光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在智能防盜系統(tǒng)中的應用

摘要：主要闡述光伏發(fā)電和ZigBee協(xié)議在家庭智能防盜系統(tǒng)中的應用。為達到報警目的，由紅外傳感器對人體體溫檢測，通過低功耗的2．4 GHz芯片JF24C將信號經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡傳向主機，主機計算后發(fā)出報警信號并通過GSM網(wǎng)絡通知戶主；采用光伏發(fā)電系統(tǒng)和家用電源的雙電源系統(tǒng)供應能源的方法，不僅環(huán)保節(jié)能，而且使安全可靠性提高。
關鍵詞：ZigBee協(xié)議；光伏發(fā)電；智能防盜；GSM網(wǎng)絡

    隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對于生活環(huán)境的安全性要求日益提高。安全可靠的報警系統(tǒng)已經(jīng)開始進入商場、店鋪、銀行等重要單位或公共場合，甚至有些家庭也安裝了報警系統(tǒng)。報警系統(tǒng)在保障公共、個人財產(chǎn)安全的同時，其性能之好壞也愈發(fā)顯得重要。目前市場上的熱釋電紅外報警系統(tǒng)功能較為單一，不能更好地起到安全防護的作用，不能更好地應付諸如斷電等突發(fā)情況。本文介紹的光伏紅外遠程報警系統(tǒng)把光伏電源與家用電源相結合、報警與錄像監(jiān)控相結合，再加上ZigBee無線熱點傳輸技術，不僅擁有了比普通報警器更強的反破壞能力，還有環(huán)保低碳的特點。

1 總體設計方案
    光伏紅外遠程報警系統(tǒng)總體設計圖如圖1所示。

1．1 電源提供模塊
    (1)光伏電源為各個無線設備提供電力，為有線設備提供輔助電力。
    (2)家用電源連接變壓裝置以及蓄電池構成供電電源。
1．2 紅外傳感模塊
    無線熱釋電紅外傳感器利用菲涅爾透鏡以提高傳感器的靈敏度，并使傳感器的檢測范圍具有指向性，并連接到紅外傳感信號處理電路，再接到報警控制主機的數(shù)字接口。無線傳感器固定在隱蔽位置，和光伏電源蓄電池相連，通過無線通信芯片將信號傳到主控機上。多個紅外線應裝置組成一個紅外線感應網(wǎng)絡，通過無線傳感網(wǎng)絡程序綜合處理外界信號。
1．3 GSM模塊
    模塊采用無線撥號傳輸模塊，由報警控制主機通過RS 232串口連接手機撥號器，按預定程序撥出用戶手機號碼。
1．4 錄像與報警存儲模塊
    攝像機大容量硬盤存儲的嵌入式監(jiān)控DVR模塊，里面可以配置大容量硬盤作為前端存儲介質，實現(xiàn)超長時長監(jiān)控。多個攝像頭存儲圖像真實性好，保留全部錄像信息。為實現(xiàn)弱電控制強電，當報警控制主機發(fā)出信號時，通過繼電器開關控制DVR模塊，攝像頭自動開啟或關閉錄像。當系統(tǒng)工作時，報警控制主機會發(fā)出指令使警鈴報警，LED指示燈同時亮紅燈；當系統(tǒng)休眠時，警鈴不報警，LED指示燈亮綠燈。

2 電路設計
2．1 主控電路
    單片機采用ATMEL公司的AT89S52，它內部集成256 B程序運行空間，8 KB FLASH存儲空間，支持最大64 KB外部存儲擴展，時鐘頻率可以設置在0～33 MHz之間，片內資源有4組32個I／O控制端口、3個16位定時器、8個向量兩級中斷結構、軟件設置在低能耗模式、還有看門狗和斷電保護等。主控電路如圖2所示。

    它在4～5．5V寬電壓范圍內正常工作，功耗低，同時還支持計算機并口下載。AT89S52有多種封裝，本設計中采用的是DIP-40的封裝。
2．2 光伏發(fā)電與家庭供電接口電路
    主機采用太陽能電池和家用220 V電源的雙供電方式。當有家用電時，通過直流低壓繼電器巧妙斷開太陽能電池；當家用電斷開時，太陽能電池充當電源。
    太陽能電池通過太陽能智能充電器連接太陽能板，充電器在陽光充足時為電池充電，充滿電池時自動斷開充電。在充足太陽是充電電流能達到1 A以上，完全滿足電路需要。
2．3 GSM網(wǎng)絡接入電路
    本系統(tǒng)使用的是西門子公司的TC35系列GSM芯片TC35i與GSM2／2兼容、雙頻(GSM900／GSM1800)、RS 232數(shù)據(jù)接口，TC35i由供電模塊(AS IC)、閃存、ZIF連接器、天線接口等六部分組成。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。
2．4 ZigBee協(xié)議無線通信電路(從片)
    從片電路主要基于2．4 GHz雙向無線傳輸模塊JF24C。該模塊以較小的體積實現(xiàn)了告訴數(shù)據(jù)傳輸功能，速率最高可達1 Mb／s，并具有快速跳頻，向前糾錯，CRC等功能。通過控器的信號，將信息通過電磁波的形式發(fā)射出去，臨近的芯片控制相應的JF24CJ進行數(shù)據(jù)的接收，從而實現(xiàn)信息的傳遞。ZigBee電路設計模塊如圖3所示。
2．5 電源電路及報警、錄像監(jiān)控電路
    光伏電源和錄像監(jiān)控控制電路如圖4所示。

    報警電路采用一個簡單高效的三極管放大電路，連接蜂鳴器或者可以選用大功率100 dB以上的報警鈴。
    錄像監(jiān)控電路采用弱電控制強電的直流繼電器，線圈端接單片機，直流電流端接DVR。

3 軟件設計
    從片編程算法流程圖如圖5所示。

    主片編程算法流程圖如圖6所示。

4 實驗結果
    在室內模擬了該裝置的工作環(huán)境，太陽能電池板暴露在室外(溫度24℃)14時陽光直射下，采用三個從片相互協(xié)調實現(xiàn)信號檢測與數(shù)據(jù)傳輸功能。
    將蓄電池接到室內電源插座上，打開主控制器開關，LED界面顯示“welcome to zzu”英文字符，報警電話號碼(1503819****)設定完畢后，直接轉入工作模式。當靠近從片1約3．5 m時，從片1發(fā)出報警信號并發(fā)送到最近的從片2，從片2檢測到報警信號后又轉發(fā)到主機上。當主機接收到報警信號后，顯示器顯示出“TERMINAL 1”字樣，并控制GSM模塊向1503819****撥打電話。與此同時，報警器發(fā)出報警，攝像機實現(xiàn)錄像的功能，并將數(shù)據(jù)存儲起來。將蓄電池接到太陽能板上，斷開室內電源，重復以上動作，實現(xiàn)了同樣功能。經(jīng)過30次實驗，報警成功率為28次，無誤報。

5 結論
    經(jīng)過實地測試，該系統(tǒng)的報警成功率為93％，能夠較為準確地實現(xiàn)報警功能。
    該系統(tǒng)是ZigBee協(xié)議與光伏發(fā)電在家庭防盜系統(tǒng)中的一次嘗試性的成功應用，預期上述兩種技術將在智能家庭領域有更廣闊的前景。