基于STC89C58和GSM網絡的家庭防盜系統的設計

周卓然，徐道連，斯蕓蕓

(重慶大學 光電技術及系統教育部重點實驗室，重慶400030)

目前市場上家用報警系統多數是通過電話線實現報警功能的，當電話線被惡意剪斷時，系統就會失去報警功能。針對此問題，將移動通信技術引入本系統設計中，避免了此類問題的發生，依據性價比及實際功能要求，本系統采用單片機及移動通信技術進行總體方案的設計。把GSM/GPRS模塊和單片機、攝像頭模塊及語音模塊有機地結合起來，完成單片機與GSM/GPRS模塊的通信及與攝像頭模塊的通信，設計出功能強大的家庭網絡防盜系統。

1 系統總體方案設計

系統中的移動通信模塊采用廣州譜泰科技有限公司的PT39I模塊。外圍電路自行設計，通過單片機的RS232串口與移動通信模塊進行連接。根據性價比以及系統的實際功能要求等，系統采用STC89C58單片機作為控制器，通過STC89C58標準的全雙工串口與移動通信模塊進行通信。首先將傳感器采集到的報警信號發送至單片機，單片機通過判斷，發送控制指令到通信模塊，通信模塊接到指令后調用設計好的報警短信息，利用GSM網絡發送到用戶手機，實現報警功能[1]。用戶接到報警的短信息后，可以回復短信息到報警系統，系統根據用戶回復的短信息內容進行相應的判斷，從而發出相應的防盜指令給控制系統的執行機構。使用STC89C58單片機作為控制中心，配有警情采集模塊、移動通信模塊、報警模塊、執行機構、攝像頭、語音等模塊。系統總體硬件框圖如圖1所示。

2 系統硬件組成模塊

2.1 PT39I模塊

PT39I是一款非常典型的無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現系統方案中的數據功能、語音功能、短消息服務功能和傳真功能[2]。工作電壓為3.4 V～4.3 V,實際使用中建議的電壓值為3.8 V～4.0 V。工作在900 MHz和1 800 MHz以及1 900 MHz三個頻段，所在頻段功耗分別為 2 W（900 MHz）和 1W(1 800 MHz和 1 900 MHz)。

圖2中恒壓芯片為LM2941S，根據PT39I的電氣規范可知其允許的電壓范圍為3.4 V～4.3 V，因此可以將單片機的IO引腳直接接在PT39I模塊上ZIF連接器的15腳上，啟動模塊需要加載一個至少100 ms的低電平信號。通過延時的方法實現PT39I模塊的啟動。

2.2 單片機選型

在設計時經過綜合分析，需要一款內存較大的單片機，因此選中 STC89C58，內存為 1 KB RAM空間，32 KB ROM空間。設計時劃分了201個短信數據交換空間，206個彩信數據交換空間。采用22.118 4 MHz的晶振頻率有兩個原因，一是匹配波特率，二是提高單片機數據的處理速度。

2.3 SIM卡電路設計

SIM卡是帶有微處理器的芯片，內含5個模塊，每個模塊對應一個功能：CPU,程序存儲器ROM、工作存儲器RAM、數據存儲器EEPROM和串行通信單元，這5個模塊被集成在一塊集成電路中。因此SIM卡在與手機連接時，最少需要 5個連接線：電源(VCC)、時鐘(CLK)、數據I/O口(Data)、復位(RST)、接地端(GND)。 如圖 3所示。

2.4 攝像頭模塊

選擇GXT-M201攝像頭，它可以直接輸出JPEG格式，便于GMS/GPRS模塊發送彩信。

2.5 語音電路設計

語音合成芯片采用科大訊飛公司生產的XF-S3111，該芯片內嵌多種合成方式。且體積較小，使用方便，主要是面向中低端應用，符合本系統的成本要求。本系統中需要使用其提示音合成的功能。

將單片機的P32連接到語音的TXD引腳上，單片機用模擬串口的方式將數據傳給語音芯片。RST與單片機的P15相連，在本系統中對GB2312和Unicode格式編碼的信息進行報讀。在完成一種語音的播報后就進行模塊重啟，此時就用到芯片的復位信號。這樣方便另一種語音的播報。該芯片采用3.3 V電源供電，原理圖中J2為3.3 V穩壓芯片。8腳為模擬音頻信號輸出點，接音頻放大電路[3]。

2.6 單片機與GSM模塊通信電路設計

74LS04內部有6個反相器，圖4只用到其中的4個。在該電路的設計中利用其驅動作用[4]，保證單片機與GSM模塊間的通信數據不丟失。在實際應用過程中做過相關的調試，沒有該驅動模塊時通信數據是亂碼，加入該器件通信數據正常，通信過程準確無誤。原理圖如圖4所示：1TXD、1RXD分別連接單片機的TXD和RXD，74LS04的 13和 4腳分別連接 ZIF40的 RXD0(18)和TXD0(19)。這樣的連接使信號得到了放大，增強了傳輸過程中的驅動能力。

2.7 存儲電路設計

在由單片機控制的儀器儀表、家用電器、工業監控等系統中，對某些狀態參數，不僅要求能夠在線修改，而且斷電后能保持，以備上電后恢復系統的初始狀態。為此選用24系列串行EEPROM的產品。同時由于系統要對特定用戶報警，要求能對其身份進行有效的識別，而這種信息在一個相對的時間里是固定不變的，所以要對其進行保存而且要保證隨時能夠改寫[5]。對本系統即手機報警系統來說需要保存的信息有：用戶自己的手機號碼、報警時約定的報警密碼、家庭的地址、家庭其他用戶的號碼等相關信息。這幾個信息的內容相對簡單，因此使用EXEL產品中的24C02完全能夠達到要求。但是24C02和其他24CXX系列比較有一點特殊，其按頁寫方式寫入數據時最大只能是8 B，這次設計中選用的是EXEL公司的24C02,其最大頁寫一次只能是4 B。所以在編程中采用字節寫入方式。

3 系統軟件設計

系統工作過程簡介：當系統獲得傳感器信號時，單片機系統首先檢查當前狀態是否為設防狀態。如果是,則單片機系統通過GSM發送一條短信給用戶，用戶獲得信息后可以發送控制命令。在異常狀態下有 “0拍照”、“1監聽”、“2撥打小區電話”幾條指令可用。當用戶發送“0拍照”時，首先從存儲器中提取用戶號碼與收到短信中的電話號碼進行比對，校驗成功后單片機就會發起對攝像頭的通信并完成拍照與上傳數據。之后通過GPRS模塊將照片發送至用戶的手機上。當用戶發送“1監聽”時，單片機首先從存儲器區中提取電話號碼并撥打該號碼。用戶接聽電話后，就可以監聽家中的安全狀況。當用戶發送“2撥打小區電話”時，系統將會自動從存儲器中提取小區保安的電話號碼并撥打保安電話。每完成一次操作,語音電路都會根據操作的內容提示用戶操作的結果。系統軟件工作流程圖如圖5所示。

圖5 系統軟件工作流程圖

利用串口助手可以對PT39I進行測試和操作，也可以用來分析理解AT指令協議，為軟件編程做準備。在此基礎上可以在單片機上開發程序,通過串口對無線通信模塊進行控制，達到實現用單片機控制收發短消息的功能[6]。使用PT39I收發短消息，用戶必須準備一張已開通的SIM卡，并將其插入PT39I的SIM卡座中。使用PC配合PT39I收發短消息，使用時需開啟PT39I電源，通過串行數據線連接到PC機,并在PC端安裝串口讀寫軟件，例如超級終端、Telix等，通過終端軟件發送AT命令，察看返回的數據是否正確。

系統的測試、啟動、初始化完成后，用戶可以發送“拍照”到系統的號碼。發送短信后等待約1 min。用戶會收到一條彩信，打開瀏覽，是系統抓拍的照片。有一點需要說明，系統攝像頭抓拍的照片為收到用戶短信后2 s左右，但是數據傳輸時間較長。具體傳輸時間由照片的大小和串口的通信速率決定。在系統收到用戶發送的拍照命令后，系統要完成主控制器對攝像頭模塊的同步與設置。

本文的創新點在于通過軟、硬件結合的方式，設計了一種基于STC89C58和GSM網絡的家庭網絡防盜系統，該防盜報警系統已經投入實際運用，運行良好，有一定的實用價值。傳統的報警產品雖然種類眾多，但它們大都是當有非法入侵或盜竊行為時，只會立即發出聲、光、電等報警信號報警，本文報警系統可以實現遠程報警防盜功能。另外，此類報警系統只要稍加改動，就可應用到汽車防盜、倉庫防盜等多個方面。所以把GSM應用在遠程控制系統中的前景非常廣泛。

[1]趙晉琴.基于GPRS技術的無線遠程抄表系統設計與實現[J].重慶理工大學學報（自然科學）2010,24(11):89-96.

[2]張俊林.家庭防盜系統設計[J].重慶科技學院學報（自然科學版）2010,12（4）：115-117.

[3]侯大偉，何建忠.基于GSM的遠程分布式數據采集與控制系統[J].計算機工程與設計，2009，30(9):2102-2104,2107.

[4]馬玉春，孫冰，王建明.GSM模塊的綜合應用研究[J].計算機應用與軟件，2008，25（2）：68-70.

[5]馬士寶，張國寶，孫向陽,等.基于GSM模塊的無線報警系統設計[J].長春理工大學學報（自然科學版），2009,32(1)：51-53.

[6]肖金球.單片機原理與接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[7]陳榮保，曹軍，李志勇.基于 GSM/GPRS的嵌入式汽車防盜系統[J].自動化儀表，2008,29(9)：27-29.