武漢晴川學(xué)院電子信息與機(jī)電工程學(xué)院 汪 鑫 沈 琪 羅雪姣

基于GSM短消息的家庭防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

武漢晴川學(xué)院電子信息與機(jī)電工程學(xué)院 汪 鑫 沈 琪 羅雪姣

本文設(shè)計(jì)了一種由短信息平臺(tái)搭建的居民家庭防盜系統(tǒng)。系統(tǒng)總體由紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置為外出模式，紅外傳感器開始工作。當(dāng)感應(yīng)到有人的存在，會(huì)將接收到人體產(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)控制核心發(fā)出的信號(hào)使得報(bào)警器報(bào)警鳴笛，并通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)出短消息到戶主手機(jī)中。

家庭防盜；紅外檢測(cè)；報(bào)警器；GSM

1.引言

隨著智能家居的興起，以及人們對(duì)財(cái)產(chǎn)的危機(jī)意識(shí)加強(qiáng)，家庭防盜系統(tǒng)已經(jīng)成為越來(lái)越多家庭的必備選擇。在國(guó)外，安防行業(yè)已經(jīng)發(fā)展為一個(gè)集眾多頂級(jí)技術(shù)和管理體系為一體的綜合型行業(yè)。本文以單個(gè)家庭為模本，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的智能防盜系統(tǒng)，可以隨時(shí)進(jìn)行房屋監(jiān)控，保障財(cái)產(chǎn)安全。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電路

基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)可以分為三個(gè)部分。第一部分為數(shù)據(jù)采集模塊，主要是通過(guò)紅外傳感器來(lái)進(jìn)行外部信息數(shù)據(jù)的采集。第二部分為控制部分，采用89C52單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。第三部分是GSM短信報(bào)警模塊，當(dāng)傳感器探測(cè)到有人進(jìn)入，會(huì)將報(bào)警信息發(fā)送到戶主手機(jī)上。電路結(jié)構(gòu)可分為：熱釋電紅外傳感器、微處理器控制電路、GSM短信模塊和相關(guān)的控制和管理軟件[1]。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)完整的用戶終端信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳輸和短信報(bào)警功能[2]。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)在軟件控制系統(tǒng)下工作，通過(guò)熱釋電型紅外傳感器探測(cè)到了小偷賽發(fā)出來(lái)的熱輻射，將它轉(zhuǎn)成不強(qiáng)的模擬信號(hào)。然后通過(guò)濾波電路將這個(gè)信號(hào)進(jìn)行濾波處理、再通過(guò)運(yùn)放電路、比較電路。把高電平信號(hào)傳送到MCU，由MCU來(lái)決定是否需要發(fā)送報(bào)警信號(hào)。如果需要報(bào)警，就會(huì)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖給戶主發(fā)短信通知。當(dāng)報(bào)警延時(shí)10S自動(dòng)提升一段時(shí)間后，也可手動(dòng)重置報(bào)警信號(hào)，報(bào)警后消除。

圖1　總體設(shè)計(jì)框圖

3.硬件電路設(shè)計(jì)

3.1紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路

在數(shù)據(jù)的采集部分，搭建了一個(gè)集成紅外接收器。接收器內(nèi)置了一個(gè)紅外傳感器，能夠檢測(cè)屋內(nèi)熱度的變化，籍熱取出電阻值的變化。當(dāng)屋內(nèi)沒(méi)有動(dòng)靜時(shí)，紅外接收器會(huì)輸出高電平，當(dāng)紅外探測(cè)器檢測(cè)到有變化時(shí)，接收器會(huì)接收到一個(gè)紅外信號(hào)，并且會(huì)根據(jù)紅外信號(hào)的數(shù)據(jù)波形輸出負(fù)脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)[3]。由于輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)功率較小，需要進(jìn)行放大后才能輸入到單片機(jī)。因此在接收器外接了兩級(jí)放大電路，第一級(jí)放大電路采用小信號(hào)放大電路，對(duì)檢測(cè)到的紅外信號(hào)進(jìn)行一級(jí)放大，輸出信號(hào)接入到第二級(jí)放大電路，最后輸出信號(hào)到單片機(jī)。兩級(jí)放大電路如圖2、圖3所示。

圖2　第一級(jí)放大電路

圖3　第二級(jí)放大電路

放大之后的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)口 ，該口還可以作為外部中斷的輸出口。利用該口的外部中斷功能，當(dāng)檢測(cè)到紅外線信號(hào)輸入進(jìn)來(lái)，數(shù)據(jù)電平被拉低，單片機(jī)會(huì)暫停當(dāng)前正在運(yùn)行的工作進(jìn)程，轉(zhuǎn)去接收、處理紅外信號(hào)。這里采用的是常用的信號(hào)輸入電路。電路如圖4所示。

圖4　信號(hào)輸入電路

圖5　時(shí)鐘電路

3.2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

電路中的晶振采用石英晶體震蕩器。它是一種精度很高的振蕩器，具有很好的頻率穩(wěn)定性。通過(guò)石英晶體震蕩器可以產(chǎn)生穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率。石英晶體振蕩器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好的控制電路中的頻率準(zhǔn)確性通過(guò)基準(zhǔn)頻率。在設(shè)計(jì)中，通過(guò)晶振產(chǎn)生振蕩電流，然后向單片機(jī)控制芯片發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。具體時(shí)鐘電路如圖5所示。

3.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

當(dāng)報(bào)警接收后，需要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，是其再起回到初始的監(jiān)測(cè)狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)的RST引腳接收到高電平時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到該系統(tǒng)比較重要，所以除了采用上電復(fù)位的方式外，還有按鈕復(fù)位方式備用，以防止系統(tǒng)死機(jī)時(shí)能進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位[4]。當(dāng)按下按鍵，電容處于短路，會(huì)釋放所有的電能，電阻兩端的電壓增加，RST就會(huì)接收到高電平信號(hào)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。圖6為復(fù)位電路。

圖6　復(fù)位電路圖

3.4TC35短信模塊

TC35是西門子公司推出的一款無(wú)線通信模塊，可以快速實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、短消息等數(shù)據(jù)傳輸。TC35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[6]。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，可以很好的完成短消息發(fā)送，結(jié)合SIM卡，由單片機(jī)控制報(bào)警單元，可以很好的完成GSM短消息傳送的工作。

4.軟件設(shè)計(jì)

4.1主程序設(shè)計(jì)

整個(gè)防盜系統(tǒng)由兩大部分組成：硬件電路與軟件電路。硬件電路能通過(guò)相關(guān)電路檢測(cè)到異常信號(hào)并將信號(hào)送到單片機(jī)。軟件電路會(huì)通過(guò)相關(guān)指令對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并作出下一步判斷。軟件主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它會(huì)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行大量的測(cè)量、計(jì)算，并在相關(guān)儀器設(shè)備上進(jìn)行顯示[5]。此同時(shí)，控制晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，驅(qū)動(dòng)TC35短信模塊，對(duì)預(yù)定好的戶主手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警信息。并輸出高電平信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光。主程序流程圖如圖7所示。

圖7　主程序流程圖

圖8　中斷程序流程圖

4.2中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序是整個(gè)軟件系統(tǒng)中重要的組成部分。當(dāng)紅外傳感器裝置檢測(cè)到有人入侵，發(fā)出脈沖信號(hào)時(shí)，中斷源立刻就會(huì)發(fā)出中斷請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)內(nèi)部微控制器處理，驅(qū)使短信模塊啟動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。報(bào)警10秒后系統(tǒng)自動(dòng)停止報(bào)警，然后啟動(dòng)周期工作程序，檢測(cè)是否有下一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警，使報(bào)警變?yōu)檫B續(xù)運(yùn)行[7]。同時(shí)，可中斷報(bào)警持續(xù)時(shí)間未達(dá)10秒，可以進(jìn)場(chǎng)按鍵手動(dòng)停止短信報(bào)警。整個(gè)中斷服務(wù)程序的日常工作流程圖，如圖8所示。

5.結(jié)論

經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠通過(guò)紅外人體感應(yīng)器有效感應(yīng)是否有人進(jìn)入，當(dāng)有人進(jìn)入后能夠及時(shí)感應(yīng)并發(fā)出報(bào)警，并將屋內(nèi)有人進(jìn)入情況通過(guò)短信發(fā)送到手機(jī)端。

[1]蔡曉艷,田凱,王照平.基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警電路的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2015(3):20-22.

[2]洪家軍,蔣紅飛.基于GSM短信的倉(cāng)庫(kù)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].莆田學(xué)院學(xué)報(bào),2014(2):78-81.

[3]曲金鵬,丁開云,凌志浩.一種適用于智能儀表監(jiān)控的紅外通信技術(shù)[C].全國(guó)先進(jìn)控制技術(shù)與儀表裝置應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)議和全國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)品及自控系統(tǒng)市場(chǎng)戰(zhàn)略論壇,2003.

[4]康華光,陳大欽,張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分第五版[M].北京:高等教育出版社,2005.

[5]賈國(guó)材,姚琳,林福宏等.基于GPRS的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2013(5):474-480.

[6]常書惠基于單片機(jī)控制的智能家居控制系統(tǒng)[J].電子商務(wù),2012(9): 68-69.

[7]杜永峰.基于單片機(jī)的紅外報(bào)警系統(tǒng)[J].電子世界,2014(7):41-42.

汪鑫（1988—），女，碩士，助教，主要研究方向：圖像處理、模式識(shí)別。