专利名称：多功能家庭安全无线监控系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种多功能家庭安全无线监控系统及方法，特别涉及一种集防盗、防
火、防燃气泄漏、紧急呼救于一体的无线监控系统及监控方法，主要用于现代家庭以及宾 馆、酒店、娱乐场所等安全自动监控。
背景技术：
随着社会经济的发展，人们对居家的概念已从最初满足简单的居住到注重对住宅 的人性化需求，其中家庭安全性是一重要需求。传统的家庭安监系统，如一种家庭安全监 控系统(发明专利CN200610123263. 7)，由射频识别模块、存储信息模块及控制信息模块组 成，控制信息模块根据目标射频识别信息，作综合分析后发出控制信息对家电设备进行相 应的控制，或者产生警报信息；家庭安全系统(发明专利ZL 02154308. 9)，对设施内异常的 发生进行检测，并用摄像机对所对应的情况进行摄像等。这类技术通常通过有线方式连接 传感器、处理器、报警器，监控对象、功能单一，当需要对多个对象进行监控时，布线复杂并 且走线影响美观，不便扩展。伴随着数字化和网络化的进程，传统的家庭安全监控与报警系 统逐步向无线化、网络化发展。 目前，家庭安全无线监控系统典型有北京航空航天大学周兵杜等2003年设计住 宅安全防护远程视频录像监控系统，通过实时性异常检测算法实现实时动态远程视频监控 和报警；李艳萍等2005年设计小区家庭安全监控系统，通过智能型人体热释电传感器，门 磁位移传感器采集报警信息，通过无线方式上传单片机，控制电话双音频编解码芯片和语 音芯片实现自动电话报警，以及电话远程遥控，紧急求救等功能；刘永春等2008年提出基 于单片机和GSM的住宅安全监控系统，以单片机为控制中心，通过GSM网络把检测到的各类 安全信息以短消息的方式传送到住户的手机和物业管理的计算机集中监控中心，使住户和 管理人员能适时了解安全情况；侯俊等2009年提出基于ZigBee的智能家居安全监控系统， 通过彩信和短信发出监控图像和报警信息，接收远程指令，同时引入了多种传感器，实现了 对家用电器的远程控制，实现了智能家居远程监控等。以上专利技术或者文献介绍系统，功 能单一，缺乏同时对防盗、防火、防燃气泄露等安全信息的监控。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题和不足，公开一种集防盗、防火、防燃气泄 漏、紧急呼救等功能于一体的家庭安全无线监控系统及监控方法，能够实时监控如防盗、防 火、防燃气泄露和紧急呼救等各类不安全信息，通过软件设定不同工作模式，实现无人或老 人和孩子留守时产生报警信息，并自动发送至手机通知远程用户，解决了目前安全系统中 普遍存在的单一性、灵活性和移动性差的不足。 本发明所需要解决的问题是通过如下的技术方案实现的包括一个中心节点、若 干个汇聚节点、若干个传感器节点、个人计算机以及手机组成，中心节点与汇聚节点以及传 感器节点之间以无线传感器网络连接，中心节点与个人计算机之间有线连接，中心节点与手机之间GSM网络连接。 本发明所述的传感器节点包括防盗节点、火灾节点、可燃气体节点以及紧急呼救 节点。 本发明所述的中心节点和汇聚节点包括无线通信模块、供电模块、液晶模块、按键 电路、GPRS模块、蜂鸣器电路、工作指示电路和串行接口，中心节点无线通信模块和GPRS模 块之间采用串行接口连接；无线通信模块用无线单片机nRF9E5作为控制器，通过短距离无 线通信方式，直接或者通过汇聚节点间接与传感器节点实现节点之间的信息传递；供电模 块采用LM317稳压管稳压电路，通过9伏电源或者干电池供电，输出三档电压，输出3V电压 为无线通信模块供电，输出9V和5V电压给节点其他部分提供工作电源；中心节点通过液晶 模块和按键电路进行信息查询显示、工作模式参数输入和工作指令输入操作，实现系统的 人机交互功能；无线通信模块的无线单片机通过串行口对GPRS模块写AT指令实现GPRS模 块短信收、发功能，通过手机进行远程报警、信息查询和系统操作；通过串行接口与个人计 算机有线通信，在个人计算机上管理系统；蜂鸣器电路实现安全信息的声音报警，工作指示 电路实现系统工作状态指示。 本发明所述的传感器节点由无线通信模块、供电模块以及各种传感器模块组成； 所述各种传感器模块包括振动和红外组合传感器检测电路、离子烟雾传感器检测电路、可 燃气体传感器检测电路和紧急呼救按钮检测电路；无线通信模块用无线单片机nRF9E5作 为控制器，供电模块采用LM317稳压管稳压电路，通过9伏电源或者干电池供电，输出三档 电压，输出3V电压为无线通信模块供电，输出9V和5V电压给节点其他部分提供工作电源。
本发明所述的振动和红外组合传感器检测电路包括1个振动传感器，1个红外传 感器，3个光电耦合器和4个电阻串联而成，其中，电阻Rl阻值为200欧姆，电阻R2和R3阻 值为470欧姆，电阻R4阻值为10K欧姆，输入端为单片机P0. 7 口 ，输出端为单片机P0. 0 口 。
本发明所述的紧急呼救按钮检测电路设有紧急呼叫按钮，紧急呼叫按钮与紧急呼 救节点的供电电源相联接。 本发明多功能家庭安全无线监控方法，包括以下步骤1)根据家庭安全信息检测
点配置要求，确定传感器节点种类和数量，类型有防盗节点、火灾节点、可燃气体节点以及
紧急呼救节点，按照位置要求确定汇聚节点数量；2)用户通过中心节点的按键和显示器设
置白天、夜晚、外出三种不同的工作模式，查看系统各节点的状态，白天模式下防盗节点不
工作，外出模式下通过GPRS模块发送报警信息至用户手机，白天和夜晚模式下通过1Hz的
蜂鸣器声音报警；3)传感器节点通过振动传感器、红外传感器、离子烟雾传感器、可燃气体
传感器和紧急呼救按钮采集家庭各种安全信息，出现异常时启动传感器节点无线通信功
能，直接或者通过汇聚节点间接将信息传输给中心节点；4)中心节点对采集的各种安全信
息进行分析处理，确定安全报警类型，按照工作模式发出对应的安全报警信息。 本发明所述的中心节点的工作流程为先由无线单片机各软硬件资源初始化、经
液晶显示器驱动、键盘查询处理，再经判断依次由短距离无线通信收发处理、GPRS通信处
理、串行通信处理以及节点剩余电量定时查询处理，最后进行报警信息分析处理。 本发明所述的传感器节点的工作流程为先由软硬件低功耗运行初始化、再经判
断依次由定时与中心节点或汇聚节点无线通信收发处理、定时传感器信息采集处理以及定
时剩余电量查询处理，最后进行各种信息分析及报警处理。
本发明的有益效果是功能齐全，工作模式和报警方式多样，可以通过GSM网络向 用户发送报警短信，避免由于布防、撤防带来的不必要的操作麻烦；同时采用振动和红外组 合传感器检测电路和白天、外出和夜晚工作模式，避免由于白天人流动性大，产生的误盗窃 行为信号影响正常家居生活，提高了系统安全性和可靠性。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明 图1是本发明的多功能家庭安全无线监控系统结构框图 图2是本发明的中心节点和汇聚节点结构框图 图3是本发明的中心节点工作程序流程图 图4是本发明的传感器节点结构框图 图5是本发明的振动和红外组合传感器检测电路图 图6本发明的紧急呼救按钮检测电路图 图7是本发明的传感器节点工作程序流程图 在图中，l中心节点，2汇聚节点，3防盗节点，4火灾节点，5可燃气体节点，6紧急 呼救节点，7个人计算机，8手机，10无线通信模块，11供电模块，12液晶模块，13按键电路， 14GPRS模块，15蜂鸣器电路，16工作指示电路，17串行接口， 18振动和红外组合传感器检测 电路，19离子烟雾传感器检测电路，20可燃气体传感器检测电路，21紧急呼救按钮检测电 路，22振动传感器，23红外传感器，24、25、26光电耦合器
具体实施例方式
如图1所示，本发明的多功能家庭安全无线监控系统，包括一个中心节点1、若干 个汇聚节点2、若干个传感器节点、个人计算机7以及手机8组成，中心节点1与汇聚节点2 以及传感器节点之间以无线传感器网络连接，中心节点1与个人计算机7之间有线连接，中 心节点1与手机8之间GSM网络连接。所述的传感器节点包括防盗节点3、火灾节点4、可 燃气体节点5以及紧急呼救节点6。 如图2所示，本发明所述的中心节点1和汇聚节点2包括无线通信模块10、供电 模块11、液晶模块12、按键电路13、 GPRS模块14、蜂鸣器电路15、工作指示电路16和串行 接17，中心节点无线通信模块10和GPRS模块14之间采用串行接口连接；无线通信模块10 用无线单片机nRF9E5作为控制器，通过短距离无线通信方式，直接或者通过汇聚节点2间 接与传感器节点实现节点之间的信息传递；供电模块11采用LM317稳压管稳压电路，通过 9伏电源或者干电池供电，输出三档电压，输出3V电压为无线通信模块IO供电，输出9V和 5V电压给节点其他部分提供工作电源；中心节点1通过液晶模块12和按键电路13进行信 息查询显示、工作模式参数输入和工作指令输入操作，实现系统的人机交互功能；无线通信 模块10的无线单片机通过串行口对GPRS模块14写AT指令实现GPRS模块14短信收、发 功能，通过手机8进行远程报警、信息查询和系统操作；通过串行接口 17与个人计算机7有 线通信，在个人计算机上管理系统；蜂鸣器电路11实现安全信息的声音报警，工作指示电 路16实现系统工作状态指示。 本发明所述的中心节点1程序工作流程，如图3所示，先由无线单片机各软硬件资源初始化、经液晶显示器驱动、键盘查询处理，再经判断依次由短距离无线通信收发处理、 GPRS通信处理、串行通信处理以及节点剩余电量定时查询处理，最后进行报警信息分析处 理。其中，指令输入方式包括键盘输入、GPRS模块发送短信输入和个人计算机有线通信输 入。短距离无线通信处理包括接受传感器节点信息和发送传感器节点工作参数、指令。报警 信息分析处理对接收到的传感器节点发来的数据进行分析和判断，输出相应的报警信息。
本发明所述的各种传感器节点，如图4所示，传感器节点由无线通信模块10、供电 模块11以及各种传感器模块组成；所述各种传感器模块包括振动和红外组合传感器检测 电路18、离子烟雾传感器检测电路19、可燃气体传感器检测电路20和紧急呼救按钮检测电 路21 ;无线通信模块10用无线单片机nRF9E5作为控制器，供电模块11采用LM317稳压管 稳压电路，通过9伏电源或者干电池供电，输出三档电压，输出3V电压为无线通信模块IO 供电，输出9V和5V电压给节点其他部分提供工作电源。 本发明所述的振动和红外组合传感器检测电路18，如图5所示，包括1个振动传 感器22， 1个红外传感器23， 3个光电耦合器24、25、26和4个电阻串联而成，其中，电阻Rl 阻值为200欧姆，电阻R2和R3阻值为470欧姆，电阻R4阻值为10K欧姆，输入端为单片机 P0.7 口，输出端为单片机PO.O 口 ；通过单片机控制P0.7 口输出高电平，检测单片机PO.O 的端口电平，为低电平时就认为有盗窃行为，作为盗窃信号；通过该电路实现单片机对传感 器电源、工作状态的开关控制，节约电能，并实现传感器电平5V与单片机电平3V的匹配；当 单片机控制PO. 7 口输出低电平时，光电耦合器24不导通，此时红外传感器23和振动传感 器22都得不到电源供电，光电耦合器26不导通，单片机PO. 0 口输入高电平；当单片机控 制PO. 7 口输出高电平时，红外传感器23接通电源，当没有人在红外传感器23的检测范围 内活动时，其输出信号SIGN为低电平，光电耦合器25不导通，振动传感器22同样没有接通 电源，振动传感器22不工作，此时单片机PO. 0 口输入仍然为高电平；当有人在红外传感器 23的检测范围内活动时，红外传感器23输出信号SIGNAL为高电平，使得光电耦合器25导 通，振动传感器22供电进入工作状态，当没有暴力入侵的行为时，振动传感器22输出信号 SIGNAL为高电平，此时光电耦合器26不导通，单片机PO. 0 口输入仍然为高电平，但是当有 暴力入侵的行为时，振动传感器22输出信号SIGNAL为低电平，导致光电耦合器26导通，此 时单片机PO.O 口输入将变为低电平。 如图6所示，本发明所述的紧急呼救按钮检测电路21设有紧急呼叫按钮SW，紧急 呼叫按钮SW与紧急呼救节点6的供电电源VCC相联接。紧急呼救节点6的供电电源VCC 必须通过按下紧急呼叫按钮SW才能接通3V电源，单片机开始工作，通过无线通信向中心节 点l发送紧急呼救的报警信号。这样实现家中老人、病人遇到突发事件而无他人在旁时，方 便迅速发出紧急呼救信号，同时当按钮没有按下时，紧急呼救节点6单片机不工作，节约电 能。 本发明所述的4种传感器节点在软件设计上，工作流程基本一致，以防盗节点为 例，如图7所示，先由软硬件低功耗运行初始化、再经判断依次由定时与中心节点或汇聚节 点无线通信收发处理、定时传感器信息采集处理以及定时剩余电量查询处理，最后进行各 种信息分析及报警处理。 本发明所述多功能家庭安全无线监控方法，包括以下步骤1)根据家庭安全信息 检测点配置要求，确定传感器节点种类和数量，类型有防盗节点3、火灾节点4、可燃气体节
7点5以及紧急呼救节点6，按照位置要求确定汇聚节点2数量；2)用户通过中心节点1的按 键和显示器设置白天、夜晚、外出三种不同的工作模式，查看系统各节点的状态，白天模式 下防盗节点3不工作，外出模式下通过GPRS模块14发送报警信息至用户手机8，白天和夜 晚模式下通过1Hz的蜂鸣器声音报警；3)传感器节点通过振动传感器22、红外传感器23、 离子烟雾传感器、可燃气体传感器和紧急呼救按钮采集家庭各种安全信息，出现异常时启 动传感器节点无线通信功能，直接或者通过汇聚节点2间接将信息传输给中心节点1 ;4)中
心节点1对采集的各种安全信息进行分析处理，确定安全报警类型，按照工作模式发出对 应的安全报警信息。当红外传感器23检测到可疑人进入检测范围时，将触发振动传感器22 进入工作状态，窃贼意图破门时，其暴力动作将触发振动传感器22发出信号，此信号将触 发防盗报警功能；当火灾发生时，产生的烟雾会触发离子烟雾传感器发出信号，从而触发火 灾报警功能；当厨房中的煤气泄漏达到一定的浓度时，可燃气体传感器将会输出信号，从而 触发可燃气体泄漏报警功能。当有人按下紧急按钮时，会触发紧急呼救报警功能。
权利要求
一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于包括一个中心节点(1)、若干个汇聚节(2)、若干个传感器节点、个人计算机(7)以及手机(8)组成，中心节点(1)与汇聚节点(2)以及传感器节点之间以无线传感器网络连接，中心节点(1)与个人计算机(7)之间有线连接，中心节点(1)与手机(8)之间GSM网络连接。
2. 根据权利要求1所述的一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于所述的传感器节点包括防盗节点(3)、火灾节点(4)、可燃气体节点(5)以及紧急呼救节点(6)。
3. 根据权利要求1所述的一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于，所述的中心节点(1)和汇聚节点(2)包括无线通信模块(10)、供电模块(11)、液晶模块(12)、按键电路(13)、GPRS模块(14)、蜂鸣器电路(15)、工作指示电路(16)和串行接口 (17)，中心节点无线通信模块(10)和GPRS模块(14)之间采用串行接口连接；无线通信模块(10)用无线单片机nRF9E5作为控制器，通过短距离无线通信方式，直接或者通过汇聚节点(2)间接与传感器节点实现节点之间的信息传递；供电模块(11)采用LM317稳压管稳压电路，通过9伏电源或者干电池供电，输出三档电压，输出3V电压为无线通信模块(10)供电，输出9V和5V电压给节点其他部分提供工作电源冲心节点(1)通过液晶模块(12)和按键电路(13)进行信息查询显示、工作模式参数输入和工作指令输入操作，实现系统的人机交互功能；无线通信模块(10)的无线单片机通过串行口对GPRS模块(14)写AT指令实现GPRS模块(14)短信收、发功能，通过手机(8)进行远程报警、信息查询和系统操作；通过串行接口 (17)与个人计算机(7)有线通信，在个人计算机上管理系统；蜂鸣器电路(11)实现安全信息的声音报警，工作指示电路(16)实现系统工作状态指示。
4. 根据权利要求1所述的一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于传感器节点由无线通信模块(10)、供电模块(11)以及各种传感器模块组成；所述各种传感器模块包括振动和红外组合传感器检测电路(18)、离子烟雾传感器检测电路(19)、可燃气体传感器检测电路(20)和紧急呼救按钮检测电路(21);无线通信模块(10)用无线单片机nRF9E5作为控制器，供电模块(11)采用LM317稳压管稳压电路，通过9伏电源或者干电池供电，输出三档电压，输出3V电压为无线通信模块(10)供电，输出9V和5V电压给节点其他部分提供工作电源。
5. 根据权利要求4所述的一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于所述的振动和红外组合传感器检测电路(18)包括1个振动传感器(22) ， 1个红外传感器(23) ，3个光电耦合器(24)、 (25)、 (26)和4个电阻串联而成，其中，电阻R1阻值为200欧姆，电阻R2和R3阻值为470欧姆，电阻R4阻值为10K欧姆，输入端为单片机PO. 7 口，输出端为单片机PO. 0 □。
6. 根据权利要求4所述的一种多功能家庭安全无线监控系统，其特征在于所述的紧急呼救按钮检测电路(21)设有紧急呼叫按钮SW，紧急呼叫按钮SW与紧急呼救节点(6)的供电电源VCC相联接。
7. —种多功能家庭安全无线监控方法，其特征在于包括以下步骤1) 根据家庭安全信息检测点配置要求，确定传感器节点种类和数量，类型有防盗节点(3)、火灾节点(4)、可燃气体节点(5)以及紧急呼救节点(6)，按照位置要求确定汇聚节点(2)数量;2) 用户通过中心节点(1)的按键和显示器设置白天、夜晚、外出三种不同的工作模式，查看系统各节点的状态，白天模式下防盗节点(3)不工作，外出模式下通过GPRS模块(14) 发送报警信息至用户手机(8)，白天和夜晚模式下通过1Hz的蜂鸣器声音报警；3) 传感器节点通过振动传感器(22)、红外传感器(23)、离子烟雾传感器、可燃气体传 感器和紧急呼救按钮采集家庭各种安全信息，出现异常时启动传感器节点无线通信功能， 直接或者通过汇聚节点(2)间接将信息传输给中心节点(1);4) 中心节点(1)对采集的各种安全信息进行分析处理，确定安全报警类型，按照工作 模式发出对应的安全报警信息。
8. 根据权利要求7所述的一种多功能家庭安全无线监控方法，其特征在于所述的中心 节点(1)的工作流程为先由无线单片机各软硬件资源初始化、经液晶显示器驱动、键盘查 询处理，再经判断依次由短距离无线通信收发处理、GPRS通信处理、串行通信处理以及节点 剩余电量定时查询处理，最后进行报警信 息分析处理。
9. 根据权利要求7所述的一种多功能家庭安全无线监控方法，其特征在于所述的传感 器节点的工作流程为先由软硬件低功耗运行初始化、再经判断依次由定时与中心节点或 汇聚节点无线通信收发处理、定时传感器信息采集处理以及定时剩余电量查询处理，最后 进行各种信息分析及报警处理。
全文摘要
本发明涉及一种多功能家庭安全无线监控系统及方法。该系统包括一个中心节点(1)、若干个汇聚节点(2)、若干个传感器节点、个人计算机(7)以及手机(8)组成，中心节点(1)与汇聚节点(2)以及传感器节点之间以无线传感器网络连接，中心节点(1)与个人计算机(7)之间有线连接，中心节点(1)与手机(8)之间GSM网络连接。本发明可以通过GSM网络向用户发送报警短信，避免由于布防、撤防带来的不必要的操作麻烦；同时采用振动和红外组合传感器检测电路和白天、外出和夜晚工作模式，避免由于白天人流动性大，产生的误盗窃行为信号影响正常家居生活，提高了系统安全性和可靠性。
文档编号H04W84/18GK101739787SQ20091023439
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月24日 优先权日2009年11月24日
发明者丁凯, 原瑾, 周毅华, 张夏蓉, 张西良, 张锋, 李伯全, 毛翠云 申请人:江苏大学