光伏发电和ZigBee协议在智能防盗系统中的应用

摘要：主要阐述光伏发电和ZigBee协议在家庭智能防盗系统中的应用。为达到报警目的，由红外传感器对人体体温检测，通过低功耗的2．4 GHz芯片JF24C将信号经由无线传感器网络传向主机，主机计算后发出报警信号并通过GSM网络通知户主；采用光伏发电系统和家用电源的双电源系统供应能源的方法，不仅环保节能，而且使安全可靠性提高。
关键词：ZigBee协议；光伏发电；智能防盗；GSM网络

    随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对于生活环境的安全性要求日益提高。安全可靠的报警系统已经开始进入商场、店铺、银行等重要单位或公共场合，甚至有些家庭也安装了报警系统。报警系统在保障公共、个人财产安全的同时，其性能之好坏也愈发显得重要。目前市场上的热释电红外报警系统功能较为单一，不能更好地起到安全防护的作用，不能更好地应付诸如断电等突发情况。本文介绍的光伏红外远程报警系统把光伏电源与家用电源相结合、报警与录像监控相结合，再加上ZigBee无线热点传输技术，不仅拥有了比普通报警器更强的反破坏能力，还有环保低碳的特点。

1 总体设计方案
    光伏红外远程报警系统总体设计图如图1所示。

1．1 电源提供模块
    (1)光伏电源为各个无线设备提供电力，为有线设备提供辅助电力。
    (2)家用电源连接变压装置以及蓄电池构成供电电源。
1．2 红外传感模块
    无线热释电红外传感器利用菲涅尔透镜以提高传感器的灵敏度，并使传感器的检测范围具有指向性，并连接到红外传感信号处理电路，再接到报警控制主机的数字接口。无线传感器固定在隐蔽位置，和光伏电源蓄电池相连，通过无线通信芯片将信号传到主控机上。多个红外线应装置组成一个红外线感应网络，通过无线传感网络程序综合处理外界信号。
1．3 GSM模块
    模块采用无线拨号传输模块，由报警控制主机通过RS 232串口连接手机拨号器，按预定程序拨出用户手机号码。
1．4 录像与报警存储模块
    摄像机大容量硬盘存储的嵌入式监控DVR模块，里面可以配置大容量硬盘作为前端存储介质，实现超长时长监控。多个摄像头存储图像真实性好，保留全部录像信息。为实现弱电控制强电，当报警控制主机发出信号时，通过继电器开关控制DVR模块，摄像头自动开启或关闭录像。当系统工作时，报警控制主机会发出指令使警铃报警，LED指示灯同时亮红灯；当系统休眠时，警铃不报警，LED指示灯亮绿灯。

2 电路设计
2．1 主控电路
    单片机采用ATMEL公司的AT89S52，它内部集成256 B程序运行空间，8 KB FLASH存储空间，支持最大64 KB外部存储扩展，时钟频率可以设置在0～33 MHz之间，片内资源有4组32个I／O控制端口、3个16位定时器、8个向量两级中断结构、软件设置在低能耗模式、还有看门狗和断电保护等。主控电路如图2所示。

    它在4～5．5V宽电压范围内正常工作，功耗低，同时还支持计算机并口下载。AT89S52有多种封装，本设计中采用的是DIP-40的封装。
2．2 光伏发电与家庭供电接口电路
    主机采用太阳能电池和家用220 V电源的双供电方式。当有家用电时，通过直流低压继电器巧妙断开太阳能电池；当家用电断开时，太阳能电池充当电源。
    太阳能电池通过太阳能智能充电器连接太阳能板，充电器在阳光充足时为电池充电，充满电池时自动断开充电。在充足太阳是充电电流能达到1 A以上，完全满足电路需要。
2．3 GSM网络接入电路
    本系统使用的是西门子公司的TC35系列GSM芯片TC35i与GSM2／2兼容、双频(GSM900／GSM1800)、RS 232数据接口，TC35i由供电模块(AS IC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输。
2．4 ZigBee协议无线通信电路(从片)
    从片电路主要基于2．4 GHz双向无线传输模块JF24C。该模块以较小的体积实现了告诉数据传输功能，速率最高可达1 Mb／s，并具有快速跳频，向前纠错，CRC等功能。通过控器的信号，将信息通过电磁波的形式发射出去，临近的芯片控制相应的JF24CJ进行数据的接收，从而实现信息的传递。ZigBee电路设计模块如图3所示。
2．5 电源电路及报警、录像监控电路
    光伏电源和录像监控控制电路如图4所示。

    报警电路采用一个简单高效的三极管放大电路，连接蜂鸣器或者可以选用大功率100 dB以上的报警铃。
    录像监控电路采用弱电控制强电的直流继电器，线圈端接单片机，直流电流端接DVR。

3 软件设计
    从片编程算法流程图如图5所示。

    主片编程算法流程图如图6所示。

4 实验结果
    在室内模拟了该装置的工作环境，太阳能电池板暴露在室外(温度24℃)14时阳光直射下，采用三个从片相互协调实现信号检测与数据传输功能。
    将蓄电池接到室内电源插座上，打开主控制器开关，LED界面显示“welcome to zzu”英文字符，报警电话号码(1503819****)设定完毕后，直接转入工作模式。当靠近从片1约3．5 m时，从片1发出报警信号并发送到最近的从片2，从片2检测到报警信号后又转发到主机上。当主机接收到报警信号后，显示器显示出“TERMINAL 1”字样，并控制GSM模块向1503819****拨打电话。与此同时，报警器发出报警，摄像机实现录像的功能，并将数据存储起来。将蓄电池接到太阳能板上，断开室内电源，重复以上动作，实现了同样功能。经过30次实验，报警成功率为28次，无误报。

5 结论
    经过实地测试，该系统的报警成功率为93％，能够较为准确地实现报警功能。
    该系统是ZigBee协议与光伏发电在家庭防盗系统中的一次尝试性的成功应用，预期上述两种技术将在智能家庭领域有更广阔的前景。