基于GSM模塊的家庭智能報警系統(tǒng)設(shè)計與研究

肖茜月　李代偉　劉田俊睿

摘要：基于GSM模塊的家庭智能報警系統(tǒng)，以STC89C52為核心處理單元，該報警系統(tǒng)通過采用電源供電熱釋電傳感器進(jìn)行信號檢測，通過串口發(fā)送AT指令與控制GSM短信模塊實(shí)現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時傳輸信息到目的手機(jī)的家庭智能報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)是一種可靠的、能遠(yuǎn)距離實(shí)時反映家中安全情況的家庭防盜報警系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī);熱釋電傳感器;GSM模塊;家庭智能報警系統(tǒng)

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0233-03

隨著社會發(fā)展，物質(zhì)財富的日益豐富，傳統(tǒng)的安防體系并不能適應(yīng)于當(dāng)前家庭安防的需求。本系統(tǒng)充分利用手機(jī)普及的生活環(huán)境，結(jié)合信息技術(shù)和傳感器技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的成果，滿足當(dāng)下家庭的防盜報警需求。系統(tǒng)基于GSM網(wǎng)絡(luò)的短信服務(wù)，在STC89C52單片機(jī)的控制下，以無線形式實(shí)時的反映家中的安全情況信息到用戶的手機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)更加安全可靠、使用方便、成本合適的家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計。

1 總體方案設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計方案為：通過熱釋電傳感器采集紅外信號從而檢測到有人是否進(jìn)入監(jiān)測范圍內(nèi)，在單片機(jī)的控制下通過GSM短信模塊在全球移動通信系統(tǒng)中實(shí)時傳輸信息到用戶終端，加上其他外設(shè)完成系統(tǒng)的控制和指示工作。使用熱釋電傳感器模塊來檢測人體信號，微處理器控制系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，接收來自熱釋電傳感器電平信號，通過GSM短信模塊來實(shí)時發(fā)送報警信息至用戶終端，來完成家庭防盜報警任務(wù)。總體系統(tǒng)框圖如圖1所示

系統(tǒng)在工作時，電源模塊為系統(tǒng)工作供電，單片機(jī)在加載在內(nèi)部程序的調(diào)控下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作。按鍵控制負(fù)責(zé)系統(tǒng)的布防和撤防及蜂鳴器報警消除，報警指示部分在單片機(jī)的控制下通過蜂鳴器和LED燈的工作情況指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，熱釋電傳感器模塊完成探測環(huán)境中人體的檢測任務(wù)。單片機(jī)STC89C52對收到來自傳感器的信號進(jìn)行分析處理，并完成蜂鳴器的聲音報警任務(wù)和LED燈指示工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的防盜報警功能。

2 家庭智能報警系統(tǒng)硬件系統(tǒng)

2.1 電源電路模塊設(shè)計

系統(tǒng)工作中可由220V的交流電壓，經(jīng)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到5V的直流電壓，為系統(tǒng)供電。電源電路模塊如圖2所示。

電容C3和C4對電源輸出端開關(guān)時引起的波動起一個緩沖的作用。D4為LED燈指示電源是否工作，D1為保護(hù)二極管，保護(hù)三端穩(wěn)壓器免受負(fù)載過電壓的沖擊。此時電源還存在波動，在后續(xù)使用的過程中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓或?yàn)V波處理。

系統(tǒng)也可直接使用USB接口的電源適配器供電。為保證系統(tǒng)工作的可靠性可采用冗余的方式進(jìn)行供電。

2.2 GSM短信模塊設(shè)計

2.2.1 TC35模塊介紹

GSM意為全球移動通信系統(tǒng)，又稱電信全球通系統(tǒng)。它是當(dāng)前通信體系中最完善、應(yīng)用最廣的一種數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)。

2.2.2 TC35模塊在系統(tǒng)中的工作方式

在系統(tǒng)設(shè)計時，將TC35模塊串口控制線中的TXD、RXD和GND和單片機(jī)對應(yīng)的RXD、TXD和GND連接，由配套的電源適配器提供電源，通過單片機(jī)的串口發(fā)送AT指令，控制TC35模塊按系統(tǒng)要求進(jìn)行工作。單片機(jī)與TC35模塊的接線方式如圖3所示：

2.3 熱釋電紅外傳感器模塊設(shè)計

在工作過程中安裝于傳感器前方的菲涅爾透鏡利用透鏡的光學(xué)原理接受并聚集待測物體釋放出的紅外信號。經(jīng)由濾光片濾光后，將探測接收到的紅外線經(jīng)由傳感器探測元和偏置電阻一起轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號，經(jīng)場效應(yīng)管放大后，轉(zhuǎn)換出一個可被識別的電平信號輸出。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4所示。

熱釋電傳感器在防盜報警系統(tǒng)中的工作方式如圖5所示。

熱釋電傳感器模塊主要在一個空間范圍內(nèi)探測紅外信號，進(jìn)行人體檢測。根據(jù)需求可調(diào)節(jié)模塊的感應(yīng)距離（3～7m）和感應(yīng)延時時間（0.5～300S）。在系統(tǒng)中，1號引腳和3號引腳分別接5V電源的正極和負(fù)極，2號引腳接到單片機(jī)的控制引腳，控制GSM短信模塊發(fā)送報警信息。

2.4 蜂鳴器報警模塊

系統(tǒng)采用5V無源蜂鳴器報警，采用晶體管驅(qū)動。在系統(tǒng)采集到傳感器的相關(guān)報警信號時，向目的手機(jī)發(fā)送完提示短信后，蜂鳴器即發(fā)聲報警。當(dāng)按下消除報警的按鍵后，才消除報警聲音。

3系統(tǒng)軟件的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)的主流程圖

系統(tǒng)的工作方式為：系統(tǒng)上電進(jìn)行初始化，這一階段負(fù)責(zé)系統(tǒng)中傳感器的預(yù)熱等活動，并等待系統(tǒng)的布防操作。當(dāng)按下布、撤防開關(guān)，系統(tǒng)中的布撤防指示燈亮5秒，單片機(jī)即開始實(shí)時檢測熱釋電傳感器信號輸出端口的電平信號變化。一旦傳感器觸發(fā)了中斷，單片機(jī)進(jìn)行標(biāo)記，熱釋電工作LED指示燈閃爍3次指示，GSM模塊工作指示LED燈點(diǎn)亮，復(fù)位傳感器的標(biāo)記信息。隨即單片機(jī)從串口發(fā)送AT指令控制GSM模塊發(fā)送報警短信：“請注意，有人進(jìn)入報警范圍！”，短信發(fā)送完成后，熄滅指示GSM模塊工作的LED燈。蜂鳴器開始發(fā)聲報警，在按下聲音報警撤銷按鍵后，蜂鳴器停止聲音報警，否則持續(xù)報警。在沒有撤防的情況下，繼續(xù)監(jiān)測工作環(huán)境的安全狀況。系統(tǒng)主流程圖如圖7所示。

3.2 布防和撤防按鍵開關(guān)工作流程

系統(tǒng)中通過外部中斷0觸發(fā)方式的按鍵開關(guān)，來控制系統(tǒng)的布防與撤防。在按鍵按下奇數(shù)次時，系統(tǒng)布防。開單片機(jī)的外部中斷1，為熱釋電傳感器工作做準(zhǔn)備，布、撤防LED指示燈亮5秒。當(dāng)按鍵按下偶數(shù)次時，系統(tǒng)撤防，布、撤防LED指示燈閃爍5次，關(guān)閉單片機(jī)的外部中斷1，使單片機(jī)不處理來自熱釋電傳感器發(fā)送的信號。

3.3 GSM模塊工作流程

在單片機(jī)控制GSM模塊發(fā)送報警信息時，GSM模塊工作流程圖如圖3.3所示。單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令，從而控制GSM模塊的工作。其順序?yàn)椋菏紫韧ㄟ^串口發(fā)送頭信息，在GSM返回“>”后發(fā)送報警信息的PDU格式數(shù)據(jù)包，如果返回結(jié)果為“OK”，則發(fā)送信息成功，繼續(xù)等待下一次信息的發(fā)送。

4 系統(tǒng)測試

上電后，GSM模塊自帶的LED燈根據(jù)是否注冊到GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指示，LED燈閃爍1秒表示未找到信號，閃爍三秒表示已經(jīng)找到信號。如圖8所示。

在GSM模塊注冊到網(wǎng)絡(luò)之后，按下布防開關(guān)，LED1亮5秒，單片機(jī)開外部中斷1，系統(tǒng)開始檢測熱釋電傳感器電平信號的變化。如圖9所示。

當(dāng)熱釋電傳感器檢測到紅外輻射信號后，熱釋電傳感器的OUT端口電平產(chǎn)生負(fù)跳變，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷1，LED3閃爍3次。單片機(jī)檢測到了中斷產(chǎn)生的報警標(biāo)記，LED2點(diǎn)亮，單片機(jī)開始發(fā)送AT指令控制GSM模塊發(fā)送報警信息。系統(tǒng)發(fā)送完成報警短信：“請注意，有人進(jìn)入報警范圍！”到目的手機(jī)，LED2燈熄滅。手機(jī)收到的短信：“請注意，有人進(jìn)入報警范圍！ ”短信發(fā)送完成后蜂鳴器發(fā)出報警聲。按下報警消除按鍵，停止蜂鳴器報警。當(dāng)再次按下布防撤防按鍵，LED1閃爍5次，系統(tǒng)撤防。在此期間，單片機(jī)的外部中斷1關(guān)閉，系統(tǒng)不再對熱釋電傳感器的信號檢測標(biāo)記。只有再次布防，熱釋電傳感器開始檢測紅外信號，GSM短信模塊開始等待發(fā)送報警信息。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)中GSM模塊負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)的通信功能，單片機(jī)作為控制中心，傳感器負(fù)責(zé)檢測信號，按鍵開關(guān)控制系統(tǒng)是布防還是撤防，蜂鳴器用來報警，LED燈指示系統(tǒng)的工作狀況。軟件部分則是處理包括按鍵、熱釋電傳感器的輸入信號、控制GSM模塊工作、LED燈的指示。系統(tǒng)完成以后，實(shí)際測試可以完成安防要求，可以實(shí)時的發(fā)送出短信，按下報警消除按鍵后即可關(guān)閉警報，最終實(shí)現(xiàn)了智能家庭報警的系統(tǒng)。

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【通聯(lián)編輯：聞翔軍】