摘 要： 當(dāng)前人們對家居防火、防盜以及對家用電器遠(yuǎn)程控制的需求日益提升， 同時手機(jī)已經(jīng)成為居民隨身攜帶的通信工具， 基于此設(shè)計了一種基于GSM 模塊的能夠通過手機(jī)對家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的集火災(zāi)、入侵報警于一體的自動短信安防報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由AVR ATmega16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)， 由短信帶密碼操作， 可設(shè)定8 組用戶電話號碼， 可中文短信報警， 帶有紅外微波雙鑒防盜和火災(zāi)檢測無線通信接口， 有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 錄像等工作。最后經(jīng)實測表明系統(tǒng)具有很好的檢測效果。
0 引言
隨著我國大量現(xiàn)代化住宅小區(qū)的建成， 人們對住宅的防火、防盜以及對家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電的需求日益提升， 而在當(dāng)前社會， 手機(jī)已經(jīng)成為居民每日隨身攜帶的通信工具， 基于此本文設(shè)計了一種基于GSM 模塊的能夠通過手機(jī)對家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電控制的集火災(zāi)、入侵報警于一體的可以自動向主人發(fā)送中文報警短信的安防報警系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1 GSM 安防報警系統(tǒng)示意圖所示， 本系統(tǒng)由AVR ATmeg a16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)，主機(jī)由短信帶密碼操作， 可設(shè)定8 組用戶電話號碼， 中文短信報警，系統(tǒng)具有3 路無線探測器（ 紅外微波防盜， 煙霧報警） 無線通信接口， 同時有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 錄像等工作。3 路無線探測器分別由紅外熱釋電傳感器、微波傳感器、煙霧傳感器以及無線收發(fā)模塊構(gòu)成。紅外熱釋電傳感器和微波傳感器共同構(gòu)成微波紅外復(fù)合入侵探測器，煙霧傳感器主要用于火災(zāi)檢測。一旦系統(tǒng)由主人通過手機(jī)短信打開后， 如果檢測到有人非法入侵或者有火災(zāi)發(fā)生，該系統(tǒng)將在立刻發(fā)短信通知設(shè)定好用戶號碼的主人（ 最多8 個手機(jī)號碼） 。同時為了方便主人離家能夠?qū)矣秒娖鞯冗M(jìn)行通斷電的控制， 本系統(tǒng)還提供兩路無線開關(guān)用作遠(yuǎn)程控制通斷， 用戶可通過短信命令對遠(yuǎn)程無線開關(guān)進(jìn)行控制。
圖1 GSM 安防報警系統(tǒng)示意圖
如圖2 系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖所示， 系統(tǒng)主機(jī)主要由MCU （ AT mega16 單片機(jī)） 、GSM（ T C35i） 及電平轉(zhuǎn)換模塊、延時接口電路（ 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器） 及顯示模塊（ 12865LCD ） 、315 MH z 發(fā)射電路、315 MHz 及433 MHz接收電路以及電源適配模塊（ AMS1117 3. 3和KIS3RR3 降壓模塊） 構(gòu)成。
圖2 系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1. 1 GSM 及電平轉(zhuǎn)換模塊
GSM 模塊采用的是西門子工業(yè)級GSM 模塊TC35i，由于T C35I UART 的電平為2. 9 V T TL電平， 不能直接與AT mega16 相連， 所以如圖3 電平轉(zhuǎn)換電路所示， 在RXD 端使用2 個簡單的非門做電平轉(zhuǎn)換以及在T XD 端串1 個限流電阻。由于TC35I 對電源要求較高（ 電壓下降超過400 mV 將復(fù)位） , 并且在發(fā)送數(shù)據(jù)期間電流峰值會達(dá)到2. 5 A, 所以在靠近T C35I的地方并聯(lián)了3 300 uF 的大容量電解電容， 以減少對電源的要求。
圖3 電平轉(zhuǎn)換電路
1. 2 延時接口電路及顯示模塊
本系統(tǒng)接收外部的無線信號采用的是查詢的方式，為了防止信號丟失， 并盡量和市面上相同編碼的無線模塊兼容， 本文設(shè)計了一個單穩(wěn)態(tài)延時接口電路， 該電路的原理圖如圖4 所示， Q1 基極為高電平時， C2 保存的電量被釋放， 比較器輸出高點平， 當(dāng)基極由高電平降為低電平時， C2 通過R3 充電， 比較器的反相端電位緩慢上升， 一旦C2 的電壓高過V ref 則比較器翻轉(zhuǎn)， 輸出低電平， 從而達(dá)到延時的目的。
圖4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時接口電路
顯示部分由ST7920LCD 構(gòu)成， LCD 與MCU 使用SPI 進(jìn)行連接。當(dāng)有按鍵按下時就觸發(fā)LCD 背光。無線接口部分由于防盜報警， 煙霧報警， 以及短信遠(yuǎn)程控制同時被觸發(fā)的概率很小， 故整個系統(tǒng)不必使用過多頻點進(jìn)行通信， 主機(jī)使用315 MHz 的無線模塊對無線開關(guān)進(jìn)行控制， 而熱釋電紅外和微波位移傳感器分別使用315 MHz, 433 MHz 兩個不同頻率對主機(jī)發(fā)送報警信號， 這樣可以使得報警時互不干擾。煙霧傳感器使用315 MHz 的頻率對主機(jī)發(fā)送信號。
1. 3 主機(jī)無線收發(fā)模塊
無線收發(fā)模塊主要由無線編碼芯片SC2262、無線解碼芯片PT2272、315 MHz 發(fā)射模塊以及接收模塊組成。主機(jī)對無線開關(guān)進(jìn)行控制時使用無線編碼芯片SC2262, 地址設(shè)置與接收部分PT2272 一致， 且震蕩電阻應(yīng)匹配， 當(dāng)MCU 上電后或者主機(jī)收到遠(yuǎn)程控制的短信， MCU 先根據(jù)EEPROM 內(nèi)保存的無線開關(guān)狀態(tài)改變PD4~ PD7 電平， 然后MCU 將發(fā)送一個寬度為1 s的低電平脈沖至PT2262 的16 引腳（ TE） , 使SC2262對于PD4 ~ PD7 的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼再從17 腳輸出至315 MHz發(fā)射模塊。
由于市面上有些探測傳感器的無線發(fā)射模塊觸發(fā)時只發(fā)高電平“1” ，所以主機(jī)解碼芯片不能用帶鎖存的PT 2272L4, 否則PT 2272L4 輸出的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)都是高電平， 會一直產(chǎn)生誤報， 因此為了更好的與市面產(chǎn)品兼容，本系統(tǒng)主機(jī)無線接收部分采用了非鎖存的PT2272M4芯片分別與315 MH z 和433 MHz 的接收模塊連接。
這樣當(dāng)有人入侵觸發(fā)報警時， 兩個報警器發(fā)出的信號不會因為處在同一頻率上而互相干擾而導(dǎo)致解碼錯誤， 避免了檢測到有人入侵但主機(jī)無報警的情況。煙霧報警器接收部分和微波報警器使用同一個PT2272 M4 和接收模塊。由于紅外、微波、煙霧報警被觸發(fā)時發(fā)射的信號是不連續(xù)且不同步的， 所以接收到信號將由3 路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器做3 s 的高電平， 提高M(jìn)CU 采樣判斷的準(zhǔn)確性。
2 系統(tǒng)軟件流程
系統(tǒng)的軟件流程圖如圖5 所示。
圖5 軟件流程圖
3 系統(tǒng)測試
微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器貼墻安裝， 安裝高度在3~5 m。對紅外傳感器從3 個不同角度進(jìn)行測試， 分別為正對、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 測出有效感應(yīng)距離分別為圖6 中A、B、C 所示。微波傳感器從3 個不同角度進(jìn)行測試， 分別為正對、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 測出有效感應(yīng)距離分別為圖7 中A 、B、C 所示。紅外感應(yīng)器的最大感應(yīng)直線距離達(dá)7 m, 最佳使用距離為6 m, 感應(yīng)角度90℃ 。微波感應(yīng)器的最大感應(yīng)直線距離達(dá)9 m, 近距離全向有效， 最佳使用距離為5 m。
圖6 紅外傳感器感應(yīng)距離測試示意圖
圖7 微波傳感器距離感應(yīng)測試示意圖
4 結(jié)語
本文設(shè)計的自動短信安防報警系統(tǒng)采用了熱釋電紅外、微波雙感應(yīng)器， 大大減少了誤報、漏報， 提高了安防報警系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。由AVR ATmeg a16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)， 只要在GSM 網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)， 無論用戶身在何處， 都能遠(yuǎn)程報警； 由短信帶密碼操作， 增加了系統(tǒng)的安全性； 可設(shè)定8 組用戶電話號碼，可中文短信報警； 帶有紅外微波雙鑒防盜無線通信接口， 提供遠(yuǎn)程無線開關(guān)功能， 有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 錄像等工作。本文的設(shè)計使得安防產(chǎn)品的性能得到了提高， 同時降低了系統(tǒng)的成本。