摘  要： 分析了常見(jiàn)報(bào)警系統(tǒng)的局限性，運(yùn)用單片機(jī)和全球通模塊TC35i設(shè)計(jì)了一種報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)合理選擇方案、設(shè)計(jì)硬件接口和軟件實(shí)現(xiàn)了安裝簡(jiǎn)便、工作可靠、運(yùn)行成本低廉的報(bào)警器。該安防報(bào)警裝置可廣泛應(yīng)用于庭院、居室、小區(qū)等防區(qū)，實(shí)用效果顯著。
關(guān)鍵詞： 安防報(bào)警系統(tǒng)；單片機(jī)；GSM；熱釋電紅外線探測(cè)器；TC35i；AT指令

　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活日益改善，人們對(duì)家庭生命財(cái)產(chǎn)安全越來(lái)越重視，采取了許多措施來(lái)保護(hù)家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門(mén)、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(shù)的發(fā)展使安居工程的實(shí)現(xiàn)成為可能，家庭電子安全防范報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些家庭安全防范報(bào)警系統(tǒng)一般在案情發(fā)生時(shí)，由電子電路探測(cè)信號(hào)，控制器通過(guò)有線通信方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，這需要先期投資安裝綜合布線系統(tǒng)，造價(jià)高、工期長(zhǎng)。對(duì)于大量缺少綜合布線設(shè)計(jì)的老式建筑需要進(jìn)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(shí)用[1]。本文采用單片機(jī)和GSM無(wú)線模塊設(shè)計(jì)一種實(shí)用的安防報(bào)警系統(tǒng)，能夠自動(dòng)探測(cè)居室盜情，立即進(jìn)行本地報(bào)警以嚇阻盜賊，同時(shí)通過(guò)GSM無(wú)線模塊發(fā)送短信或撥打預(yù)先設(shè)定的電話號(hào)碼實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。
1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
　實(shí)用型安防報(bào)警系統(tǒng)硬件電路包括報(bào)警控制器、警情探測(cè)電路、本地報(bào)警電路、遠(yuǎn)程報(bào)警電路和報(bào)警預(yù)設(shè)置通信接口4個(gè)部分。軟件部分包括驅(qū)動(dòng)控制軟件和上位機(jī)可視化報(bào)警設(shè)置軟件，通過(guò)RS-232接口電路可與PC機(jī)通信，通過(guò)運(yùn)行于PC機(jī)上的報(bào)警設(shè)置軟件預(yù)先設(shè)置遠(yuǎn)程報(bào)警電話號(hào)碼。系統(tǒng)總體方案構(gòu)成如圖1所示。整機(jī)系統(tǒng)整合了Atmel系列單片機(jī)(89s51)、GSM通信模塊(TC35i)、遮擋式紅外線探測(cè)及熱釋電紅外探測(cè)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(wú)線通信工業(yè)模塊，在系統(tǒng)報(bào)警控制器的AT指令控制驅(qū)動(dòng)下檢測(cè)充值的SIM卡，并將啟動(dòng)信息輸送至該通信模塊實(shí)現(xiàn)激活網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，發(fā)送報(bào)警信息通過(guò)微波天線實(shí)現(xiàn)短信息發(fā)射，甚至撥打預(yù)先設(shè)定的接警電話號(hào)碼[2]。安防報(bào)警系統(tǒng)在上電復(fù)位后執(zhí)行初始化程序完成整機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)、進(jìn)入待警狀態(tài)、GSM模塊啟動(dòng)等任務(wù)，當(dāng)發(fā)生防區(qū)入侵時(shí)由主動(dòng)與被動(dòng)紅外線探測(cè)器、門(mén)磁開(kāi)關(guān)等電路探測(cè)并轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)，由單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器進(jìn)行判斷，并觸發(fā)系統(tǒng)本地報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警功能，最后可通過(guò)設(shè)定的工作開(kāi)關(guān)消除警報(bào)并切換到布防待警狀態(tài)。

2 安防報(bào)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
　用于安全防范報(bào)警系統(tǒng)的探測(cè)器有無(wú)線式和有線式，例如紅外線對(duì)射管、人體熱釋電被動(dòng)式紅外線感應(yīng)探測(cè)器，以及超聲波探測(cè)式、微波探測(cè)式等屬于無(wú)線式探測(cè)電路；有線式如門(mén)磁開(kāi)關(guān)、易斷金屬線網(wǎng)和銅排踩踏探測(cè)器等。本系統(tǒng)以單片機(jī)為安防報(bào)警控制器，運(yùn)用紅外線對(duì)射管、人體熱釋電被動(dòng)紅外線感應(yīng)探測(cè)器、門(mén)磁開(kāi)關(guān)、金屬網(wǎng)斷線等探測(cè)器設(shè)計(jì)警情探測(cè)電路，運(yùn)用NE555構(gòu)成振蕩電路來(lái)模擬警燈和警笛實(shí)現(xiàn)本地報(bào)警，運(yùn)用GSM模塊和RS-232通信接口構(gòu)成無(wú)線遠(yuǎn)程報(bào)警電路和報(bào)警預(yù)設(shè)置電路。
2.1 警情探測(cè)電路
　警情探測(cè)電路將入侵轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，作為報(bào)警控制器的外部中斷輸入信號(hào)。本系統(tǒng)采用紅外線對(duì)射式探測(cè)器、熱釋電探測(cè)器、門(mén)磁和易斷金屬線網(wǎng)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)布防探測(cè)。各部分電路結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4所示，均在發(fā)生入侵異常時(shí)輸出高電平。

2.2 安防報(bào)警控制器電路
　安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置工作開(kāi)關(guān)，接入P3.6，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)P3.6變?yōu)榈碗娖较到y(tǒng)進(jìn)入待警工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)系統(tǒng)消除警報(bào)或停止工作。將4路警情探測(cè)電路信號(hào)通過(guò)7425雙路4輸入或非門(mén)復(fù)合后送入外部中斷0，由硬件電路實(shí)現(xiàn)警情識(shí)別，一旦有人入侵布防區(qū)域立即啟動(dòng)聲光報(bào)警電路嚇阻犯罪分子，并及時(shí)通知接警人員。同時(shí)將4路信號(hào)接入普通I/O口P1.0～P1.3用于擴(kuò)展防區(qū)顯示電路。限于篇幅本任務(wù)略去。由控制器I/O口P2.0驅(qū)動(dòng)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(bào)警啟動(dòng)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(jiàn)圖5。

2.3 本地聲光報(bào)警電路
　本地報(bào)警電路由兩片NE555組成振蕩電路，輸出振蕩信號(hào)驅(qū)動(dòng)LED和揚(yáng)聲器聲光報(bào)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(dòng)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(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出如同警笛一般的鳴響。

2.4 遠(yuǎn)程無(wú)線通信及報(bào)警預(yù)設(shè)置通信電路
　采用西門(mén)子工業(yè)級(jí)全球通(GSM)模塊TC35i實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)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(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，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(guò)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(rèn)為9.6 kb/s，支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service)，可通過(guò)AT指令實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。TC35i模塊的40個(gè)引腳通過(guò)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(dòng)腳IGT，系統(tǒng)加電后由控制器P1.5給IGT加低電平持續(xù)時(shí)間大于100 ms且電平下降時(shí)間不可超過(guò)1 ms的低脈沖使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài)。Tc35i模塊的16～23腳構(gòu)成一個(gè)串行異步收發(fā)器，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，即8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)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(hào)用控制器P1.6管腳提供，18腳RxD0、19腳TxD0通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)UART交叉連接。TC35i使用外接式SIM卡，24～29為SIM卡引腳，當(dāng)SIM卡插好后ZIF的CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平[3]。本應(yīng)用設(shè)計(jì)中通過(guò)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(guān)閉或睡眠狀態(tài)，以LED 600 ms亮/600 ms熄表示SIM卡沒(méi)有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜尋、登錄、用戶身份鑒定；以75 ms亮/3 s滅，表明TC35i網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功處于待機(jī)狀態(tài)。無(wú)線遠(yuǎn)程報(bào)警及報(bào)警設(shè)置電路如圖7所示。

3 安防報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
　軟件部分主要分為系統(tǒng)主程序、中斷服務(wù)子程序、上位機(jī)設(shè)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(duì)單片機(jī)串行口、中斷系統(tǒng)、待警狀態(tài)的初始化和GSM模塊的啟動(dòng)。其中串口工作于異步收發(fā)模式(UART)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警及報(bào)警預(yù)設(shè)置；警情探測(cè)電路在探測(cè)到入侵時(shí)輸出高電平，經(jīng)7425或非門(mén)轉(zhuǎn)換為低電平信號(hào)送入單片機(jī)的外部中斷0。該電平信號(hào)不能自行消除，故外部中斷0須設(shè)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(dòng)和注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)工作狀態(tài)切換是無(wú)限循環(huán)，一方面檢測(cè)系統(tǒng)工作開(kāi)關(guān)的狀態(tài)決定啟動(dòng)或關(guān)閉報(bào)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(jiàn)圖8。

　當(dāng)檢測(cè)到防區(qū)入侵后進(jìn)入中斷服務(wù)程序，需完成入侵標(biāo)志位置位、報(bào)警電路啟動(dòng)控制、關(guān)閉平安指示LED燈、發(fā)送報(bào)警短信等任務(wù)，流程如圖9所示。其中發(fā)送報(bào)警短消息子程序是通過(guò)發(fā)送AT聯(lián)機(jī)指令和“CMGS=”信息，經(jīng)聯(lián)機(jī)成功GSM模塊返回“OK”字符串，檢測(cè)之后再發(fā)送“AT+CMGF=1”字符串設(shè)置短信模式，然后發(fā)送命令字22H和接警電話號(hào)碼到GSM模塊，最后通過(guò)命令字0DH開(kāi)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(jié)束遠(yuǎn)程報(bào)警通信控制[4]。

　當(dāng)系統(tǒng)通過(guò)RS-232接口與PC機(jī)連接時(shí)可通過(guò)上位機(jī)的報(bào)警預(yù)設(shè)置軟件向系統(tǒng)控制器發(fā)送接警電話號(hào)碼，上位機(jī)程序用VB開(kāi)發(fā)，通過(guò)MSCOMM串口操作控件將文本框中填入的電話號(hào)碼發(fā)向單片機(jī)，單片機(jī)串口接收中斷服務(wù)程序收到電話號(hào)碼后以ASCII碼方式存放在RAM緩沖區(qū)以供發(fā)送短信時(shí)調(diào)取。
    本系統(tǒng)基于單片機(jī)和GSM模塊設(shè)計(jì)實(shí)用型安防報(bào)警系統(tǒng)，安裝靈活，可免除布線等改建工程，運(yùn)行費(fèi)用低廉，是家庭安居工程的實(shí)用選擇。
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