摘 要： 設(shè)計(jì)并制作了一款基于GSM無(wú)線網(wǎng)技術(shù)的智能家居報(bào)警器。整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)可以分為數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信兩大部分。報(bào)警器由核心控制模塊、傳感器模塊、GSM無(wú)線通信模塊、報(bào)警器模塊4個(gè)模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)優(yōu)選AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)主控模塊。采用MAX232芯片為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口提供電平轉(zhuǎn)換。R2OUT、T2IN兩引腳發(fā)送和接收單片機(jī)的AT指令、短信內(nèi)容等數(shù)據(jù)，T2OUT、R2IN兩引腳向GSM模塊傳送和接收數(shù)據(jù)。傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理，判斷是否需要報(bào)警。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)加入了多個(gè)外接引腳，可以自主增加需要的傳感器，提高了系統(tǒng)的靈活性。
關(guān)鍵詞： AT89S52；GSM；傳感器；AT指令
0 引言
近年來(lái)，不法分子入室盜竊、搶劫的案件屢見(jiàn)不鮮，人民生命、財(cái)產(chǎn)的安全已變得十分重要。來(lái)自公安部門(mén)的調(diào)查表明，近年來(lái)，入室搶劫和被盜現(xiàn)象呈上升趨勢(shì)，且危害嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)和間接經(jīng)濟(jì)損失巨大，已嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和社會(huì)的和諧穩(wěn)定，而目前所有的安防系統(tǒng)，無(wú)非采用諸如紅外線、有限距離無(wú)線通信、物理防盜卡以及與公安110有線聯(lián)動(dòng)等方式來(lái)解決防盜問(wèn)題。但是，由于這些系統(tǒng)或產(chǎn)品原理的局限性，導(dǎo)致誤報(bào)警，抗干擾能力弱或管理不便，不能及時(shí)收到報(bào)警信號(hào)，造成了大量人力、物力以及財(cái)力的浪費(fèi)。同時(shí)，無(wú)線發(fā)射方式功率大（耗費(fèi)能源），并且需要得到無(wú)管委的許可，對(duì)系統(tǒng)及產(chǎn)品的推廣也有一定的限制。
鑒于此種情形，為杜絕偷盜者的入室盜竊、搶劫行為，更為了避免生命財(cái)產(chǎn)的危害，本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)基于GSM報(bào)警的智能家居防盜報(bào)警器，用以解決長(zhǎng)期困擾人們生活的防盜問(wèn)題。
1 總體系統(tǒng)方案
1.1 系統(tǒng)原理與組成
報(bào)警器工作原理：傳感器接收外部報(bào)警信息并將其傳送給核心處理器，處理器對(duì)接收的報(bào)警信號(hào)進(jìn)行分析和處理，處理結(jié)果通過(guò)處理器以AT指令的形式發(fā)送到GSM模塊，GSM模塊根據(jù)AT指令將報(bào)警短息發(fā)送到設(shè)定好的手機(jī)上。該技術(shù)克服了目前一些家居報(bào)警器在傳送距離和噪聲等方面的限制和缺點(diǎn)[1]。
該系統(tǒng)采用了三種報(bào)警源采集報(bào)警信息，通過(guò)單片機(jī)控制向用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。當(dāng)偷竊者觸碰激光光柵的任意一條光線，光柵傳感器產(chǎn)生動(dòng)作，輸出高電平；當(dāng)偷竊者盜開(kāi)門(mén)窗時(shí)，安裝在門(mén)窗開(kāi)合邊緣處的門(mén)磁報(bào)警器動(dòng)作；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧傳感器感測(cè)到煙霧，傳感器發(fā)生動(dòng)作。三路報(bào)警信號(hào)被送到AT89S52單片機(jī)進(jìn)行處理，立刻開(kāi)啟報(bào)警指示燈，同時(shí)發(fā)出刺耳的報(bào)警聲，高分貝報(bào)警聲能夠恫嚇偷竊者。與此同時(shí)，單片機(jī)控制TC35 GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信，并可撥打預(yù)先設(shè)定好的報(bào)警電話。
系統(tǒng)主要由核心控制模塊、電源模塊、傳感器模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊和GSM模塊組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.2 系統(tǒng)防盜
該系統(tǒng)內(nèi)置振動(dòng)傳感器，原理圖如圖2所示，當(dāng)盜竊者偷到該報(bào)警器時(shí)，振動(dòng)報(bào)警器會(huì)發(fā)出信號(hào)給單片機(jī)，發(fā)送報(bào)警短信到用戶手機(jī)，并且GSM會(huì)不斷發(fā)出信號(hào)[2]，警方可以根據(jù)GSM位置信息，及時(shí)地追蹤到盜竊者。
2 報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 煙霧傳感器
該系統(tǒng)采用市面上常用的煙霧報(bào)警器。從內(nèi)在原理來(lái)說(shuō)，煙霧報(bào)警器就是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，它是一種技術(shù)先進(jìn)、工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災(zāi)報(bào)警器。
該煙霧報(bào)警器通過(guò)內(nèi)部電池供電，其電池在不更換的情況下可持續(xù)使用5年以上。主機(jī)具有聲音報(bào)警功能，一根信號(hào)線輸出開(kāi)關(guān)量，即表示是否檢測(cè)到煙霧。
將信號(hào)線連接至三極管時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到報(bào)警信息時(shí)，輸出高電平給三極管的基極，使三極管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，集電極接地，I/O輸入低電平；反之，I/O輸入高電平。因此煙霧報(bào)警為低電平觸發(fā)。
2.2 激光光柵傳感器
激光光柵是由兩邊對(duì)射的多條激光束組成的光線平面，由于激光獨(dú)特的優(yōu)越性能，其抗干擾好、誤報(bào)率低，而較現(xiàn)有的紅外光柵更適應(yīng)野外環(huán)境。偷盜者只要碰到其中任意一條光線，報(bào)警主機(jī)立刻就會(huì)發(fā)出刺耳的警報(bào)聲，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)置的GSM模塊，撥打預(yù)先設(shè)置的多個(gè)報(bào)警電話，如手機(jī)、固話、小靈通、110等，還可群發(fā)短消息。激光光束的疏密、防范區(qū)域的大小以及圍欄的結(jié)構(gòu)均可根據(jù)不同的場(chǎng)所來(lái)設(shè)計(jì)。電子纜線可垂直或者水平安裝，從而提供一個(gè)更廣闊的保護(hù)屏障，防止入侵者挖掘或攀爬。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了交、直流雙電源供電，平時(shí)由市電供電，當(dāng)遇停電或遭到破壞時(shí)，內(nèi)置的蓄電池依然能使系統(tǒng)處于正常警戒狀態(tài)。
激光光柵一端可發(fā)射激光，另一端接收激光。當(dāng)另一端接收到激光時(shí)，接收端輸出低電平；未接收到激光時(shí)，接收端輸出高電平。接收端輸出低電平時(shí)，三極管不導(dǎo)通，集電極接Vcc，I/O口接收高電平。接收端輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，集電極接地，I/O口接收低電平。因此激光光柵傳感器為低電平觸發(fā)報(bào)警。
2.3 門(mén)磁傳感器
門(mén)磁報(bào)警器主要由開(kāi)關(guān)和磁鐵兩部分組成，開(kāi)關(guān)部分由磁簧開(kāi)關(guān)經(jīng)引線連接，定型封裝而成；磁鐵部分由對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi)。當(dāng)兩者分開(kāi)或接近至一定距離后，引起開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷從而感應(yīng)物體位置的變化。門(mén)磁報(bào)警器廣泛應(yīng)用于城市安防、銀行、電信、電力、司法、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉(cāng)庫(kù)等眾多領(lǐng)域門(mén)窗安裝使用。
門(mén)磁報(bào)警器輸出為短路或開(kāi)路狀態(tài)，所以可以通過(guò)輸出信號(hào)來(lái)控制三極管的通斷。
將兩根信號(hào)線分別連接三極管基極和發(fā)射極（發(fā)射極接地）。當(dāng)門(mén)磁裝置靠近時(shí)，輸出為短路，此時(shí)基極發(fā)射極短接，基極接地，三極管不導(dǎo)通，集電極接Vcc，I/O輸入為高電平。當(dāng)門(mén)磁遠(yuǎn)離時(shí)，輸出為斷路，此時(shí)基極通過(guò)電阻接Vcc，基極高電平，三極管導(dǎo)通，集電極接地，I/O口輸入為低電平。因此門(mén)磁報(bào)警器是低電平觸發(fā)報(bào)警。
2.4 聲光報(bào)警模塊與單片機(jī)接口電路
電源指示燈連接AT89S52單片機(jī)的P1.0口，報(bào)警喇叭接P1.1口。在軟件設(shè)計(jì)中，初始化狀態(tài)為P1.0=0、P1.1=1，即上電后電源指示燈亮，繼電器斷開(kāi)，報(bào)警喇叭不鳴響；當(dāng)完成對(duì)GSM模塊初始化后，寫(xiě)P1.0=1，此時(shí)電源指示燈滅，表示進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)；當(dāng)有報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，寫(xiě)P1.1=0，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器吸合，完成低電平驅(qū)動(dòng)報(bào)警。圖3為聲光報(bào)警模塊與單片機(jī)接口電路。
2.5 傳感器與單片機(jī)的接口電路
圖4為傳感器與單片機(jī)的接口電路。激光光柵傳感模塊接單片機(jī)AT89S52的P3.5口，當(dāng)此激光被切斷時(shí)，傳感器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，P3.5口接收低電平，單片機(jī)收到報(bào)警信號(hào)；同時(shí)P3.4口控制繼電器閉合，斷開(kāi)激光光柵的供電，以保護(hù)眼睛。
門(mén)磁傳感器模塊接單片機(jī)的P3.7口，當(dāng)門(mén)磁打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁傳感器斷路，三極管導(dǎo)通，P3.7口接收低電平，單片機(jī)收到報(bào)警信號(hào)。
煙霧報(bào)警器模塊接單片機(jī)的P3.3口，當(dāng)檢測(cè)到煙霧時(shí)，三極管導(dǎo)通，P3.3口接收低電平，單片機(jī)收到報(bào)警信號(hào)。
2.6 GSM模塊與單片機(jī)接口
TC35模塊是西門(mén)子公司生產(chǎn)的一款工業(yè)級(jí)別無(wú)線通信模塊，支持收發(fā)中文短信息。該模塊由6個(gè)部分組成，包括：供電模塊、閃存、ZIF連接器和天線接口等。TC35模塊的核心處理器主要針對(duì)GSM終端的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)的處理，涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能[2]。GSM系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中比較成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)[3]。
本設(shè)計(jì)中的TC35模塊是一款雙頻900/1 800 MHz高度集成的GSM模塊。TC35 GSM模塊設(shè)計(jì)緊湊，集成度高，可以大幅縮減產(chǎn)品尺寸[4]。同時(shí)，它與GSM2/2兼容、雙頻、RS232數(shù)據(jù)接口，為用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT指令接口，使用方便可靠，成本適中。圖5為GSM模塊與單片機(jī)接口電路。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件流程
該報(bào)警系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)流程如圖6所示。
GSM子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)單片機(jī)向GSM模塊發(fā)送AT指令，AT指令集包含了對(duì)短息和語(yǔ)音通話的控制，利用RS232串口，單片機(jī)向GSM模塊發(fā)送一系列AT指令，實(shí)現(xiàn)控制手機(jī)接收?qǐng)?bào)警短息和電話的功能。
3.2 部分源代碼
#include "Includes.h"
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar*pt=NULL；
sbit P1_0=P1^0；
sbit P1_1=P1^1；
sbit P3_7=P3^7；
sbit P3_4=P3^4；
sbit P3_5=P3^5；
sbit P3_3=P3^3；
void main（void）
{
int t=1，p=1；
memset（aa，0，MAXCHAR）；
Ini_UART（）； //串口初始化
Print_Str（"uart ok\r\n"）；
Delay_Xms（100）；
/*I/O口初始化*/
P1_0=0；//系統(tǒng)上電后電源指示燈亮
P1_1=1；//當(dāng)有報(bào)警時(shí)置低電平
P3_7=1；//接振動(dòng)傳感器
P3_4=1；
Delay_Xms（100）；
AT（）；//GSM模塊初始化
P1_0=1；
//GSM初始化后，電源指示燈關(guān)閉，表示進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)
//循環(huán)掃描I/O口，檢測(cè)是否有報(bào)警信號(hào)
while（1）
{
……
}
}
4 結(jié)論
本文所介紹的系統(tǒng)通過(guò)煙霧傳感器、門(mén)磁傳感器、激光光柵、單片機(jī)系統(tǒng)等完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和分析的過(guò)程，一旦接收到報(bào)警信號(hào)，將通過(guò)系統(tǒng)中的GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信到用戶手機(jī)，并可撥打提前設(shè)置好的手機(jī)號(hào)碼。當(dāng)系統(tǒng)被盜時(shí)，內(nèi)置的振動(dòng)傳感器將檢測(cè)到信號(hào)，單片機(jī)同時(shí)控制GSM模塊不斷發(fā)送信號(hào)，便于警方找到系統(tǒng)。經(jīng)使用證明，該系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)、誤判率低，并且性能可靠。
參考文獻(xiàn)
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