◆唐瑜梅

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基于GSM模塊智能家居防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

◆唐瑜梅1,2

（1.四川文理學(xué)院智能制造學(xué)院 四川 635000；2.四川文理學(xué)院達(dá)州智能制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 四川 635000）

該系統(tǒng)為基于STC89C52單片機(jī)和GSM無線通信模塊TC35I進(jìn)行設(shè)計(jì)的智能家居防盜報(bào)警系統(tǒng)。由人體紅外感應(yīng)模塊、單片機(jī)控制模塊、GSM無線通信模塊及報(bào)警電路組成。人體紅外感應(yīng)模塊負(fù)責(zé)對入侵信號的檢測，有險(xiǎn)情發(fā)生則產(chǎn)生報(bào)警信號，送至單片機(jī)控制模塊，控制單片機(jī)和GSM模塊通信，由GSM模塊發(fā)送短信通知業(yè)主及小區(qū)安全中心，并觸發(fā)聲光警報(bào)。該系統(tǒng)運(yùn)用無線通訊方式進(jìn)行報(bào)警，有效提高了報(bào)警系統(tǒng)的可靠性，克服了市面上一些報(bào)警器因線路被惡意破壞而失去報(bào)警功能的缺陷。

智能家居；防盜報(bào)警；GSM模塊；STC89C52

0 引言

隨著生活水平的提高，家庭貴重物品增多，人口流動性增大，居家安全受到重視。傳統(tǒng)的機(jī)械式報(bào)警方式依靠固定線路或以太網(wǎng)，存在線路被惡意切斷的風(fēng)險(xiǎn)，存在了一定的隱患，不能有效的保證人身財(cái)產(chǎn)安全，基于GSM模塊智能家居防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有效解決了因?yàn)橥ㄐ啪€路中斷而導(dǎo)致的無法報(bào)警等問題。

1 系統(tǒng)總體思路及方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由硬件及軟件兩大部分組成。硬件部分主要包括人體紅外檢測模塊、單片機(jī)控制模塊、GSM無線通信模塊，完成入侵信號檢測、現(xiàn)場聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程短信報(bào)警功能。系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，由人體紅外感應(yīng)模塊進(jìn)行信號檢測，有人入侵時(shí)產(chǎn)生電信號，經(jīng)過濾波、放大和比較后，輸出電平被發(fā)送到STC89C52單片機(jī)作為報(bào)警信息。單片機(jī)STC89C52檢測到有效電平信號后驅(qū)動LED燈和蜂鳴器報(bào)警，作并向GSM通信模塊發(fā)送命令，由GSM無線通信模塊TC35I給用戶發(fā)送信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

軟件程序設(shè)計(jì)采用C51語言實(shí)現(xiàn)各種初始化和控制功能，單片機(jī)控制GSM模塊進(jìn)行報(bào)警是通過串口發(fā)送AT指令完成。

2 硬件設(shè)計(jì)及工作原理

系統(tǒng)硬件由人體紅外感應(yīng)模塊HC-SR501、STC89C52單片機(jī)、GSM無線通信模塊TC35I等組成。通過熱釋電紅外傳感器進(jìn)行探測，有人入侵時(shí)產(chǎn)生電信號，該電信號經(jīng)過信號處理電路進(jìn)行放大和比較，傳送給單片機(jī)。STC89C52是控制芯片，完成處理傳感器傳遞的電信號并向GSM無線通信模塊TC35I發(fā)送命令，控制TC35I發(fā)送短信報(bào)警信息。

2.1 HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊

HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊由熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡和BISS0101等部分組成，有VCC、OUT和GND三個(gè)引腳。當(dāng)有人出現(xiàn)在它的探測區(qū)，以非接觸方式檢測出來自人體的紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換成電信號，并把信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)實(shí)際情況是否該報(bào)警。當(dāng)檢測到人體紅外信號后，輸出引腳OUT向單片機(jī)輸出高電平，驅(qū)動單片機(jī)發(fā)送命令信號進(jìn)行報(bào)警。

HC-SR501采用熱釋電紅外傳感器，工作原理是熱電效應(yīng)，依靠探測來自運(yùn)動目標(biāo)的紅外輻射產(chǎn)生電流。該電流信號經(jīng)過后續(xù)放大處理后可作為單片機(jī)報(bào)警信號的輸入。

菲涅爾透鏡安裝在探頭上，作用是使探測光的波長范圍為7~10um，恰好適合人的紅外輻射波長，減少環(huán)境干擾，使紅外探頭只對人體的紅外輻射敏感。如果沒有菲涅爾透鏡，則對0.2~20um范圍內(nèi)的波長均敏感，如果在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，那么除了對人體信號敏感外，還可能受到其他運(yùn)動物體干擾。

BISS001是信號處理電路，經(jīng)熱釋電紅外傳感器傳遞而來的電信號還不足與單片機(jī)進(jìn)行通信，需經(jīng)BISS0001熱釋電處理芯片進(jìn)行放大、比較，再將有效觸發(fā)信號提供給單片機(jī)，產(chǎn)生中斷，由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延時(shí)定時(shí)器和參考電壓源等部分組成。

2.2 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)STC89C52控制模塊檢測傳感模塊傳遞給引腳的信號并控制產(chǎn)生報(bào)警信息。傳感器輸出引腳通過與單片機(jī)引腳相連傳遞報(bào)警信號，STC89C52串行接口RXD、TXD通過RS232與GSM模塊相連，GSM模塊的控制和通信是通過串口發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)。

正常工作時(shí)，單片機(jī)CPU監(jiān)測各個(gè)傳感模塊是否有報(bào)警信號產(chǎn)生，如果發(fā)生報(bào)警信號，產(chǎn)生中斷，驅(qū)動室內(nèi)LED燈和蜂鳴器報(bào)警，這一功能可以通過給相應(yīng)引腳一個(gè)高電平完成。同時(shí)，單片機(jī)通過串行口TXD、RXD與GSM模塊進(jìn)行通信，通過發(fā)送AT指令，控制GSM無線通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程短信報(bào)警。傳感器輸出引腳通過與單片機(jī)引腳相連傳遞報(bào)警信號，STC89C52串行接口RXD、TXD通過RS232與GSM模塊相連，GSM模塊的控制和通信是通過串口發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)。STC89C52單片機(jī)硬件連接如圖2所示。

圖2 單片機(jī)硬件連接圖

STC89C52與PC的連接需要使單片機(jī)的TTL電平與PC的RS232電平匹配，因此需要用到芯片Max232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。

2.3 TC35I GSM無線通信模塊

GSM無線通信模塊可以實(shí)現(xiàn)語音、短信息、數(shù)據(jù)接收、發(fā)送等多種功能。使用UART串行接口與單片機(jī)連接，使用標(biāo)準(zhǔn)AT指令集，可以使STC89C52控制GSM模塊進(jìn)行各種短消息收發(fā)等操作。

GSM無線通信模塊主要通過單片機(jī)向其發(fā)送命令進(jìn)行控制，本系統(tǒng)采用TC35I無線通信模塊，具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，且該模塊集成度高體積小、傳輸?shù)男畔踩煽?。TC35I通過RS232接口與PC機(jī)、單片機(jī)連接。TC35I有40個(gè)引腳，通過ZIF(零阻力插座)實(shí)現(xiàn)與外部電路的連接。

（1）STC89C52與TC35I的連接

STC89C52單片機(jī)與TC35I通過串口連接，進(jìn)行串行通信。對TC35I的控制是通過STC89C52發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)STC89C52和TC35I的連接需通過RS232接口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。原因是，雖然STC89C52與TC35I都是TTL電平，但是正電平的邏輯不同，STC89C52是+5V，TC35I是+2.9V，直接將TC35I的串行輸入輸出口與單片機(jī)串行輸入輸出口連接后不能通信。可通過RS232接口進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)采用MAX232芯片完成電平轉(zhuǎn)換，連接電路如圖3所示。

圖3 單片機(jī)與TC35I連接圖

（2）PC與TC35I的連接

PC機(jī)和TC35I可直接通過RS232接口相連，通過RXD、TXD和GND三引腳進(jìn)行通訊，串行通訊的DTR和RTS接口與TC35I模塊的控制接口連接。PC機(jī)可通過調(diào)試軟件實(shí)現(xiàn)對短信息收發(fā)模塊的控制和數(shù)據(jù)交換。PC與TC35I連接如圖4所示。

圖4 PC與TC35I連接圖

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)檢測到人體紅外信號時(shí)，單片機(jī)觸發(fā)中斷，控制LED燈和蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)向TC35I發(fā)送控制命令，TC35I向用戶手機(jī)發(fā)送信息。STC89C52單片機(jī)的編程采用C51語言，實(shí)現(xiàn)對TC35I的控制是通過發(fā)送AT指令完成。

3.1 軟件工作流程

系統(tǒng)主要工作流程可分為以下步驟：系統(tǒng)上電后,程序?qū)纹瑱C(jī)模塊、無線通信模塊及相關(guān)電路模進(jìn)行初始化，主要包括單片機(jī)中斷、定時(shí)器、串行接口、TC35I模塊等。檢測單片機(jī)和GSM模塊的連接情況，發(fā)送AT+CMGF=1指令給GSM，如果返回OK，表明系統(tǒng)開始正常工作；若沒有返回則代表連接未成功，LED燈閃爍5次并不斷地查找GSM。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)檢測傳感器模塊傳遞的電平信號是否為高電平，如果為高電平，則LED燈點(diǎn)亮，蜂鳴器響，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場報(bào)警，并向TC35I模塊發(fā)送命令，指示無線通信模塊發(fā)送預(yù)先設(shè)定的短信給用戶手機(jī)；如果傳感器模塊傳遞而來的是低電平，則表示沒有產(chǎn)生報(bào)警信號，系統(tǒng)繼續(xù)檢測相應(yīng)引腳。

3.2 AT指令

AT指令用于GSM模塊，可實(shí)現(xiàn)移動設(shè)備和終端設(shè)備間的信息交換，單片機(jī)通過AT指令實(shí)現(xiàn)對TC35I的初始化、收發(fā)信息。

（1）啟動與初始化的設(shè)計(jì)

設(shè)備上電開機(jī)后首先應(yīng)完成對單片機(jī)、TC35I進(jìn)行初始化的工作。TC35I的啟動是通過給IGT引腳提供一個(gè)低電平完成，初始化TC35I是通過單片機(jī)發(fā)送AT命令完成。初始化命令有：AT+CMGF設(shè)置信息模式，AT+CSCA設(shè)置短信中心號碼，AT+CMGS設(shè)置目的SIM卡號碼。初始化串口的相應(yīng)程序?yàn)椋?/p>

voidIni_UART(void) {

SCON = 0x50;

PCON = 0x00;

TMOD = 0x20;

TH1 = 0xFD;

TL1 = 0xFD;

TR1 = 1; }

（2）單片機(jī)控制TC35I發(fā)送PDU短信

TC35I收發(fā)短信支持Block模式、Text模式、PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）三種模式。較為常用的是Text和PDU模式，Text模式只支持英文信息，PDU模式支持中英文信息，因此本設(shè)計(jì)選擇PDU模式。對其模式的設(shè)置在初始化階段完成，相應(yīng)的AT指令為：AT+CMFG=0。設(shè)置好信息模式后，可通過AT+CMGS發(fā)送短信。相應(yīng)程序段為：

uchar code TelPhoneNum[]={"AT+CMGS

="+8615881885749""};

uchar code PDU []={"AT+CMGF=0"}; //設(shè)置為PDU模式

uchar code Smessage[] = {"ALARM "}; //設(shè)置報(bào)警信息

Print_Char(ucharch)//發(fā)送單個(gè)字符

{

SBUF = ch; //送入緩沖區(qū)

while(TI == 0); //等待發(fā)送完畢

TI = 0; //軟件清零

}

Print_Str(uchar * str,uintlen)//發(fā)送字符串,調(diào)用Send_Char() len字符串長度

{

while(len--)

{

Print_Char(*str++);

}

}

void GSM_SMS()

{

Print_Str(Smessage,7);

Print_Char(0x1a);

ES=1;

delay(1000);

delay(5000);

}

綜上，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于GSM無線通信模塊的智能家居防盜報(bào)警，采用的報(bào)警方式分為兩種，一種是通過現(xiàn)場LED燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，一種是通過無線通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了全自動的監(jiān)控和報(bào)警功能，報(bào)警功能可靠有效，電路實(shí)現(xiàn)成本較低，便于普及和推廣。

[1]Siemens TC35I技術(shù)手冊，www. siem ens.com/wm[EBJOL].

[2]宏晶科技.STC單片機(jī)用戶參考資料中文版.http://www.mcu-memory.com/datasheet/stc/STC-AD-PDF/STC89C51RC-RD+_GUIDE-CHINESE.pdf，2007.

[3]趙洪濤，董力.單片機(jī)電路在防盜報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014.

[4]于慶，徐航.基于GSM網(wǎng)的油田監(jiān)控系統(tǒng)的通信模塊設(shè)計(jì)[A].通信技術(shù)，2013.

[5]周艷麗，魏宗壽.利用TC35I和PC機(jī)實(shí)現(xiàn)短消息的收發(fā)[B].電子技術(shù)，2017.