基于Android平台的家用无线防盗报警系统研究

陈菁++王志华

摘 要： 在此介绍一种基于Android平台的家用无线防盗报警系统，其不仅实现低成本检测、显示和报警，而且能通过串口WiFi设备将系统数据无线传输到用户的智能手机上，实现远程无线控制。系统采用超声波测距模块、振动检测模块和红外对射电路实现自动检测功能，采用蜂鸣器和LED实现声光报警功能，以内置精简指令集RISC的AVR单片机作为数据处理中心，通过异步串行收发器USART将系统状态数据发送至HLK?RM04模块，该模块内置TCP/IP协议栈实现用户串口、以太网、WiFi接口之间数据的转换和传输。系统还通过对Android手机应用程序编程，使用户在智能手机上实现AVR单片机与智能手机之间数据传输，实现对整个系统的设置与控制。

关键词： 防盗报警； AVR单片机； Android平台； LCD12864

中图分类号： TN70?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）08?0117?03

Study on home wireless anti?theft alarm system based on Android

CHEN Jing， WANG Zhi?hua

（School of Science， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract： The household anti?theft alarm system based on Android platform and combined with the microcontroller not only can achieve low?cost detection， display and alarm， but also can transmit the system data to the users intelligent mobile phone in wireless transmission mode through the serial port WIFI equipment， and realize remote wireless control. The ultrasonic ranging module， vibration detection module and infrared emission circuit are used in the system to realize automatic detection function. The buzzer and LED are adopted to achieve sound and light alarm function. The AVR single chip microcomputer with built?in reduced instruction set is taken as data processing center. The system status data is sent to the module LAK?RMO4 through the asynchronous serial transceiver USART. The TCP/IP protocol stack is built in the module to realize data transmission and conversion among the user serial port， Ethernet and WIFI interface. Through programming of Android mobile phone application program， the user can achieve data transmission between AVR SCM and intelligent mobile phone in intelligent mobile phone， and realize setting and control of the whole system.

Keywords： anti?theft alarm； AVR MCU； Android platform； LCD12864

随着人们安全防范意识的逐步增强，作为智能家居系统的一个重要组成部分，家庭监控和防盗报警系统实现了自动监测报警，以使家庭财产免受损失的功能，其性能的好坏直接关系到整个智能家居系统的好坏。与境外安防产品的成熟程度相比，中国安防产品市场的产业结构上呈现出产业区域分布不均衡、垄断程度低、市场占有率低等特点。现在，急需能够低成本检测、显示和报警，并且能够通过智能手机等设备接收实时信息，并实现远程无线控制、具有一定市场竞争力的产品出现[1]。本文设计的家用防盗报警系统，通过各个传感器系统的自动检测，单片机收集传感器信号进行报警数据的处理，并通过串口?WiFi将数据发送到用户的手机上，同时用户也能发送控制命令给单片机，从而实现对整个系统的控制。本设计是单片机和Android平台的结合，不仅实现低成本检测、显示和报警，而且能够实现远程无线控制。

1 系统整体结构及软件流程设计

本设计整体分为4个部分：自动检测、声光报警、液晶显示和终端控制，其中AVR单片机是数据处理的中心，控制传感器模块及电路，采集和处理检测到的各种信号，进行计算和判断，从而决定是否启动声光报警系统，并将得到的数据信息显示在LCD12864上，供用户查看；单片机的串口与串口转WiFi模块的串口通过2×3串口线相连，单片机将系统状态信息通过串口发送数据，串口转WiFi模块自动将数据通过WiFi发射到空间，Android手机通过本设计中编写的客户端就可以实现系统控制[2]，系统整体结构框图如图1所示。

图1 系统整体结构框图

单片机部分的程序主要完成自动检测、声光报警和液晶显示功能，其串口接收采用中断方式，只有单片机串口接收到数据时，才会将接收标志receverflag置1，这时才会运行串口数据发送子程序。本设计中，使用了三处中断进行数据处理，另外两处分别是超声波测距子程序和振动检测子程序，超声波测距时，单片机I/O口发送超过10 μs的高电平，然后计时器计时同时主程序循环等待PD2检测到上升沿电平；振动检测时，PD3检测到上升沿电平时进入振动检测子程序，该子程序包含报警设置及显示判断。在液晶显示部分，有3个显示页面，分别有Page_1，Page_2，Page_3作为显示标志，在每个子程序和主程序中，当要显示数据时，首先判断要显示的页面标志是否为1[3?4]。单片机部分程序流程如图2所示。

下面具体叙述报警系统各项功能的实现过程。

2 系统功能的实现

2.1 自动检测功能

2.1.1 超声波测距模块

HC?SR04超声波测距模块可以实现2～400 cm距离的测量，精度可达0.3 cm。模块主要包括超声波发射器、接收器和控制电路。模块的工作原理：

（1） 采用I/O触发测距，给至少10 μs的高电平信号；

（2） 模块自动发送8个40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回；

（3） 有信号返回，通过I/O输出一高电平；

（4） 单片机计时的时间就是超声波从发射到返回的时间，距离=340×[t2]。

2.1.2 震动检测模块

震动检测模块用来检测系统的震动，本设计中用来检测窗户的震动。传感器采用的是SW?18020P，SW?18020P任何角度均可触发工作，适用于小电流电路触发。本模块不震动时，震动开关呈断开状态，输出端输出高电平，绿色指示灯不亮；震动时，震动开关瞬间导通，输出端输出低电平，绿色指示灯亮；输出端与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境是否有震动，起到报警作用。

图2 单片机部分程序流程图

2.1.3 红外对射电路

在本设计中，红外发射电路和红外接收电路分别被安装在用户的门和门框上。在门正常关闭的情况下，红外接收管与红外接收管正对；当门打开时，红外接收管接收不到发射管发射出的红外线，此时，单片机检测到的电压数值发生变化。依据门打开的程度，电压变化不同，用户可以自行设定报警电压阈值[5]。

2.2 声光报警功能

2.2.1 蜂鸣器

在本设计中，采用的是有源蜂鸣器，只需要接上额定的电源就可以连续发声。但是在实际设计中，通常采用三极管驱动放大来保障通过蜂鸣器的电流大小，从而保障声音的质量。虽然直接利用高低电平输出能够实现报警功能，但若采用AVR T2的CTC输出功能，能够对频率进行编程，使蜂鸣器发声富有变化，更能够引起主人的注意。在这种模式下，蜂鸣器还可用于进行简单音乐的播放。

2.2.2 发光二极管

在本设计中每路检测都有一路LED相连，显示检测到的状态信息，同时任何一路都会触发蜂鸣器报警。

2.3 液晶显示

AVR单片机在运行过程中，通过传感器模块和电路，自动检测用户住宅的状态信息，并将传感器模块和电路测得的状态数据，通过I/O数据口传输到单片机内部。单片机一方面将这些数据与预先设定的阈值比较，从而判断是否启动声光报警；另一方面，将这些数据显示在液晶显示屏上，供用户实时查看当前的状态信息[6]。系统状态显示页面显示的内容是：门、窗关闭或打开，距离数值。当红外发射管与红外接收管之间有物体遮挡时，可以模拟门打开的状态，此时，门状态由“关闭”变为“打开”，如图3、图4所示。

图3 系统状态显示页面

图4 门由“关闭”变为“打开”

对于窗户和距离是同样的道理，本系统会实时监测用户住宅状态，并同步显示在液晶屏幕上。由于单液晶屏幕显示内容有限，作为交互性的智能设计，要求设计满足用户能够自行设置参数的功能，因此设计了多个液晶显示页面，作为演示，只显示2个页面，分别是状态显示页面和参数设置页面。系统初始界面是状态显示页面，显示当前系统状态。设计2个机械按键供用户切换页面和设计参数，用户可以通过按键切换到其他页面。在参数设置页面，用户通过参数设置按键可以设置灵敏度。灵敏度共分4种：10 cm，20 cm，30 cm，40 cm，代表距离是10 cm，20 cm，30 cm，40 cm时启动声光报警。参数设置页面如图5所示。

2.4 终端控制

终端控制功能的实现是通过编写一个Android客户端，该客户端可以进行Socket通信，即可以通过给定的IP和端口利用Android手机的WiFi功能连接服务器，进行数据的传输和系统的控制。在本设计中，单片机与Android手机之间进行数据传送时传送的是命令代码，该命令代码是一个16进制数，该数据由8位二进制数组成的单片机和Android手机通过对该数据的8位进行解析，从而得到系统的状态信息 [7] 。客户端使用方法：用户在Android手机上安装该客户端后，打开手机的WiFi功能，在IP，PORT输入框输入IP地址和端口，点击连接按钮，连接成功后，该按钮会显示“断开”；中间区域显示系统状态，当状态发生变化时，其显示会发生变化；下面区域为命令代码输入区域，用户可以根据需要输入相应的代码。

图5 参数设置页面

客户端功能实现：客户端程序初始化：为各个显示控件添加属性，并为按钮添加响应事件；接按钮响应事件：单击按钮时，与指定的IP、端口建立Socket连接；输入流线程：接收输入流，并根据输入流数据对显示区进行设置；命令代码确定按钮：将输入的命令代码通过已经建立的Socket通信通道已数据流的形式发送出去。

3 结 论

本文设计的家用无线防盗报警系统是基于单片机和Android平台，实现了以下几个功能：

（1） 自动检测功能，超声波测距模块检测陌生人与用户住宅的实际距离，振动检测模块检测窗户的振动，该模块与单片机的I/O口直接连接，实时检测模块电平变化，红外对射电路检测房门的开关，房门正常关闭情况下红外接收电路接收红外发射管发射的红外线，与单片机相连的I/O口检测到一定的模拟电压，通过A/D转换将电压数值存储在AVR单片机内部，当房门打开时红外接收电路接收不到红外线，该电压值发生变化，单片机通过与存储的电压数值比较，判断处理。

（2） 声光报警功能，该功能主要有蜂鸣器和LED组成，该部分电路与单片机对应的I/O口连接，当单片机输出相应的电平时，三级管导通，电路就会工作，实现报警功能。

（3） 液晶显示，通过LCD12864将系统的状态信息显示出来供用户查看，同时按键与单片机I/O口连接，通过对按键的判断处理实现系统灵敏度的设置。

（4） 终端控制功能，该部分功能由HLK?RM04模块和Android智能手机实现，HLK?RM04模块的串口与单片机的串口连接，单片机将状态数据通过串口发送出去，HLK?RM04模块自动将串口接收的信息通过WiFi发送到空间，Android手机通过WiFi功能连接到该模块，通过本设计编写的客户端就能实现信息的接收和显示，同时发送对应的命令代码给单片机，单片机接收到命令代码解析后实现系统设置。

根据设计思想制作实物，经验证功能实现良好。本系统利用单片机和Android平台的结合，不仅实现低成本检测、显示和报警，而且通过串口?WiFi设备还能将系统数据无线传输到用户的智能手机上，真正实现了交互式的智能控制。

参考文献

[1] 朱丹.基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统[J].绍兴文理学院学报，2010，30（10）：69?72.

[2] 桑顺，牛晓聪，赵媛媛，等.AVR单片机与51单片机的比较[J].企业技术开发，2011，30（8）：96?97.

[3] 牛睿，刘飞.基于AVR单片机的过采样原理的实现方法[J].自动化与仪器仪表，2008（3）：72?74.

[4] 陈慧，王宏远.一种基于AVR单片机的树状菜单界面的设计[J].电子工程师，2005，31（6）：68?70.

[5] 吕立波.浅谈红外技术及其在安防领域中的应用[J].中国安防，2008（6）：61?64.

[6] 廖继海，梁志明，罗广君，等.基于AVR单片机的LED显示屏的灰度设计与实现[J].现代电子技术，2007，30（3）：189?191.

[7] 郑云卿，黄琦.基于Android 平台的软件自动化监控工具的设计开发[J].计算机应用与软件，2013，30（2）：235?238.