基于AT89C2051單片機的智能家居報警系統方案設計

引言

隨著電子信息技術和計算機網絡技術的發展，實現家居信息化、網絡化是當前智能家居系統發展的新趨勢。報警系統作為智能家居系統的一個重要組成部分，其性能的好壞直接關系到整個智能家居系統的優劣。把無線網絡技術應用到家居報警系統中，通過各種傳感器實時采集家居的環境信息，通過無線的方式將信息傳輸給家居控制中心， 能夠彌補有線設備的缺陷， 具有價廉、可靠性高、等優點。

筆者根據無線網絡技術和智能家居的特點，設計了一種基于無線網絡技術的家居無線報警系統。該無線報警系統可以對整個家居的安全環境進行實時監控。

系統結構

本報警網絡采用了星型拓撲結構，由中心節點和無線報警網絡節點組成。中心節點是一個與計算機相連的無線通信模塊，可以和網絡中的任何一個網絡節點通信。無線報警網絡節點是組成智能家居報警系統的基本單位，是構成智能家居報警系統的基礎平臺。它由微處理器(AT89C2051)、無線通信模塊(nRF2401)、環境監測傳感器(門磁開關、紅外線傳感器、火災煙感傳感器、煤氣泄露傳感器、玻璃破碎報警器等)和一些外圍器件構成，負責家居環境的監測和報警信息的傳遞。

智能家居報警網絡框圖如圖1所示。

圖1 智能家居報警系統

采用這種星型拓撲結構能夠很好地擴展組合，容易增加網絡節點，滿足在家居中網絡節點分布的不確定性，可在房間、隔離處放置一個節點，避免無線干擾和報警區域不確定性的問題，由中心節點對多個網絡節點所傳遞的數據進行綜合處理，分析是否發出報警信號。在一定程度上降低報警系統的誤報，提高無線報警系統的可靠性。在報警系統網絡中，網絡節點的主要功能是采集數據，并把數據以無線傳輸的方式傳送給網絡中心節點，由中心節點對這些數據進行綜合分析處理，以此決定是否給予報警。

無線報警網絡節點硬件設計

無線報警網絡節點主要由微處理器AT89C2051、nRF2401無線通信芯片、外圍設備和開關量輸入接口的傳感器構成。微處理器AT89C2051是整個網絡節點硬件系統的核心控制部件，負責接收傳感器觸發的開關量報警信號，發送nRF2401通信命令，控制信息的傳輸。Nordic公司的單片射頻收發芯片nRF2401是實現無線數據傳輸的關鍵器件。nRF2401工作于2.4~2.5GHzISM頻段,芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊,輸出功率和通信頻道可通過程序配置，芯片功耗非常低,以-5dBm的功率發射時,工作電流只有10.5mA,接收時工作電流只有18mA,多種低功率工作模式,節能設計更方便。網絡節點采用nRF2401進行數據傳輸，來實現報警信息的無線傳輸。網絡節點通過連接的傳感器感知外部環境異常變化。例如， 安裝在門窗位置的紅外接近開關可以用來監測盜竊者的非法入侵； 安裝在天花板上的煙霧報警器可以監測到室內出現的突發火災； 安裝在地板上的水浸傳感器， 可以感知到因水管爆裂、窗戶進雨， 屋頂滲漏等因素引起的室內進水事件； 安裝在廚房的煤氣報警開關可以用來監測有無煤氣泄漏。這些安全監測傳感器， 均為開關量輸入器件， 可以提供全方位的安全監測保障。網絡節點的電路原理圖如圖2所示。