摘 要： 分析了常見報警系統(tǒng)的局限性，運用單片機和全球通模塊TC35i設計了一種報警系統(tǒng)，通過合理選擇方案、設計硬件接口和軟件實現(xiàn)了安裝簡便、工作可靠、運行成本低廉的報警器。該安防報警裝置可廣泛應用于庭院、居室、小區(qū)等防區(qū)，實用效果顯著。
關鍵詞： 安防報警系統(tǒng)；單片機；GSM；熱釋電紅外線探測器；TC35i；AT指令
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財產(chǎn)安全越來越重視，采取了許多措施來保護家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網(wǎng)，但有礙美觀，不符合防火要求，不能有效地防止壞人的入侵。電子信息技術的發(fā)展使安居工程的實現(xiàn)成為可能，家庭電子安全防范報警系統(tǒng)應運而生。這些家庭安全防范報警系統(tǒng)一般在案情發(fā)生時，由電子電路探測信號，控制器通過有線通信方式實現(xiàn)遠程報警，這需要先期投資安裝綜合布線系統(tǒng)，造價高、工期長。對于大量缺少綜合布線設計的老式建筑需要進行布線等改建工程，有礙安居、舒適、美觀，因而現(xiàn)有的安防系統(tǒng)很不實用[1]。本文采用單片機和GSM無線模塊設計一種實用的安防報警系統(tǒng)，能夠自動探測居室盜情，立即進行本地報警以嚇阻盜賊，同時通過GSM無線模塊發(fā)送短信或撥打預先設定的電話號碼實現(xiàn)遠程報警。
1 系統(tǒng)總體方案設計
實用型安防報警系統(tǒng)硬件電路包括報警控制器、警情探測電路、本地報警電路、遠程報警電路和報警預設置通信接口4個部分。軟件部分包括驅(qū)動控制軟件和上位機可視化報警設置軟件，通過RS-232接口電路可與PC機通信，通過運行于PC機上的報警設置軟件預先設置遠程報警電話號碼。系統(tǒng)總體方案構成如圖1所示。整機系統(tǒng)整合了Atmel系列單片機(89s51)、GSM通信模塊(TC35i)、遮擋式紅外線探測及熱釋電紅外探測轉(zhuǎn)換電路，通信接口電平轉(zhuǎn)換電路(MAX232)等等。TC35i是Siemens公司推出的GSM無線通信工業(yè)模塊，在系統(tǒng)報警控制器的AT指令控制驅(qū)動下檢測充值的SIM卡，并將啟動信息輸送至該通信模塊實現(xiàn)激活網(wǎng)絡狀態(tài)，發(fā)送報警信息通過微波天線實現(xiàn)短信息發(fā)射，甚至撥打預先設定的接警電話號碼[2]。安防報警系統(tǒng)在上電復位后執(zhí)行初始化程序完成整機系統(tǒng)啟動、進入待警狀態(tài)、GSM模塊啟動等任務，當發(fā)生防區(qū)入侵時由主動與被動紅外線探測器、門磁開關等電路探測并轉(zhuǎn)換為開關信號，由單片機作為系統(tǒng)控制器進行判斷，并觸發(fā)系統(tǒng)本地報警和遠程報警功能，最后可通過設定的工作開關消除警報并切換到布防待警狀態(tài)。
2 安防報警系統(tǒng)電路設計
用于安全防范報警系統(tǒng)的探測器有無線式和有線式，例如紅外線對射管、人體熱釋電被動式紅外線感應探測器，以及超聲波探測式、微波探測式等屬于無線式探測電路；有線式如門磁開關、易斷金屬線網(wǎng)和銅排踩踏探測器等。本系統(tǒng)以單片機為安防報警控制器，運用紅外線對射管、人體熱釋電被動紅外線感應探測器、門磁開關、金屬網(wǎng)斷線等探測器設計警情探測電路，運用NE555構成振蕩電路來模擬警燈和警笛實現(xiàn)本地報警，運用GSM模塊和RS-232通信接口構成無線遠程報警電路和報警預設置電路。
2.1 警情探測電路
警情探測電路將入侵轉(zhuǎn)換為電平信號，作為報警控制器的外部中斷輸入信號。本系統(tǒng)采用紅外線對射式探測器、熱釋電探測器、門磁和易斷金屬線網(wǎng)探測器實現(xiàn)布防探測。各部分電路結構如圖2、圖3、圖4所示，均在發(fā)生入侵異常時輸出高電平。
2.2 安防報警控制器電路
安防報警系統(tǒng)設置工作開關，接入P3.6，當開關接通時P3.6變?yōu)榈碗娖较到y(tǒng)進入待警工作狀態(tài)，開關斷開時系統(tǒng)消除警報或停止工作。將4路警情探測電路信號通過7425雙路4輸入或非門復合后送入外部中斷0，由硬件電路實現(xiàn)警情識別，一旦有人入侵布防區(qū)域立即啟動聲光報警電路嚇阻犯罪分子，并及時通知接警人員。同時將4路信號接入普通I/O口P1.0～P1.3用于擴展防區(qū)顯示電路。限于篇幅本任務略去。由控制器I/O口P2.0驅(qū)動的LED燈用于指示防區(qū)安全與系統(tǒng)正常工作狀態(tài)。P3.7用作本地報警啟動控制輸出，P3.0、P3.1用于通信，P1.5、P1.6用于控制GSM模塊，控制器接口電路見圖5。
2.3 本地聲光報警電路
本地報警電路由兩片NE555組成振蕩電路，輸出振蕩信號驅(qū)動LED和揚聲器聲光報警，如圖6所示。圖中，IC1和R5、R6、C3組成頻率固定的低頻振蕩器，輸出驅(qū)動LED燈閃爍。IC2和R8、R9、C4組成另一振蕩器，因其參考電壓經(jīng)PNP發(fā)射極耦合取自電容器C3的充放電端電壓，一旦起振輸出頻率變化的信號，驅(qū)動揚聲器發(fā)出如同警笛一般的鳴響。
2.4 遠程無線通信及報警預設置通信電路
采用西門子工業(yè)級全球通(GSM)模塊TC35i實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程無線報警，由供電模塊(ASIC)、閃存、零阻力插座ZIF(Zero Insertion Force)連接器、天線接口等部分組成，支持中文短信息，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，在EGSM900和GSM1800雙頻段工作[2]。TC35i的數(shù)據(jù)接口采用CMOS電平，通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，默認為9.6 kb/s，支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service)，可通過AT指令實現(xiàn)重啟和故障恢復。TC35i模塊的40個引腳通過ZIF連接器引出，劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制，其中15腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后由控制器P1.5給IGT加低電平持續(xù)時間大于100 ms且電平下降時間不可超過1 ms的低脈沖使TC35i進入工作狀態(tài)。Tc35i模塊的16～23腳構成一個串行異步收發(fā)器，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0，支持標準的AT命令集，符合ITU-T RS232接口標準，即8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300 b/s~115 kb/s之間可選，其中RTS0/CTS0硬件握手信號用控制器P1.6管腳提供，18腳RxD0、19腳TxD0通過電平轉(zhuǎn)換電路和單片機UART交叉連接。TC35i使用外接式SIM卡，24～29為SIM卡引腳，當SIM卡插好后ZIF的CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平[3]。本應用設計中通過三極管Q3控制LED指示GSM模塊的工作狀態(tài)：LED熄滅表明TC35i處于關閉或睡眠狀態(tài)，以LED 600 ms亮/600 ms熄表示SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網(wǎng)絡搜尋、登錄、用戶身份鑒定；以75 ms亮/3 s滅，表明TC35i網(wǎng)絡注冊成功處于待機狀態(tài)。無線遠程報警及報警設置電路如圖7所示。
3 安防報警系統(tǒng)程序設計
軟件部分主要分為系統(tǒng)主程序、中斷服務子程序、上位機設置程序。其中主程序?qū)崿F(xiàn)初始化和系統(tǒng)工作狀態(tài)切換。初始化部分完成對單片機串行口、中斷系統(tǒng)、待警狀態(tài)的初始化和GSM模塊的啟動。其中串口工作于異步收發(fā)模式(UART)，實現(xiàn)遠程報警及報警預設置；警情探測電路在探測到入侵時輸出高電平，經(jīng)7425或非門轉(zhuǎn)換為低電平信號送入單片機的外部中斷0。該電平信號不能自行消除，故外部中斷0須設置為脈沖下降沿觸發(fā)方式；本系統(tǒng)以位寄存器F0記錄安全與入侵狀態(tài)，0為安全，1為入侵。GSM模塊由控制器發(fā)送AT指令完成啟動和注冊網(wǎng)絡。系統(tǒng)工作狀態(tài)切換是無限循環(huán)，一方面檢測系統(tǒng)工作開關的狀態(tài)決定啟動或關閉報警器，另一方面根據(jù)入侵情況控制防區(qū)安全指示LED燈閃爍。主程序工作流程見圖8。
當檢測到防區(qū)入侵后進入中斷服務程序，需完成入侵標志位置位、報警電路啟動控制、關閉平安指示LED燈、發(fā)送報警短信等任務，流程如圖9所示。其中發(fā)送報警短消息子程序是通過發(fā)送AT聯(lián)機指令和“CMGS=”信息，經(jīng)聯(lián)機成功GSM模塊返回“OK”字符串，檢測之后再發(fā)送“AT+CMGF=1”字符串設置短信模式，然后發(fā)送命令字22H和接警電話號碼到GSM模塊，最后通過命令字0DH開始以英文文本的ASCII碼方式發(fā)送短信息內(nèi)容，接收到“>”字符后以1AH命令字結束遠程報警通信控制[4]。
當系統(tǒng)通過RS-232接口與PC機連接時可通過上位機的報警預設置軟件向系統(tǒng)控制器發(fā)送接警電話號碼，上位機程序用VB開發(fā)，通過MSCOMM串口操作控件將文本框中填入的電話號碼發(fā)向單片機，單片機串口接收中斷服務程序收到電話號碼后以ASCII碼方式存放在RAM緩沖區(qū)以供發(fā)送短信時調(diào)取。
本系統(tǒng)基于單片機和GSM模塊設計實用型安防報警系統(tǒng)，安裝靈活，可免除布線等改建工程，運行費用低廉，是家庭安居工程的實用選擇。
參考文獻
[1] 韓戴男.智能化家居：離我們有多遠[N].中國建設報，2006-09-07(11).
[2] Sony Ericsson Mobile Communications. GR47/GR48 Design Guidelines. 2003.
[3] Sony Ericsson Mobile Communications. GR47/GR48 AT Commands Manual. 2003.
[4] 徐藝文.GPRS模塊GR47在數(shù)據(jù)傳輸方面的應用設計[J].現(xiàn)代電子技術，2005(15)：23-25.