发 帖  
原厂入驻New
[问答]

请问怎样去设计一种主动式红外入侵检测系统?

62 ZigBee协议 检测系统 调节器
分享
本文在研究ZigBee协议的基础上,提出了一种基于ZigBee协议的主动式红外入侵检测系统的设计方案,该方案具有比较好的扩展性及较低的误报警率。
0
2021-5-31 06:39:32   评论 分享淘帖 邀请回答
1个回答
  在研究无线传感器网络(WSN)及ZigBee协议的基础上,提出了一种基于ZigBee技术的红外入侵检测系统的设计方案。该方案借助ZigBee技术在短距离无线通信方面的优势,利用Microchip公司的射频芯片MFR24J40,采用主动红外入侵探测装置实现了对入侵物体的实时检测及报警。 近年来随着科技的发展和人们安全防范意识的提高,基于红外线技术的入侵检测及报警技术已开始应用到防盗系统中。现有的红外入侵检测系统多采用有线技术进行联网。这类方案的缺点是扩展性能差,布线繁琐,当线路老化或遭到磨损时,误报警率高。采用无线传输方式构建的无线入侵检测网络则可以避免这些问题。相对而言,无线方式比较灵活,可以适应移动或变化的需要。但是,无线通信技术在安全领域的应用相对还是很少。
  无线传感器网络(WSN)是信息感知及采集技术的一场革命,因其具有部署灵活、维护简单等特点而在环境、事件、监控、深水等许多方面有着广泛的应用前景。
  ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术具有超低功耗和成本的特点,适合于承载数据流量较小的业务,所以ZigBee技术非常适合用在无线传感器网络的相关应用上。
      1 系统设计方案
  如图1所示为一大楼平层,该层有8个监控点(房间)。针对这种情况,系统可采用星型结构组网。整个系统由无线红外入侵检测节点、调节器节点、监控主机和PC机组成。其中,在每个房间安装一个无线红外入侵检测节点作为终端节点,对房间进行安全监控,并定时发送一个安全状态信号到调节器节点。调节器节点作为整个网络的中心节点,负责组建网络、接收终端设备(红外入侵检测节点)加入网络和数据的传输及转发。测控主机也是一个终端设备,但与无线红外入侵节点不同的是,它负责接收调节器发送的监控情况并通过串口发送给PC机。在PC上可实时查看到各监控点的安全状态,当有物体入侵时,立刻启动报警装置并在PC机上显示被入侵的房间号,安防人员可迅速作出反应。
  
  如果要监控的是多层建筑或者是小区,可采用树形拓扑结构进行组网,每一层或每一栋设一个协调器,负责收集数据,与中心协调器交换数据并把数据转发给监控主机。
  2 硬件节点的设计
  硬件节点的设计是一个关键。其中,终端设备(无线红外入侵检测节点)与协调器结构类似,但是比协调器多一个入侵检测单元。如图2所示,红外检测节点由四部分构成:入侵检测单元负责感知监控点的安全状态,并通过AD转换器发送给微控制器;微处理器部件负责协调节点各部分的工作,进行必要的处理、保存;无线通讯单元采用专用的ZigBee射频芯片MRF24J40与其他节点交换数据;能量供应模块为其他功能单元提供工作所必需的能源。
  
  2.1 入侵检测单元
  如图3所示,入侵检测单元采用主动式红外传感电路,它的特点是误报警率低。该单元包括红外发射部分和红外接收部分,发射部分采用交流方式激发,用NE555组建脉冲产生电路,并加上一对透镜增强发射距离。接收部分采用PIN光二极管负责接收红外光并由U2将接收的微弱信号作20 000倍放大,U3是电压比较器,参考电压是0.8V。当无物体入侵时,红外线被光二极管正常接收、放大、整流,并在U3正输入管脚产生一个高于参考值0.8V的电压,此时Vout输出为高电平。当有物体入侵时,将部分或完全遮住所发射的红外光线,此时光二极管接收的信号大幅度减弱或消失,于是U3正输入管脚产生的电压将小于参考电压,Vout输出为低电平,此时将产生报警信号。
  
  2.2 无线发射部分
  Microchip公司的射频芯片MRF24J40是一个针对ZigBee协议及专有无线协议的2.4GHz IEEE 802.15.4收发器,适用于要求低功耗和卓越射频性能的射频应用。 PIC 8位单片机具有独特的RISC结构、数据总线和指令总线分离的哈佛总线(Harvard)结构,使指令具有单字长的特性,且允许指令码的位数可多于8位。这与传统的采用CISC结构的8位单片机相比可以达到2:1的代码压缩,速度提高4倍。基于上述特点,采用PIC 8位单片机和MRF24J40组成节点无线发射部分。
  如图4所示,PIC单片机通过SPI总线和一些离散控制信号与MRF24J40相连。控制器充当SPI 主器件而MRF24J40充当从器件。控制器实现了IEEE 802.15.4 MAC 层和ZigBee 协议层。它还包含了特定应用的逻辑。它使用SPI 总线与MRF24J40收发器交互。通过较少的连线即可实现无线通信功能。
  
  3 软件部分的设计
  软件部分设计的重点是ZigBee协议的移植及应用。Microchip公司提供了基于ZigBee的协议栈。该协议栈有如下特点:支持简化功能设备和协调器;在协调器节点中实现对邻接表和绑定表的非易失性存储;支持非时隙的星型网络;可以在大多数PIC18系列单片机之间进行移植。基于上述特点,本系统采用该协议栈构建一个星型网络。调节器节点作为整个网络的中心节点,负责组建网络、接收终端设备加入网络。如图5所示,协调器通过发送NLME-NETWORK-FORMATION. request原语启动组网,然后发送MLME-SCAN. request 原语开始信道检测。当发现有合适可用的信道时,MAC层将发送MLME-SCAN. confirm原语到网络层,当接收到该原语后,网络层实体(NLME)将选择最佳的信道来建立一个新的网络,为该网络选择一个PAN ID和逻辑地址,并将NLME-NETWORK-FORMATION. confirm 原语发送回应用层。经过这样一个过程便建立了一个新的网络。
  
  图6是协调器节点的主程序流程图。当协调器建立了一个新网络后,终端设备(无线红外入侵检测节点)请求加入该网络。当设备成功加入该网络后,协调器定时采集各检测节点的检测数据。当检测到有物体入侵时,协调器将被入侵的监控点信息(房间号)传送到监控主机,安防人员可实时查看到监控点的安全情况并做出反应。
  
  传感器网络是影响人类未来生活的重要技术之一,它结合了传感器、微控制器、射频通讯、网络等多种新的技术,为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。
  本文提出了一种基于无线传感器网络及基于ZigBee协议的红外入侵检测系统的设计方案,该设计能够减少红外报警的误报警率,降低施工的复杂度,并具有很好的可扩展性,能为安全监控提供可信的数据资料。
2021-5-31 16:33:23 评论

举报

只有小组成员才能发言,加入小组>>

212个成员聚集在这个小组

加入小组

热门话题

创建小组步骤

关闭

站长推荐 上一条 /5 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表