1 設(shè)計

　　從功能的角度出發(fā)，由于城市人口膨脹，小區(qū)人口猛增，小區(qū)居民很容易面臨各種危險。從功能角度出發(fā)智能小區(qū)安防系統(tǒng)(圖1)具有以下幾個部分:

　　1.1 紅外防盜監(jiān)測單元

　　小區(qū)人員混雜，人口眾多，做好防盜工作是非常重要的。住戶被盜大多發(fā)生在夜晚，并且是翻窗入戶。因此我們需要在小區(qū)的窗戶上安裝紅外傳感器，如果檢測到紅外線被擋住，采取相應(yīng)的聲光報警措施。同時把每次檢測出的數(shù)據(jù)要上傳給上位機顯示，方便物業(yè)管理人員查看。

　　1.2 溫濕度調(diào)節(jié)

　　小區(qū)的地下室經(jīng)常會由于溫度過高、濕度過大而引發(fā)一些危險的發(fā)生。我們希望系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)地下室的溫濕度，使地下室溫濕度處于一個安全的范圍內(nèi)。系統(tǒng)自動監(jiān)測地下室的溫濕度，并實時將數(shù)據(jù)上傳給上位機界面顯示。同時，增加一個自動化控制的風(fēng)扇調(diào)節(jié)地下室溫濕度的目的。

　　1.3 路燈光照調(diào)節(jié)

　　在小區(qū)的道路上，路燈隨處可見，它們耗能大、利用率低以及管理難?；谝陨蠁栴}，路燈光照的強度，并根據(jù)光照強度的大小控制自身的亮滅。為實現(xiàn)這一功能，使用光照強度傳感器檢測光照的強弱，并將檢測的數(shù)據(jù)上傳上位機顯示。當(dāng)光照強度高于正常光線，路燈會自動關(guān)閉;當(dāng)光照強度低于正常光線，路燈又會自動開啟。

　　1.4 可燃氣體監(jiān)測單元

　　在各新聞媒體報道中，小區(qū)經(jīng)常會發(fā)生煤氣泄露的事故，這時刻危脅著居民的生命和財產(chǎn)安全。所以可燃氣體監(jiān)測在小區(qū)安防系統(tǒng)中是必不可少的。為此，我們在可燃氣體的管道接口處安裝可燃氣體傳感器，該傳感器檢測可燃氣體的泄露，并將數(shù)據(jù)上傳給上位機;物業(yè)管理人員就會查看到并對其進行搶修。

　　1.5 煙霧監(jiān)測防火單元

　　由于小區(qū)樓宇比較密集，小區(qū)的安全直接影響每個居民的身心健康，所以做好防火工作十分重要。因此，我們在小區(qū)的樓與樓之間以及樓層之間安裝檢測煙霧濃度的傳感器，該傳感器將實時上傳采集數(shù)據(jù)。在發(fā)現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)超過安全濃度，并持續(xù)一段時間，系統(tǒng)會自動啟動消防噴頭，對四周進行灑水。

　　1.6 智能化控制單元

　　在該系統(tǒng)中，我們需要防火防盜、地下室溫濕度調(diào)節(jié)和路燈光照調(diào)節(jié)以及對煤氣管道監(jiān)測。監(jiān)測和采集的這些數(shù)據(jù)，我們都要統(tǒng)一將他們上傳到上位機上進行分析和顯示。在界面中，我們不僅可以查看當(dāng)前的數(shù)據(jù)(圖2)，也可以查看歷史數(shù)據(jù)，不僅可以用表格的形式顯示，也可以用曲線的形式顯示。在該上位機軟件中還有一個控制功能，只要在界面中點擊開關(guān)，即可實現(xiàn)對相應(yīng)單元的控制，實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)。

　　對于居民住戶，我們還要制作網(wǎng)頁，網(wǎng)頁的功能與上位機的功能完全一樣，只是少了控制功能，因為居民只需要了解小區(qū)的安全信息。

　　2 硬件及軟件實現(xiàn)方法

　　2.1 概覽

　　硬件上，我們主要使用了德州儀器(Texas Instruments，下稱TI)的STM32芯片、GPRS芯片和CC2530芯片。軟件上，我們主要用QT Creator軟件編寫了一個可視化的界面(圖3)，并用HTTP制作了一個網(wǎng)站(圖4)，用戶可通過PC或移動終端查看小區(qū)的各項安全系數(shù)。

　　2.2 網(wǎng)關(guān)

　　網(wǎng)關(guān)(圖5)主要由STM32芯片、GPRS芯片和CC2530芯片組成。網(wǎng)關(guān)放在小區(qū)物業(yè)管理中心，其主要功能是處理數(shù)據(jù)的上傳和指令的下發(fā)。一方面，上行的數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)關(guān)的GPRS模塊發(fā)射出去并儲存在云服務(wù)中;另一方面，下行的指令也通過網(wǎng)關(guān)的協(xié)調(diào)器發(fā)至終端節(jié)點。因此，網(wǎng)關(guān)主要解決了底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與上位機的協(xié)調(diào)、通信問題。

　　網(wǎng)關(guān)上安裝有液晶顯示屏，管理人員可隨時查看數(shù)據(jù)包上傳和指令下發(fā)的狀態(tài)。網(wǎng)關(guān)與其他部分是無線連接的，可獨立放置，只需提供5V的電源即可。

　　2.3 小區(qū)傳感器包

　　小區(qū)傳感器包主要由DHT11溫濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、MQ-7可燃氣體傳感器、BH1750強度傳感器和紅外傳感器構(gòu)成。溫濕度傳感器主要放置在小區(qū)地下室，以防范地下室因為過濕而引起的電線短路等事故;MQ-2主要放置在小區(qū)樓道間和易發(fā)生火災(zāi)區(qū)域，主要防止火災(zāi)發(fā)生;MQ-7主要放置在小區(qū)下水管道或燃氣管道旁，防止因可燃氣體泄漏而引起的爆炸;BH1750主要放在小區(qū)人行道，防止因光線過暗而引發(fā)的安全隱患;紅外傳感器放置在窗口上，防止小偷入室盜竊。

　　2.4 終端節(jié)點

　　系統(tǒng)的底層是ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分，該網(wǎng)絡(luò)是由CC2530組建的星型結(jié)構(gòu)。終端節(jié)點(圖6)讀取傳感器的數(shù)據(jù)并傳給協(xié)調(diào)器，這就完成了底層到中間層的數(shù)據(jù)上傳。編寫改代碼的協(xié)議為ZStack-CC2530，在該協(xié)議中可將傳感器上傳的電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的光該強度和煙霧濃度等數(shù)據(jù)。終端節(jié)點間無需有線連接，只需提供5V的電源供電即可。ZigBee具有低功耗的特點，一般的5V電源可使用半年左右。

　　2.5 智能防范

　　底層的每個終端節(jié)點上都有一個COMS管，這是一個由程序控制的智能開關(guān)，可當(dāng)檢測到環(huán)境參數(shù)不在閾值內(nèi)時，這個開關(guān)自動開啟，防范各種危險。當(dāng)?shù)叵率覝貪穸冗^高時，排風(fēng)扇開啟以降低室內(nèi)濕度;當(dāng)小區(qū)內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，消防噴頭開啟對著火的區(qū)域噴水;當(dāng)可燃氣體泄漏時，風(fēng)扇開啟將氣體排出;當(dāng)?shù)缆飞瞎饩€較暗時，路燈開啟已達到照明的目的;當(dāng)有人闖入房間時，聲光報警器開啟以提示有人闖入。這些智能防范措施都由節(jié)點自動完成，不需要人工干預(yù)，節(jié)省大量人力物力，有很大的實用性。

　　2.6 上位機和服務(wù)器

　　遠程服務(wù)器從各網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收信息，完成數(shù)據(jù)解析、處理、存儲、查詢、統(tǒng)計、圖表繪制等其他信息系統(tǒng)集成整合的功能。上位機連接mysql數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，與web前端共用一個數(shù)據(jù)庫。上位機軟件由數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理三個部分組成。數(shù)據(jù)接收部分實現(xiàn)上位機軟件從網(wǎng)口接收數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理則主要實現(xiàn)了數(shù)字信息的可視化;數(shù)據(jù)管理利用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行保存，方便查詢與后期處理。另外，客戶端在任何時間地點只要登陸系統(tǒng)服務(wù)器指定的網(wǎng)頁，就可在線實時監(jiān)測家里的安防數(shù)據(jù)信息。

　　由此可見，基于ZigBee和GPRS的智能小區(qū)安防系統(tǒng)在我國住宅小區(qū)智能化安防建設(shè)的廣闊前景。一旦其達到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)階段，社會市場前景十分可觀。因此無論是開發(fā)商、系統(tǒng)集成商還是設(shè)備供應(yīng)商，都將受益于其廣闊的市場前景。