“防救并施”多功能住宅安全防护系统

鲁可心 吕志刚 李亮亮 姚舜 杨占斐

摘 要 为提高住户安防的智能化及可靠性，设计了一套集防盗、防火、防燃气泄漏、紧急呼救等功能于一体的安全无线远程防护系统。本系统使用STC15F2K60S2作为各个节点模块的主导处理器，在实现数据采集的基础上，通过Zigbee无线网络将采集的数据发送至PC端的安全防护上位机，再由主机通过TCP/IP通信上传至“安全终端服务器”。该系统利用多种通信技术将信号传输到用户及物业，再由物业核实并通知120、110、119等救援部门终端，形成一整套综合监管系统。系统具有实时性高、可靠性强、安装简单、成本低等优点，已经成功应用在智能家居领域中。

【关键词】无线远程 Zigbee 网络通信 实时监控

针对现有安全监控系统存在的诸多不足，提出一种集防盗、防火、防燃气泄露、紧急呼叫等功能于一体的家庭安全无线监控系统。

目前国内典型家庭安全无线监控系统监控功能单一，当需要监控多个对象时，布线复杂困难，不便扩展。集成综合性能差，缺乏对防火、防盗、防可燃气泄露等安全信息的统一监控。

本系统设计中提出一种实时监控系统对防盗、防火、防燃气泄露等项目在内的实时视频、音频和传感检测信号等信息进行实时采集、监控和管理的家庭安全无线监控系统，研究系统功能及其组成结构，应用无线通信等技术设计系统网络节点，实时采集防火、防盗、防燃气泄露和紧急呼救等各类信息，通过设定不同工作模式，实现家庭安全监控和报警。

1 系统工作原理

硬件以STC15F2K60S2单片机作为系统的控制核心，烟雾传感器监测是否有火灾等烟雾异常事故的发生，对于防盗系统设计采用超声波实时检测是否有异常人体靠近，并在家庭中建立WMSN，采用性能稳定的Zigbee无线数据收发模块实现数据的转发，通过PC存储各种检测到的数据，最终实现传输数据的处理，将家庭内部情况进行采集并最终汇总到上位机电脑用于实时监控，再由用户主机通过TCP/IP通信上传至“安全终端服务器”。

整个系统由四大终端（小区物业、110＼119＼120安防管理平台）和主从机组成。从机以烟雾传感器报警、超声波测距防盗报警、温湿度传感器、无线摄像头、GPS几大模块为主。主机和从机构成的下位机通过无线通讯的方式，将监测到的数据传输到上位机实时监控显示。上位机通过PC，将接收到的监控信息以短信的方式发送至用户手机，用户根据提示远程调用网络监控系统确认异常事故，若发生异常事故并及时处理。系统工作原理如图1所示。

2 硬件原理设计

家庭中正常使用的电源为交流220V，主控模块需要的正常电压在5V左右。采用AFS5-5交直流电源转换模块加以辅助电路得到稳定的直流5V電压。静态摄像头直流12V供电，采用AFS12-5交直流转换模块得到稳定电压为摄像头供电。如图2所示为本项目设计的主控核心板，各个模块给予相应的贴心标注，更为显得系统人性化。

2.1 主控模块

主控模块是系统的核心，用来控制各个模块和进行数据运算。本系统准备采用的是8位基于增强型8051核心的STC15F2K60S2作为微控制器，速度比普通8051快8-12倍，为保证家庭安防数据采集的准确度，采用精度和资源更为丰富的STC15F2K60S2。主要作为协调器的功能，将采集的数据通过Zigbee无线通信模块与客户PC搭建通信网络，实现数据的准确传输以及对下位机的控制作用。

2.2 气体质量检测传感器

用MQ135气体传感器采集家庭中的有毒气体的浓度，此传感器检测到家庭所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。MQ135 气体传感器对氨气、硫化物、苯系 蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害气体的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。如图3所示。

2.3 温湿度采集模块

考虑到不同人群对于环境的感知度以及舒适程度均不相同，为保证家庭成员的舒适程度，我们采用DHT11数字温湿度传感器采集室内的环境参数。此传感器采用单线制串行接口，使得整个数据采集系统具有简单快捷，功耗消耗低的特点。如图4所示。

2.4 超声波防盗模块

对于防盗传感器，可采用人体红外传感器，考虑到红外的误差率较大精度不够，为此本系统采用超声波传感器，如图5所示。

（1）安装于门窗及一切需要设防的位置，当有一定体积的障碍物靠近时，就会报警。

（2）由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。

2.5 无线图像采集模块

安装在住宅中的摄像头可实现对家庭环境的实时监控，通过网络将所获得的图像信息发送到PC端，主人可随时随地查看家庭的实时情况。摄像头具体采用SONYCCD超高清960H 4140+673摄像头；同时采用USB图像视频采集卡的形式存储相应的数据，利用RC832+T5835图像接受转发实现无线通讯的方式实现图片视频的传输模式。

2.6 GPS定位模块

采用GPS定位模块采集家庭当前所处地点的经纬度信息，用于远程服务器作为救援行车定位导航的基础；由于GPS安装在家庭屋内部是没有信号，为此可将GPS安装在屋外，保证远程服务器及救援行车定位导航的正常运行。如图6所示。

2.7 Zigbee无线通信模块

家庭为一个局部空间，可采用传输距离近，效率高的DL-20无线模块作为数据通信的桥梁纽带，串口收发模块的数据会被模块用无线发出，收到无线数据的模块会将这个数据使用串口发出，在两个设备上使用模块就像将这两个设备用串口连接起来一样。如图7所示。

2.7 RS232通信模块

在硬件设计中我们采用STC15F2K60S2内部集成的全双工串行接口，外扩MAX232芯片，构成标准的232通信接口。

通过该模块将采集到的温度、湿度、烟雾浓度、有毒气体等信息发送到PC机上客户端上位机软件，进行数据库存储，查询等操作。通过正确连接远程服务器可将数据实时发送至远程服务器进行相应的处理。如图8所示。

3 软件设计

3.1 下位机软件

下位机程序分为四大终端和从机程序，均采用C编程语言实现模块化设计。在Keil4环境下编译、调试通过，使用中断、子函数、STM32函数库等完成程序编写，其主流程图如图9所示。

3.2 上位机软件

上位机软件采用微软开发的Microsoft Visual Studio 2012开发工具编写了基于串口通信及TCP/IP的远程通信的“防救数据管理”软件，本系统利用C#语言结合视频采集卡制作了一个简单的监控系统，以解决上面出现的各种问题。同时结合“120医疗服务器”、“110救援服务器”、“119防火服务器”实时监控异常事故的发生，为用户的健康安全提供一套完整的“防救并施”防护系统。

上位机可对采集的数据进行ACCESS数据库的实时存储、查询、删除等二次开发。登录主界面如图10所示。

用户输入IP地址，点击右侧“连接”按钮，即可连接指定服务器，进行功能调试，发送消息等功能，用户在右小角“异常自动处理区”修改连接间隔时间，点击“开启异常”按钮可实现安全数据定时发送给服务器，点击“取消异常”可取消定时发送。如图11所示。

结合“120医疗服务器”、“110救援服务器”、“119防火服务器”实时监控异常事故的发生，当有异常事故发生时，通过以操作员的方式远程登录具体用户的视频监控窗口进行实时调用查看；同时也可以通过手机APP远程查看异常事故，调用远程监控，进行查看保存回放等操作。如图12所示。

4 結束语

本系统是一套集防盗、防火、防燃气泄露、紧急呼叫等功能于一体的家庭安全无线监控系统，研究系统功能及其组成结构，应用无线通信等技术设计系统网络节点，实时采集防火、防盗、防燃气泄露和紧急呼救等各类信息，通过设定不同工作模式，实现家庭住宅安全监控和报警，具有很强的应用前景。

本系统可以根据具体情况，同时检测温度、湿度、烟雾气体等多个异常事故的具体参数。具有自主传输数据，报警等功能，属于多功能一体化。并且占用空间体积小，便于安装，不易损坏。系统结构简单，综合成本适中，性价比高。大环境、大概念的推动也对家庭用户选用无线智能监控设备产生了很大的推动作用。

（文章创新点：在本系统中用户可以通过手机APP以及电脑客户端来实时查看家中情况，如用户不能及时查看，数据将会通过智能传输系统将数据传输给物业管理部门，通过网络摄像头传回的画面可以确定数据是否真实可靠，是否有误报，并通知120/110/119。如用户及物业都未能及时查看，数据将直接发送给救援终端，直接处理事故。本系统具有高度的实时性高和强的可靠性，让安全无处不在。）

参考文献

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[2]陈艳艳，许艺珠，董剑利.基于WebGIS的物业管理信息系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2009（15）：3676-3679.

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[5]田牧迪，马占敖等.基于LonWorks的智能防盗控制系统设计[J].吉林建筑工程学院学报，2011（02）：90-92.

作者简介

鲁可心（1997-），女，大学本科生，主要从事现通信工程方面的研究。

作者单位

西安工业大学电子信息工程学院 陕西省西安市 710021