该模块内嵌TCP／IP协议栈，可以连接网络。SIM300支持标准AT指令集[3]，AT指令是专门用来控制调节调制器的指令集，当S3C2440收到传感器的信号判断有异常时，通过SIM300向主人手机发送短消息[4-5]。S3C2440与SIM300的连接如图3所示。