魏海洋 何君君

【摘要】本設(shè)計(jì)主要通過(guò)單片機(jī)、傳感器和手機(jī)模塊TC35的聯(lián)合應(yīng)用從而達(dá)到遠(yuǎn)程報(bào)警的功能，其中借助最可靠、最成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的短消息形式，直接把報(bào)警地點(diǎn)的情況反映到手機(jī)屏幕上。系統(tǒng)以TC35模塊作為核心部件完成短消息的發(fā)送，用單片機(jī)進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生。整個(gè)系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，其中模塊化的程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的擴(kuò)展非常方便。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);TC35模塊;GSM網(wǎng)絡(luò)

引言

隨著國(guó)民生活水平的日益提升，人們對(duì)家庭財(cái)產(chǎn)安全的重視程度越來(lái)越高，家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)正逐步走進(jìn)人們的生活。目前我國(guó)普通民用住宅中采用的防盜報(bào)警系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)到入侵信息以后，大多只是發(fā)出聲光報(bào)警信息，通過(guò)警燈閃爍或警笛鳴響的方式來(lái)恐嚇?lè)缸锓肿?，阻止其?shí)施進(jìn)一步犯罪行為。

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)與GSM通信模塊為核心，設(shè)計(jì)一種以手機(jī)短信作為報(bào)警手段的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到入侵信息以后，會(huì)通過(guò)移動(dòng)短信平臺(tái)，將報(bào)警信息以手機(jī)短信的方式發(fā)送到業(yè)主的手機(jī)上，若社區(qū)開(kāi)通了110報(bào)警聯(lián)通服務(wù)，還可以把報(bào)警信息直接發(fā)送到110警務(wù)短信平臺(tái)上，比起傳統(tǒng)的系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的可靠性更明顯。

1.系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)主要由單片機(jī)與TC35模塊結(jié)合，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，即完成向預(yù)設(shè)的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送預(yù)設(shè)報(bào)警短信。本方案以TC35模塊作為核心部件完成短消息的發(fā)送，用單片機(jī)完成邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生。

整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。在外部傳感器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)以后，通過(guò)P1口電平信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)和TC35模塊啟動(dòng)并進(jìn)行初始化。當(dāng)單片機(jī)和TC35準(zhǔn)備好串行口通信以后，TC35的控制程序由單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器經(jīng)串行口傳送到TC35，從而控制TC35登陸GSM網(wǎng)絡(luò)并向設(shè)定的號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。TC35控制命令由AT指令集編寫(xiě)。本設(shè)計(jì)方案充分借助于GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

2.信號(hào)采集與處理電路

紅外熱釋電傳感器（Pyroelectric Infra-red Detector，PIR）是利用熱釋電效應(yīng)的原理，將紅外輻射轉(zhuǎn)換為電能的一種元件，是一種溫度敏感傳感器。它是由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極而構(gòu)成響應(yīng)元。它通常由兩個(gè)極性相反的傳感元件串聯(lián)連接，并由一個(gè)高阻和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管組裝在一起。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷會(huì)跟空氣中的離子結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，傳感器無(wú)輸出。與所有熱傳感器一樣，熱釋電傳感器的工作原理可以用3個(gè)過(guò)程來(lái)描述：由輻射轉(zhuǎn)化為熱的吸收過(guò)程;由熱轉(zhuǎn)化為溫度的加熱過(guò)程;由溫度轉(zhuǎn)化為電的測(cè)溫過(guò)程。

圖2 紅外熱釋電傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)選用PerkinElmer公司的LHI778熱釋電紅外傳感器，它是雙元傳感器，由硅窗、敏感材料、高值電阻Rg、場(chǎng)效應(yīng)管以及為增強(qiáng)抗干擾能力而并的一個(gè)電容組成。設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路由兩個(gè)層次的增益放大、帶通濾波器和比較電路組成，其電路如圖3所示。其中傳感器D端和5V電源之間串聯(lián)一個(gè)10K的電阻，用于降低射頻干擾。G端接地，S端接47K的負(fù)載電阻。傳感器輸出直接耦合至低噪聲運(yùn)放（LM324）構(gòu)成的帶通濾波和第一級(jí)放大電路的反向輸入端，然后再經(jīng)過(guò)電阻R7、電容C4耦合至第二級(jí)放大電路進(jìn)行進(jìn)一步濾波放大。

圖3 紅外熱釋電傳感器信號(hào)調(diào)理電路

3.TC35模塊的設(shè)計(jì)

TC35是西門(mén)子公司推出的一種完整的無(wú)線GSM模塊，主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。它可以快速、安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)傳輸、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真服務(wù)。

本設(shè)計(jì)選用的是西門(mén)子TC35系列的TC35i。這是西門(mén)子推出的最新的無(wú)線模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻（GSM900/GSMl800）、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)。

圖4 TC35i外圍電路

圖5 軟件設(shè)計(jì)流程圖

TC35i外圍電路如圖4所示。TC35i有40個(gè)引腳，通過(guò)一個(gè)ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。第1～14腳為電源部分;1～5為電源電壓輸入端Vbatt+;6～10為電源地GND;11、12為充電引腳;13為對(duì)外輸出電壓（共外電路使用）;14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻;24～29為SIM卡引腳，分別為CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND;33～40為語(yǔ)音接口，用來(lái)接電話手柄;15、30、31和32腳為控制部分，15為點(diǎn)火線IGT（Ignition），當(dāng)TC35i通電后必須給IGT一個(gè)大于100ms低電平，模塊才啟動(dòng);30為RTC backup;31為Power down;32為SYNC;16～23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps～115kbps之間可選，硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。

圖6 軟件調(diào)試時(shí)的運(yùn)行界面

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序流程軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于單片機(jī)的編程。通過(guò)向TC35i寫(xiě)入不同的AT指令，能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登錄、讀取SIM卡上電話號(hào)碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。本系統(tǒng)的主程序流程如圖5所示。其中，初始化的工作包括設(shè)置串口速率、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)登陸以及設(shè)置短信模式為PDU。PDU編碼包括按PDU的編碼規(guī)則產(chǎn)生PDU串。

5.調(diào)試和結(jié)果

任何一個(gè)TC35模塊首次使用時(shí)，必須要測(cè)試其工作是否正常，由于其自帶RS232接口，所以我們可以用PC機(jī)的串口調(diào)試軟件進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試界面如圖6所示。

調(diào)試結(jié)果以80C51單片機(jī)為核心，結(jié)合TC35i模塊實(shí)現(xiàn)了在報(bào)警信號(hào)輸入的情況下的報(bào)警短信的發(fā)送，以及遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警的功能。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分借助于GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)，使用手機(jī)模塊利于系統(tǒng)集成，成本較低，應(yīng)用廣泛，有著誘人的應(yīng)用前景。它具有電路簡(jiǎn)單、功能齊全、性能齊全、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。

為遠(yuǎn)程報(bào)警提供了一種靈活、方便的方法，具有良好可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值。相信隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，智能住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)的功能也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中，人們將會(huì)越來(lái)越多的體驗(yàn)到現(xiàn)代生活的氣息。

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作者簡(jiǎn)介：何君君，現(xiàn)供職于南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自控系。