a&s专业的自动化&安全生态服务平台
公众号
安全自动化

安全自动化

安防知识网

安防知识网

手机站
手机站

手机站

大安防供需平台
大安防供需平台

大安防供需平台

资讯频道横幅A1
首页 > 资讯 > 正文

基于ZigBee协议的红外入侵检测系统的设计

资讯频道文章B

        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[1]。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[2],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。

       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。

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。[nextpaeg]

2 硬件节点的设计
       硬件节点的设计[3]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。[nextpage]

       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[4]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。

[nextpage]

       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。

参与评论
回复:
0/300
文明上网理性发言,评论区仅供其表达个人看法,并不表明a&s观点。
0
关于我们

a&s是国际知名展览公司——德国法兰克福展览集团旗下专业的自动化&安全生态服务平台,为智慧安防、智慧生活、智能交通、智能建筑、IT通讯&网络等从业者提供市场分析、技术资讯、方案评估、行业预测等,为读者搭建专业的行业交流平台。

免责声明:本站所使用的字体和图片文字等素材部分来源于互联网共享平台。如使用任何字体和图片文字有冒犯其版权所有方的,皆为无意。如您是字体厂商、图片文字厂商等版权方,且不允许本站使用您的字体和图片文字等素材,请联系我们,本站核实后将立即删除!任何版权方从未通知联系本站管理者停止使用,并索要赔偿或上诉法院的,均视为新型网络碰瓷及敲诈勒索,将不予任何的法律和经济赔偿!敬请谅解!
© 2020 Messe Frankfurt (Shenzhen) Co., Ltd, All rights reserved.
法兰克福展览(深圳)有限公司版权所有 粤ICP备12072668号 粤公网安备 44030402000264号
用户
反馈