基于ZigBee的宿舍安防监控系统的设计

2022-07-15 18:10:02| 浏览次数：

摘要

本系统采用高性价比的ATmega16单片机为主控制器，设计制作了监控主机和若干监控终端。通过ZigBee无线模块相互通信，监控终端发出报警和求救信号后，监控主机在值班室报警并且能够保存监控信息。系统集成了热释电红外传感器，烟雾检测传感器，温湿度传感器，时钟电路，语音播报模块，彩色触摸屏显示电路，ZigBee无线传输模块等硬件电路，实现了宿舍温湿度、烟雾、人数等安防情况的实时监控和异常情况的声光报警、语音警告等功能，解决了宿舍的安防监控问题。

【关键词】智能报警系统安防监控 ZigBee ATmega16

安防系统主要包含有电脑监控、防盗防火报警、求救求助、煤气泄漏报警等内容。这种较完善的系统，室内的终端机有许多探测器接口，能够获取烟雾传感器器、温度传感器以及微波传感器、煤气泄漏传感器等传来的报警信号。针对现有的安防监控系统的几个缺点：性价比低、功能不完全、准确率低容易误报、探测距离短等问题，着眼于性价比高，成本低廉，功能完善，高准确率、精确度以及远程监控等方面，来设计一种新的宿舍安防控制系统，此系统具有防火防盗、声光报警系统，能够有效的记录火警信息，较高准确率和精确度，做到不误报，并且具有较高的探测距离，能够进行自动组网，可以进行远程监控，实现异地管理，做到异地解警，进而方便管理。

1 系统的总体设计方案

系统的设计思想为：

（1）考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。

（2）宿舍内实现人体检测与声光报警功能，并且人体检测范围5米以上。

（3）宿舍内实现烟雾检测与声光报警功能。

（4）宿舍内能用遥控器对报警系统的解警。

（5）监控中心能通过彩色触摸屏解警。

（6）监控中心能检测到宿舍的环境参数和报警信息并显示在彩色触摸屏上。

（7）监控中心能记录查询近期宿舍安防情况。

（8）实现网络控制，可在监控点监控多个宿舍。

本系统设计主要采用了ZigBee技术，ZigBee是一种便宜的，低功耗的近距离双向无线组网通讯技术，满足了系统低成本的要求，省去了传统的复杂的编程工作，主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，保证了系统设计的稳定和低功耗的要求。

系统以ATmega16单片机为主控制器，设计制作了监控主机和若干监控终端。监控终端采集宿舍内的环境参数（温湿度、光照强度、烟雾情况）、近期安防情况，通过ZigBee网络传输给监控主机。监控主机的彩色触摸屏实时显示每个终端的环境参数，报警时带有语音提示并且可以通过触摸屏解警。其中，终端使用红外遥控的方式解警，无线网络采用ZigBee无线模块组成一对多的星型拓扑结构。

监控主机设计总体结构框图如图1所示：监控主机以ATmega16单片机为主控制器，ZigBee无线模块用来和每个终端通讯，彩色触摸屏用来显示每个终端的环境参数并且可以用虚拟键盘解警，语音模块在终端发生灾情时用语音及时通知值班人员，记忆模块用来存储近期宿舍安防情况以便查询使用。此外，监控主机还有时钟模块、电源模块等。

2 安防监控系统

主控部分采用ATmega16单片机，通过把8位微处理器与可编程的Flash集成在一个芯片中，而成为了一个功能非常完善的单片机，使得很多嵌入式控制应用拥有了非常方便又低成本的解决方案。

无线传输模块，无线传输频率为2.4GHz，无线协议为ZigBee2007 /PRO，传输距离为可视距离400米，该模块发射电流为34mA（最大），接收电流为25mA（最大），可设定进入低功耗模式，其主控芯片为CC2530F256，有256K Flash，为TI公司ZigBee SOC芯片。

烟雾检测，使用MQ-2/MQ-2S烟雾传感器，当烟雾传感器探测到周围环境中有可燃气体散出时，环境中可燃气体浓度的变大会导致传感器的电导率也随之变大。利用电路把烟雾传感器的电导率的变化转化成与该气体浓度相对应的输出信号。单片机通过检测输出信号的大小来判断气体浓度的大小，从而达到时时监测的目的。

人体检测，人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源（热释电元件）上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经过检测处理后就能产生报警信号。采用集成芯片BISS0001热释电红外传感器，它通过外接热释电红外探测头和少量元器件来组成被动式的热释电红外开关。

彩色触摸屏，采用2.4寸TFT电阻式彩色触摸屏作为监控主机的操作设备。触摸屏电源为2.8-3.3V，使用时可以在电路中加上具有3V稳压功能的芯片，背光电压最高3.2V，在3.3V电源下可串联20-50欧限流电阻。

记忆存储，使用AT24C02作为存储芯片，通过存储芯片的地址输入端A0、A1和A2来实现最多将8个AT24C02存储芯片连接到数据总线上。

编程语言，使用AVR在线调试与编程软件ICCAVR，采用主流设计语言C语言对单片机进行编程。

监控主机系统上电后开始初始化，通过ZigBee无线模块接收来自每个终端的宿舍环境参数并显示在彩色触摸屏，监控主机实时监测每个终端的环境参数，当室内有烟雾或者有人入侵时发出声光报警通知室内人员，此时，监控终端机通过ZigBee无线模块将灾情具体信息发给监控主机以便通知值班人员并通过记忆存储电路记录下灾情信息，当终端发来报警信号时通过语音模块发出报警信息以及时通知值班人员，值班人员可以通过彩色触摸屏解除警报以及做出营救措施。

监控终端机程序流程图如图2所示，系统实物图见图3。

3 系统测试

系统进行实地测试，测试数据见表1、2。经过测试可知，本系统的烟雾传感器准确率达100%，热释电传感器探测距离达到5m以上，ZigBee模块的稳定性强，从而充分保障了宿舍的安全。

4 结论

本系统以ATmega16芯片为核心控制器，通过烟雾传感器、热释电红外传感器、彩色触摸屏、ZigBee无线传输模块、语音提示模块、记忆存储模块等进行烟雾、人体等安防情况的检测，实现了学生宿舍的环境参数（温湿度、烟雾等）的实时监控，完成了对宿舍非法入侵的检测，检测距离可以达到5米以上。

参考文献

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