無線智能報警系統設計

郝亞楠

摘 要：移動通信網絡在近十幾年里迅速發展，得到了廣泛的應用。短信息就是移動通信技術中一項特別實用的業務，也是移動通信網絡中最基本的一種業務。本文就是利用這種短消息業務設計了無線智能報警系統。報警系統的設計采用紅外傳感器和GSM模塊。系統采用GSM移動通信網絡做為遠程交流的傳輸媒體，以STC89C52RC單片機系統為中央控制核心，用最便捷、易讀的中文形式展示短消息的內容，直接把報警短消息顯示到提前需要提醒的用戶手機上。

關鍵詞：信號采集；STC89C52RC單片機；GSM模塊GTM900C

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.119

1 引言

本設計使用紅外傳感器探測外界信號，當有人進入到監控范圍內，就會觸發報警系統，報警系統發送警告消息到達用戶的手機。該系統主要是利用單片機、紅外傳感器、GSM移動通信模塊來相互配合、協調工作。主要運行流程：當傳感器檢測到有人進入到監控區域時，一方面進行現場聲、光報警；另一方面利用GSM無線通訊網絡，將有人闖入這個信息傳遞到戶主手機端，戶主在接收到信息后，可以采取相應的措施。

2 系統的總體方案的設計

該系統采用被動式的熱釋電紅外傳感器監控人體散發的紅外線，紅外探測電路在檢測到入侵者的入侵行為時，產生信號，并將此信號經過處理后傳輸到單片機，單片機系統對輸入的信號進行判斷和處理，當單片機判斷出熱釋電探測電路送來的檢測信號時，單片機將通過聲光報警電路進行聲光報警，現場威懾入侵者。與此同時，單片機下達AT命令控制GSM模塊給用戶發送短消息，實現遠程報警。

3 系統的硬件電路的設計

本設計采用的信號處理電路包括兩級增益放大、帶通濾波、比較電路組成該帶通濾波器中C9具有隔直作用，C9和R10構成高通濾波器，避免了對直流的放大。同時，C5和R6構成低通濾波器，濾除高頻噪聲。由于輸出信號的頻率很低，電容的容抗較大，所以R10的阻值應當選擇大阻值。為保證放大電路的增益值，R6的阻值必須大于R3的50倍以上。經計算，得到第一級放大電路的指標如下：

上限截止頻率為：

（3.1）

下線截止頻率為：

（3.2）

電路增益和頻率有關聯，當輸入信號頻率為1赫茲時，第一級放大增益為：

（3.3）

第一級放大電路的輸出信號，經過電阻R9、電容C7耦合到第二級放大電路進行進一步的濾波放大。第二級放大增益為：

（3.4）

在整個過程中，輸出信號經過兩級放大，總增益最終能達到66分貝。雙限電壓比較器由四運放（LM324）的其它兩個放大器組成。因此，雙限電壓比較器的高低閾值應取為3.1伏和1.9伏時才能夠有效的抵抗噪聲干擾，即當放大器輸出信號電平高于3.1伏或者低于1.9伏時，比較器才會輸出高電平，表示有人進入到探測范圍。

3.1 GSM模塊及其外圍電路設計

本設計選用型號為STC89C52RC的單片機，它是一種帶8K字節可編程可擦除只讀存儲器的低功耗、高性能CMOS8的微處理器，單片機基本電路主要包括時鐘電路、復位電路、供電電路及一些基本設置。

GTM900C模塊包含射頻電路和基帶，向用戶提供標準的AT命令接口，也能夠快速、安全、高效的傳輸語音、短消息、傳真等，方便用戶的應用開發及設計，本設計就是利用該模塊中的串口實現與單片機的通信。

GTM900C模塊的數據輸入輸出引腳需要通過MAX232進行電平轉換后連接到單片機的串行口。單片機通過串行口對GTM900C進行訪問和讀寫。這里使單片機串行口的TTL電平能夠與GTM900C通信口的RS232電平互相轉換，這樣才能進行通信。

在GTM900C外圍電路也是由幾部分組成，主要有啟動電路、指示電路、數據通信電路、SIM卡電路等。

4 系統的軟件部分設計

4.1 單片機串行通信

MCS-51系列單片機內部有一個串行口，能夠進行全雙工工作。

串口中斷程序能夠判斷系統接收到的短信息，然后對此信息所要表達的意思進行下達相關的指令，完成相應操作。在對用戶的管理指令進行相關運行、操作后，中斷程序就會循環到起初的狀態，繼續待命，并不斷的檢查相關命令，以便迅速解決相關問題。

4.2 單片機與GSM模塊通信

本設計采用西門子公司開發的GSM AT指令集，單片機通過下達正確的AT指令到GTM900C模塊，從而對模塊進行初始化和短消息的發送接收等。采用PDU模式時，可以使用三種編碼方式來編碼要發送的內容，分別是7-bit編碼、8-bit編碼、16-bit編碼。7-bit編碼用于發送普通的ASCII字符；8-bit編碼通常用于發送數據消息，比如圖片和鈴聲等；而16-bit編碼用于發送Unicode字符。

5 系統的調試

5.1 信號調理電路仿真

本設計信號處理電路主要由信號的放大、濾波電路以及比較電路組成。此處應用multisim10軟件進行仿真測試。為了更好的對仿真電路進行仿真分析，可以用一個正弦信號源代替圖中的熱釋電傳感器，正弦信號的振幅為5mV，頻率為1Hz，與熱釋電傳感器的輸出信號基本一致。其波形圖如圖5.1所示。

XMM1測量傳感器輸出信號的電壓值為4.966V；XMM3測量信號經過第一級放大后的電壓值為-642.333V。

5.2 聲光報警電路仿真

聲光報警電路是單片機接收信號為高電平時開始工作，對該硬件電路的調試使用proteus軟件進行調試仿真，通過以上的軟件仿真調試，可以很清晰的看到當給P0.0口一個高電平時，就會觸發聲光報警電路，緊接著LED燈亮，蜂鳴器發出“滴、滴”的報警聲。利用GSM串口調試專用工具對GTM900C模塊進行調試，在利用GSM串口調試專用工具進行調試時，第一步先對GTM900C模塊發送AT回車，點擊手動發送，收到OK表示連接網絡成功；第二步發送AT+CMGF=0指令，即設定短消息發送模式為PDU模式；第三步發送AT+CMGS=39指令，即發送長度為39的短消息；第四步接著發送短消息內容；第五步點擊十六進制發送，再發送0x1a，表示發送內容完畢，收到OK表示發送短信成功，手機即會收到短信。

6 總結

該設計用單片機作為整個系統的中央處理器，利用被動式熱釋電傳感器和GTM900C移動通信模塊相互組合，設計了此款應用短消息業務的報警器。與市場上已有的報警系統相比，本報警系統的主要功能和優勢有以下幾方面：

（1）本設計中采用的是被動式熱釋電紅外傳感器，其主要對人體釋放出的紅外線波段敏感。只要有人體闖入監控區域內，熱式紅外傳感器就會發出報警信號。

（2）可靠性高。與普通的無限傳輸方式相比，GSM網絡有效避免了數據包的丟失，保證了數據傳輸的可靠性。

（3）該報警系統采用了GSM移動通信模塊和單片機相結合的智能控制，一旦構成報警條件時，單片機就會下達報警指令，移動通信模塊自動向用戶終端發送報警短信息。

（4）此系統的聲光報警采用單片機控制響應的時間為1分鐘，減去了遙控器帶來的不便。

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