基于物联网ZigBee技术的防盗报警系统设计*

洪长平

(漳州职业技术学院建筑工程学院 福建漳州 363000)

随着信息化技术的不断革新与进步，物联网技术、远程通信技术、电子技术等技术的发展，手机智能化的普及应用，人们的防盗防火意识也普遍收上升，迫切需要随时随地监控家里的实时情况，不再满足于就地报警的功能，报警的网络化和智能化是消费者永远追求的目标。无论业主安装的门多坚固，锁头质量多好，也难防小偷趁主人不在家时，入室盗窃，给民众的财产安全带来巨大损失。通过分析，原因在于小偷往往在家里没人时入室盗窃，所以只要家里没人，小偷就会破坏坚固的锁，实施盗窃。因此，传统的方法已不在实用，不能满足网络化，智能化的需要。本文引入一种新的技术，将互联网技术与报警系统融合在一起，通过无线网络，把原本孤立的系统与业主手机联系在一起，搭建平台，实现了业主与110能在手机端能自动报警，并能反馈到小区物业监控中心，实现了远程监控，实时处理的目的从而使用户能够实时掌握住宅的安全状态。

1 系统要解决的问题

1.1 实时定位

报警模块内安装的定位模块能实时定位当前位置，当小偷入侵，触发传感器报警模块，该定位的位置第一时间发送给物业监控中心，方便物业保安和警察直达现场。

1.2 触摸报警

当小偷触摸入户门，入户门的报警传感器受到冲击波的作用，触发报警。该系统报警器的优点在于除了自己本身报警外，还能通过系统的通信码和ZigBee无线网络传输，以手机APP为平台，将警情传送到主人手机，并第一时间传送给物业监控中心，物业保安及时抵达现场，及时处理和应对，实现了远程的实时监控[1]。

1.3 实时录像，保留证据

通过报警系统内部的摄像头，当小偷触发报警器后，摄像头模块开启正常工作，实时录像小偷的画像，实时传送到电脑内部存储，保留证据，以便警察调取破案。

2 ZigBee技术防盗报警系统的网络构建

2.1 组建ZigBee技术

系统设计的方案是在报警器和业主手机之间建立无线网络通信，规模控制在5人(包含5人)内，网络节点控制在5个。具体工作过程如下：当入户门受到外力撞击时，报警器信息通过无线传输送到室内路由器，再通过路由器转发到WIFI中。该设备所需通信流量并不高，只有当有冲击波时，设备才有激发手机APP终端，传送报警信号，通讯信息量不大，通讯成本不高，平时大都处于预备状态[2]。

根据上述的工作流程，结合该报警器的特点和需求，对比目前主流的ZigBee、蓝牙、UWB、homeRF等几种目前成熟的小距离无线传输方式，对比分析了这几种主流的优缺点。文章选用了ZigBee传输技术，因为它点对点传输距离在10～100m，传输速度适中，能满足报警信息又不浪费资源，通讯电路简单，技术门槛低，预备状态下省电，且一旦进入响应模式，能在30ms内迅速响应，开启工作状态。综合以上分析，该报警系统选了ZigBee技术进行网络构建组网，其网络构建如图1所示。

图1 ZigBee网络构建图

2.2 系统网络设备

ZigBee技术协议中，有两种设备：一是节点设备，该节点进入工作状态后，自动匹配相应的网关设备，根据系统网络编号，自己切入网络，该设备中安装手机APP，用来查询报警器在现场的状态；二是网关设备该设备负责网络联络，覆盖。在渠道中负责发送报警信号，当压力传感器受到外力冲击时，要对节点设备传送提示信息，实现点对点的一一对应传输，通过单片机建立通信后，实现对业主手机和物业中心的发送报警功能[3]。

2.3 报警系统的工作过程

通过ZigBee技术构建，当入侵报警器将信号传送到路由器时，通过室内路由器通过网络传输，将警情传送到主人手机和物业中心，同时通过室内自带WIFI将摄像头截取的影像传输到室内主机存储器。其原理如图2所示。

图2 防盗系统网络原理图

3 系统硬件总体设计

3.1 系统硬件组成部分

物联网ZigBee技术报警系统的硬件组成部分有六大模块，分别是入侵传感器检测模块、声音传感器检测模块、GPS定位模块、核心技术STC89C52单片机模块、ZigBee通信模块NOR2500、安卓手机APP模块。该系统总体的硬件框架如图3所示。

图3 系统硬件框架图

基于无线通信模块2500，对STC89C52单片机编写程序，自组网络协议，在上述的协议中，有两种设备，分别是节点设备和网关设备，以下是设备的功能与实现：

(1)节点设备。当节点设备启动后，自动搜索事先的网络编号和网关连接，当节点所连网关上的入侵压力传感器检测到冲击波信号后，该节点就会发出报警语音。

(2)网关设备。当网关上的入侵压力传感器受到冲击时，向节点设备发出报警信号。有两种情况，一是立即发送到事先绑定的业主的手机终端上，可以是一个或者多个。让业主或其家人立刻收到报警信号；二是立即发送到物业管理中心，提醒物业保安及时上门处置。

3.2 智能防盗报警器模块

(1)报警信息的收集。该模块主要负责收集触发信号，当小偷触碰装于入户门上的内置压力传感器后，传感器受到外力作用，发生形变，产生压力效应，从而触发了报警器上的声音模块，发出蜂鸣声报警，同时通过无线远距离传输，将信号传给物业中心和业主。

(2) 定位模块。该模块系列GPS模组整合灵敏度高，功耗低，能迅速定位，并将定位信息传送到业主手机上。该系统主要用三代GPS定位模块[4]。

(3) 报警器。当入侵者触摸入户门上的压力传感器后，报警器上的蜂鸣器发出报警声音。

(4)通信模块NOR2500。该系统所用的是深圳瑞诺公司生产的通信模块NOR2500，网关设备芯片配合软件书写，完成信号发射，唤醒节点的功能；节点设备的芯片配合软件程序，接收网关设备的信号，整个传输过程按照ZigBee协议。

(5)单片机模块(微型处理控制器)。又称“MCU”。主要功能是协调整个系统中的网络通信，实时摄像、时间监控等各个模块间的工作，实现各个模块的衔接工作。

3.3 系统工作过程

网关设备通电后，系统进入自检状态，周围的节点设备开机后搜索网关设备，当搜到设备后，发送入网请求，网关设备逐个验证，准许入网，网络连接完成。

没有通信请求的情况下，每个节点设备处于待机模式，但一旦有入侵时，网关设备和APP开始互相通信，将网关设备上的信号发送给各个节点设备(手机)。当入户门上的报警器向手机APP发出通信后，手机收到通信后被唤醒，进入工作模式，进入应答模式，发出报警语音，同时向物业管理中心发出报警信息。此外，网关设备将摄像头采集的影像传输到计算机存储中，以备查询。

4 系统软件设计

4.1 安卓手机APP平台

当前国内主流的系统是安卓系统，操作简单，而且安卓系统是一个开放的平台，利于编程。APP软件作为防盗系统设计的一部份，自身的安全性尤为重要，需要进行程序设计，细化设计思路，对源代码进行加密，防止出现误报或不报，防止信息被截取或者干扰，保证了APP自身的安全可靠。另外，设备被一对一的绑定，防止出现多个设备的互相干扰。

在手机APP防盗报警系统左上角中进行设备绑定、物业中心电话、语音播报设置等功能。用户还能随时查看系统的运行状态，及时查看家里设备的运转情况，便于操作，实效性好。

4.2 软件语言编写

网关设备平台利用单片机嵌入式linux操作系统。该系统的优点在于代码对外开放，易于书写，程序员可以根据自己的需要编写，该系统还可以交叉运行，可轻松编写相关软件。

网关设备上通过入侵压力传感器采集有外人闯入的信号后，经编译生成嵌入式文件，根据设备在网络中的差异，分别将网关设备按照调节节点编译，节点设备按照路由器编译。生成不同的编译文件，将文件书写到网关设备和节点设备的芯片中。因此，网关设备和节点设备具备了两种不同的功能。

当系统上电后，有外人强行进入时，系统中的网关设备向节点设备发送通信请求，节点设备被激活并响应，从而建立了无线网络连接，传递报警信息；传递结束后，设备进入待机模式。软件主程序运转流程图如图4所示[5]。

图4 主程序流程图

5 小结

文章基于ZigBee物联网技术设计了一种新型的防盗报警系统，在原有市场具备不少功能的基础上，改进后嵌入了定位模块、无线发射模块，实现了入侵报警与手机终端之间的连接，并可及时向物业中心报警。同时，还嵌入了实时拍摄，存储到电脑里，便于后续调查取证,真正实现了安心出门。