基于无线射频模块和GSM的分布式远程报警系统设计

蔡金龙

摘要：为了研制一种通用的分布式智能远程报警系统，采用STC89C52RC单片机组成主从系统，选用无线射频模块nRF24L01建立系统主机与各从机的链接。从机具有无线红外遥控布控、多传感器检测气体泄漏和非法入侵等警情、与主机无线24G通讯等功能；主机集中警情后，通过GSM全球移动通信系统TC35实现对用户的远程报警，对分布式远程报警开发应用具有一定参考价值。

关键词： nRF24L01；GSM；分布式；无线红外遥控；远程报警

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）24-5762-03

Design on Distributed Remote Alarm System Based on Radio Frequency Module and GSM

CAI Jin-long

（College of Mechanical Engineering， Changzhou University， Changzhou 213016， China）

Abstract： In order to develop a generic distributed intelligent remote alarm system， STC89C52RC type MCU is adopted as master and slave microcontroller. The subordinate machine system has functions of layout control tasks through wireless infrared remote control， detecting gas leakage and illegal invasion through a variety of sensors， communication with the host through the 24G wireless module and so on. After concentrated alarm information， the master realizes the remote alarm for the users by TC35 global mobile communication system to provide reference value for the development and application of distributed remote alarm.

Key words： nRF24L01； GSM； distribution； wireless infrared remote control； remote alarm

1 概述

随着生活水平的提高，人们更关注家居、实验室、办公室和仓库的安全，对气体泄漏、防盗的预报给予高度重视。各种报警产品越来越多，其中大部分的产品是基于电话网的安防控制系统。由于手机的普及，家庭固定电话用户越来越少，此类产品在应用上具有一定局限性，电信GSM网络覆盖范围的广阔化、无缝化，为远程监控系统提供了巨大的应用空间。该文设计了一种基于无线24G通讯模块nRF24L01和GSM无线网络的多点远程报警系统。

2 总体方案设计

分布式远程报警系统是由多个STC89C52RC单片机构成的多个从机和一个主机构成，主从机之间无线数据发送和接收是通过射频模块nRF24L01实现。通过无线红外遥控可对从机实现布控；从机放在任意有气体泄漏、防盗警情的位置采集信息，并控制射频模块发送数据给主机。主机依次接收各从机无线射频警情信号，集中处理后控制GSM模块发送短信到指定用户，实现远程报警。系统结构框图如图1所示。遥控器设计3个功能按键，经红外接收头HX1838接收，可实现对从机在家和离家模式的布控。从机分别通过读取热释电红外传感器DYP-ME003采集感应人体信息以及通过ADC0809转换可燃气体传感器MQ-2检测的气体浓度电压量，处理后通过射频模块向主机发送警情。主机采用SPI协议与从机间无线射频通讯，通过串口操作控制GSM模块实现短信的发送，同时实现声光报警。

3 系统硬件设计

3.1 主从机射频通信电路设计

无线射频模块nRF24L01工作电压为1.9-3.6V，需要设计稳压电路获得3.3V供电。图2为单片机与nRF24L01连接原理图，单片机P1口6位连接模块的SPI引脚，通过软件设计SPI时序。其中，MOSI为数据输入线，MISO为数据输出线。从机通过nRF24L01发送各种警情[4]，主机采用接收模块依次接收各种信息。

3.2 GSM模块与单片机连接设计

GMS模块为西门子TC35i，采用LM2596开关稳压集成电路为其提供稳定的4.2V电压。由于TC35i引脚工作电平是CMOS电平，单片机的串口TXD引脚和RXD引脚可分别于GSM模块的RXD引脚和TXD相连。

3.3 无线红外布控设计

设计HX1838接收无线红外遥控信息实现布控，即将事件分为用户在家和离家情况，如果在家传感器有信号从机不处理，如果离家后出现警情就会报警给主机。需要设置3种按键功能：在家、离家和布控成功。HX1838只有电源、接地和输入引脚三个引脚，与单片机连线简单。

3.4 非法入侵检测设计

采用热释电被动式红外传感器DYP-ME003感应人体信息，距离达7米。模块感应后输出数字信号，能够被单片机直接读取。设计时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向平行，确保探头感应；同时在模块上设置圆形透镜，使得探头四面都感应。

3.5 气体泄漏检测设计

可燃气体传感器MQ-2检测到的气体浓度与电压输出可近似为线性的关系，如图3所示。电压输出通过8位ADC0809转换得到数字值经过并行口给单片机处理。

4 系统软件设计

4.1 射频收发模块软件设计

nRF24L01模块提供SPI接口，51单片机无此接口需要仿SPI协议对模块进行操作。图4为配置模块为增强型收发模式的具体流程[3]。

4.2 GSM模块设计

TC35i提供AT指令接口，支持文本和PDU模式的短消息[3]。单片机通过串口发送AT指令就可以控制GSM模块发送短信到指定的移动终端。发送的过程首先要经历赋值的过程；其次还要经历数据得处理过程；最后经历AT命令调用过程。短消息发送流程图如图5所示。

5 结束语

现场试验表明设计是可行有效的，实现了在无线红外遥控实现布控的情况下，当传感器传来信号时，从机通过射频模块向主机发送警情，主机收到警情处理后控制GSM模块发送报警短信以及声光报警。系统利用射频模块nRF24L01、GSM模块实现了通用的、分布式智能远程报警，产品效果令人满意，具有稳定性和实时性。

参考文献：

[1] 施自华，伍臣周，余晃晶.基于GSM的智能家居系统设计与实现[J].三明学院学报，2010，27（4）：341-344.

[2] 马士宝，张国玉，孙向阳，等.基于GSM模块的无线报警系统设计[J].长春理工大学学报：自然科学版，2009，32（1）：51-53.

[3] 刘主链，宋跃，何志辉，等.无线模块与GSM实现的智能远程家居控制系统[J].计算机测量与控制，2011，19（9）：2133-2135.

[4] 张燕忠，蔡妍艳.嵌入式Linux系统构建和移植若干共性技术研究[J].计算机测量与控制，2005，13（2）：162-164.

[5] 张国胜，杜坚，杨志明.室内有害气体检测及处理方法研究[J].仪器仪表用户，2010（3）：1-2.