基于GSM技術的實訓室安防系統的開發與設計

方建華++范軍

摘 要： 針對傳統實訓室安防主要靠人力管理巡邏來實現，其不僅效率低下，且耗費大量的人力資源的問題，以GSM模塊為數據傳輸方式，結合微處理器以及傳感器模塊，開發了基于GSM技術的實訓室安防系統。系統以LPC2138微控制器為主控平臺，完成對紅外傳感模塊、溫濕度傳感模塊、玻璃破碎傳感模塊、煙霧傳感模塊等數據的采集，并通過GSM模塊完成遠程報警以及與監控中心進行數據通信和數據傳輸。此外，通過PC端監控軟件對實訓室進行實時監控，完成了實訓室的安防工作。

關鍵詞： GSM； 安防系統； 遠程報警； 傳感器模塊； LPC2138微控制器

中圖分類號： TN948.64?34； TP277 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）18?0055?03

Development and design of training room security protection system

based on GSM Technology

FANG Jianhua， FAN Jun

（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Sichuan traffic Vocational and Technical College， Chengdu 633100， China）

Abstract： The traditional training room security mainly depends on human management and security patrol， which is inefficient and spends a lot of manpower resource， a training room safety protection system based on the GSM module for data transmission was developed in combination with microprocessor and sensor module. The LPC2138 microcontroller is adopted as the main control platform of the system to achieve the data acquisition of infrared sensing module， temperature?humidity sensing module， broken glass sensing module and smoke sensing module， and complete remote alarm， data communication and data transmission with the monitoring center through the GSM module. The PC monitoring software is used to realize the real?time monitoring of the training room， and complete the training room security protection.

Keywords： GSM； security protection system； remote alarm； sensor module； LPC2138 microcontroller

傳統實訓室安防主要依靠人力管理巡邏來實現，其效率低下，耗費大量的人力資源。通過傳感器進行數據采集并交由處理器來進行險情判斷的形式，結合現代通信技術，能夠進行遠程數據監控，大幅增加了實訓室安防的效率[1?2]。

1 系統設計

1.1 系統總體設計

圖1為本文所設計開發的基于GSM的實訓室安防系統總體結構圖。其主要分為兩個模塊，即實訓室系統模塊及監控系統模塊[3?4]。

實訓室系統模塊主要負責采集實訓室的環境信息與安全信息，并對采集到的數據包括：溫濕度、煙霧濃度、紅外傳感等進行處理并判斷是否處于正常狀態。若某一參數處于非正常范圍，則將危險信息顯示在LCD顯示屏上并啟動聲光報警器發出警報，同時將警報信息通過GSM模塊傳送到監控中心進行存儲備案。實訓室系統模塊主控平臺為恩智浦公司的LPC2138微控制器，其連接著溫濕度傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器、玻璃破碎、門磁、穿磁傳感等，組成一個完整的環境監控與安防系統。同時，其連接了按鍵控制、LCD顯示、聲光報警以及GSM等模塊，形成了一套完整的危險信息顯示、查詢與報警系統。

監控系統模塊由LPC2138微控制器、GSM模塊、PC端、LCD 顯示模塊以及聲光報警模塊組成。GSM模塊負責接收從實訓室系統所采集到的環境與安防信息，并通過LPC2138微控制器來對接收到的信息進行處理，判斷哪一項參數處于危險情況，并通過LCD模塊顯示。同時，將數據發送至PC端對實訓室情況進行實時監控。監控系統模塊分為有人值班與無人看守模式。在有人值班模式下，當實訓室出現險情時，GSM模塊將險情傳送到控制平臺上，啟動聲光報警模塊發出警報，從而通知值班人員前往實訓室查看險情情況并處理。在無人看守模式下，當實訓室發生危險情況時，GSM模塊將自動發送報警短信至實訓室管理人員，通知其前往查看并處理險情。

圖1 系統總體結構

1.2 系統硬件設計

系統采用恩智浦公司的LPC2138 ARM處理器作為系統的主控平臺。LPC2138是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TDMI?STM CPU的微控制器，并帶有32 KB，64 KB，512 KB的嵌入高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。此外，其具有豐富的數/模和模數轉換器、PWM通道以及I/O口等，使其適用于控制系統。

紅外傳感模塊[5?6]用于檢測實訓室是否遭外部人員異常入侵，本文采用的是熱釋電紅外傳感器P2288，其驅動電路如圖2所示。當實訓室的監控區出現人員活動時，此時紅外傳感器的信號將傳送到熱釋電傳感器處理芯片BIS0001，并經處理后其輸出端能夠產生相應的電平變化。LPC2138微處理器通過識別紅外傳感模塊的D0端電平變化情況，即能判斷是否有人異常進入實訓室。煙霧傳感模塊[7?9]主要負責檢測實訓室是否發生火災，其電路如圖3所示。本文采用QM?N5煙霧傳感器來檢測煙霧的濃度，以及熱敏電阻NTC503D來感知實訓室溫度的上升，通過兩者相結合實現對火災的檢測。其主要工作原理是通過煙霧傳感器以及熱敏電阻，分別對煙霧與溫度的敏感性所造成的阻值變化而使電壓比價器兩端電壓出現高低替換，導致輸出電平相應發生變化，從而檢測火災險情。當實訓室處于正常狀態下時，煙霧傳感器以及熱敏電阻的阻值較高，使得分壓電阻RP1以及RP2的電壓變低，U2>U3，輸出電壓為低。當實訓室發生火災時，煙霧傳感器以及熱敏電阻的阻值變低，使得分壓電阻RP1和RP2的電壓變大，U2

圖2 紅外傳感模塊電路

圖3 煙霧傳感模塊電路

鍵盤模塊作為系統的輸入設備，其主要用于查看LCD顯示屏的險情信息以及選擇系統工作模式。本文采用的是4×4矩陣鍵盤，其共有16個按鍵，包括數字鍵0～9以及6個功能鍵。鍵盤采用電平掃描方式來實現按鍵識別，并采用延遲函數進行消抖。

GSM模塊采用德國Siemens的TC35i GSM模塊。TC35i是一款雙頻900/1 800 MHz高度集成的GSM模塊，其能傳輸語言和數據信號，并通過連接器分別與SIM讀卡器以及天線連接。TC35i通過AT命令能夠實現雙向傳輸數據與指令，可支持TEXT及PDU編碼格式的數據與指令，且支持AT指令進行GSM模塊的重啟與故障恢復。

1.3 系統軟件設計

系統軟件程序[10]框圖如圖5所示。

一旦發現險情，即通過GSM模塊將險情信息發送至監控端或直接發送警報信息至管理人員。同時，啟動聲光報警器并將險情信息發送至LCD屏幕上顯示。鍵盤模塊可實現信息查詢及系統工作模式選擇，包括查詢系統歷史數據，設置系統為有人值班或無人看守模式。系統采用定時采集數據形式對傳感器數據進行采集。

2 系統測試

系統監控軟件界面如圖6所示，界面上方分別為菜單管理、功能區、實訓室切換區；界面下方為實訓室狀態信息顯示區。由圖6可看出，目前系統連接著6個實訓室，對其進行實時監控，并能實時顯示每個實訓室的溫濕度狀態、是否有人入侵或火災情況。點擊任意一個實訓室，進入該實訓室的信息顯示頁面，如圖7所示。當處于無人看守模式下，系統會自動發送報警信息至管理人員，提醒相關人員前去查看。

3 結 語

傳統實訓室安防主要依靠人力管理巡邏來實現，其不僅效率低下，還耗費大量的人力資源。本文以GSM模塊為數據傳輸方式，結合微處理器以及傳感器模塊，開發了基于GSM技術的實訓室安防系統。其以LPC2138微控制器為主控平臺，完成對紅外傳感模塊、溫濕度傳感模塊、玻璃破碎傳感模塊、煙霧傳感模塊等數據的采集，并通過GSM模塊完成遠程報警以及與監控中心進行數據的通信和傳輸。此外，通過PC端監控軟件對實訓室進行實時監控，完成了實訓室的安防工作。測試結果顯示，本系統工作穩定，各項功能復合預期結果。

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