潘學(xué)文　王增榮　陳明武

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基于單片機(jī)和GSM模塊的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)

潘學(xué)文王增榮陳明武

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

針對(duì)傳統(tǒng)的安防措施無(wú)法及時(shí)將報(bào)警信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線傳送，文章利用單片機(jī)和GSM模塊構(gòu)建的防盜報(bào)警系統(tǒng)可將報(bào)警信息及時(shí)有效的通過(guò)發(fā)送短信息傳送出去。系統(tǒng)使用紅外熱釋電模塊作為傳感器，當(dāng)有人闖入設(shè)防區(qū)時(shí)，單片機(jī)控制系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信息至特定手機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用價(jià)值高，在智能家庭防盜等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

單片機(jī)；GSM模塊；熱釋電傳感器；防盜報(bào)警；

1　引　言

傳統(tǒng)的防盜系統(tǒng)一般是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲光報(bào)警或者通過(guò)有線傳輸至某一個(gè)控制室實(shí)現(xiàn)報(bào)警，以聲光報(bào)警引起人的注意。如果當(dāng)時(shí)人不在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候，卻沒(méi)有辦法及時(shí)知曉報(bào)警信號(hào)，因此這種報(bào)警方式有一定的局限性[1]。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們家庭安全意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)家庭安防措施提出了新的期望和更高的要求，希望能隨時(shí)掌握家里財(cái)產(chǎn)的安全情況。近年來(lái)，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展，促進(jìn)了防盜技術(shù)的進(jìn)步，使得實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警成為可能，各種新型的家庭防盜系統(tǒng)如雨后春筍般出現(xiàn)[2,3]。

單片機(jī)由于具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理功能強(qiáng)、速度快、低功耗等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域使用非常廣泛[4]。紅外熱釋電模塊能夠在一定距離范圍內(nèi)感知人體是否闖入設(shè)防區(qū)域，并向控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)[5]。GSM網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信系統(tǒng)非常成熟的網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)集中了現(xiàn)代通信中的各種通信技術(shù)，如信源編碼、信道編碼、均衡、數(shù)字調(diào)制等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性有很好的保證[2]。文章利用單片機(jī)作為控制芯片，結(jié)合紅外熱釋電模塊和GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一套防盜報(bào)警系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的組成如圖1所示。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為人體感應(yīng)模塊、單片機(jī)控制系統(tǒng)、GSM短信模塊、用戶終端。人體感應(yīng)模塊主要包括熱釋電紅外傳感器和安裝在門、窗上的門磁觸點(diǎn)。用戶終端為系統(tǒng)指定的手機(jī)號(hào)碼，用來(lái)接收短信息。系統(tǒng)基本工作原理：在系統(tǒng)運(yùn)行期間，當(dāng)有人員闖入設(shè)防區(qū)域，熱釋電紅外傳感器會(huì)檢測(cè)到人體輻射的紅外線或者門、窗上的觸點(diǎn)狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，這些變化將轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置信號(hào)處理電路，將感應(yīng)到的電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、比較等處理，輸出一個(gè)低電平作為中斷信號(hào)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)判斷是否報(bào)警，如果滿足報(bào)警條件，就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)串行通信接口控制GSM短信模塊給用戶終端發(fā)短信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警。本設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。

圖1.基于單片機(jī)和GSM模塊的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)組成框圖

3　硬件電路設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的組成框圖分析，確定系統(tǒng)各模塊功能，對(duì)每個(gè)模塊硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到系統(tǒng)整體電路原理圖如圖2所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)由STC89C51單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等組成，GSM模塊主要由SIM900A等組成，單片機(jī)與GSM模塊通過(guò)串口通信。電源模塊在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行和性能。本系統(tǒng)的供電電壓為直流電壓5V，通過(guò)變壓器、整流橋、三端穩(wěn)壓器7805、電阻、電容等器件自制5V直流電源進(jìn)行供電[6]。人體感應(yīng)模塊由熱釋電紅外傳感器和門磁觸點(diǎn)組成。為方便進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，門磁觸點(diǎn)并沒(méi)有畫(huà)在電路原理圖中。當(dāng)人體感應(yīng)模塊的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)感應(yīng)出微弱的電信號(hào)。經(jīng)過(guò)前置信號(hào)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、比較，此時(shí)人體感應(yīng)模塊輸出一個(gè)高電平，三極管Q1將導(dǎo)通，三極管Q1的集電極（RSD）輸出低電平，RSD信號(hào)連接到單片機(jī)P2.4端口。當(dāng)RSD信號(hào)為低電平時(shí)會(huì)觸發(fā)單片機(jī)中斷，單片機(jī)執(zhí)行中斷并發(fā)出指令，通過(guò)串行通信接口RS232，控制GSM短信模塊給系統(tǒng)預(yù)先指定手機(jī)號(hào)碼發(fā)短信息，同時(shí)聲光報(bào)警電路中的BUZZ信號(hào)置為低電平，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。為方便控制系統(tǒng)的運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)有復(fù)位按鍵、布防按鍵、撤防按鍵、緊急報(bào)警按鍵4個(gè)按鍵，來(lái)切換系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

圖2.系統(tǒng)整體電路原理圖

文章使用Protel軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，基本能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本功能[7]。畫(huà)出系統(tǒng)PCB電路板如圖3所示。通過(guò)制作PCB板、電路組裝、焊接、調(diào)試，基本能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)正常開(kāi)機(jī)后，按下布防按鍵，板子上的綠燈閃爍，當(dāng)綠燈熄滅，系統(tǒng)就進(jìn)入布防模式，熱釋電紅外傳感器此時(shí)會(huì)檢測(cè)周圍是否有人；按下撤防按鍵撤防，撤防后，熱釋電紅外傳感器不會(huì)檢測(cè)，蜂鳴器不會(huì)報(bào)警；緊急報(bào)警按鍵，只要系統(tǒng)正常開(kāi)機(jī)，按下此按鍵就會(huì)發(fā)送一條報(bào)警短信到指定手機(jī)上；系統(tǒng)的復(fù)位按鍵，按下單片機(jī)重新開(kāi)機(jī)。

圖3.系統(tǒng)PCB圖

4　軟件設(shè)計(jì)

硬件電路搭建好，還需要設(shè)計(jì)好軟件來(lái)配合，系統(tǒng)才能正常工作。本系統(tǒng)軟件主要有兩大類：一是主程序（監(jiān)控程序），是系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵部分，主要協(xié)調(diào)各電路模塊之間有序的開(kāi)展工作；二是子程序（執(zhí)行軟件），是模塊完成相應(yīng)功能的執(zhí)行程序，如報(bào)警、中斷、通信等，每一個(gè)子程序?qū)?yīng)一個(gè)功能執(zhí)行模塊。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和硬件結(jié)構(gòu)，可分析出系統(tǒng)主程序工作流程圖如圖4所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行系統(tǒng)化，控制系統(tǒng)檢測(cè)有無(wú)信號(hào)（當(dāng)有人闖入設(shè)防區(qū)，熱釋電傳感器傳來(lái)脈沖信號(hào)），經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，決定是否調(diào)用報(bào)警子程序完成報(bào)警功能，然后系統(tǒng)開(kāi)始循環(huán)工作，繼續(xù)檢測(cè)有無(wú)信號(hào)。

圖4.系統(tǒng)主程序工作流程圖

5　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)測(cè)試表明，本文利用單片機(jī)和GSM模塊設(shè)計(jì)的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)，能夠在一定距離范圍（7m內(nèi)）內(nèi)較好地對(duì)人體進(jìn)行感應(yīng)檢測(cè)，將報(bào)警信息以短信息的形式通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程報(bào)警。這種防盜報(bào)警系統(tǒng)使得人們及時(shí)掌握家里財(cái)產(chǎn)安全狀態(tài)，有效地防止家庭財(cái)產(chǎn)受侵犯，從另一方面也可以降低盜竊犯罪。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、成本低廉、誤報(bào)率低，在智能家庭防盜領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

[1]吳政江.單片機(jī)控制紅外線防盜報(bào)警器[J].電子制作,2006,(12):26-28.

[2]段榮霞,崔少輝.單片機(jī)與GSM模塊通信技術(shù)的研究[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2012,(1):79-82.

[3]元浩名,王利,武毅等.基于單片機(jī)的GSM短信收發(fā)模塊設(shè)計(jì)[J],電子測(cè)試,2012,(3):63-68.

[4]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2010.

[5]唐文彥.傳感器(第5版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[6]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[7]王延才.電子線路CADProtel 99SE(第2版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－05－26

湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目（湘教通[2014]248號(hào)）；2015年湖南科技學(xué)院科研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2015XKY004）；湖南科技學(xué)院教改項(xiàng)目（湘科院[2014]29號(hào)）；湖南科技學(xué)院“通信工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目。

潘學(xué)文（1983－），男，湖南永州人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榍度胧郊夹g(shù)。

TP391

A

1673-2219（2016）10-0026-03