基于GSM模塊的家庭智能報警系統設計與研究

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，以STC89C52為核心處理單元，該報警系統通過采用電源供電熱釋電傳感器進行信號檢測，通過串口發(fā)送AT指令與控制GSM短信模塊實現在GSM網絡中實時傳輸信息到目的手機的家庭智能報警系統。本系統是一種可靠的、能遠距離實時反映家中安全情況的家庭防盜報警系統。

關鍵詞：STC89C52單片機;熱釋電傳感器;GSM模塊;家庭智能報警系統

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0233-03

隨著社會發(fā)展，物質財富的日益豐富，傳統的安防體系并不能適應于當前家庭安防的需求。本系統充分利用手機普及的生活環(huán)境，結合信息技術和傳感器技術發(fā)展進步的成果，滿足當下家庭的防盜報警需求。系統基于GSM網絡的短信服務，在STC89C52單片機的控制下，以無線形式實時的反映家中的安全情況信息到用戶的手機上，從而實現更加安全可靠、使用方便、成本合適的家庭防盜報警系統設計。

1 總體方案設計

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

系統在工作時，電源模塊為系統工作供電，單片機在加載在內部程序的調控下實現系統的各項工作。按鍵控制負責系統的布防和撤防及蜂鳴器報警消除，報警指示部分在單片機的控制下通過蜂鳴器和LED燈的工作情況指示系統的工作狀態(tài)，熱釋電傳感器模塊完成探測環(huán)境中人體的檢測任務。單片機STC89C52對收到來自傳感器的信號進行分析處理，并完成蜂鳴器的聲音報警任務和LED燈指示工作，實現系統的防盜報警功能。

2 家庭智能報警系統硬件系統

2.1 電源電路模塊設計

系統工作中可由220V的交流電壓，經變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后得到5V的直流電壓，為系統供電。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為保護二極管，保護三端穩(wěn)壓器免受負載過電壓的沖擊。此時電源還存在波動，在后續(xù)使用的過程中需要進行適當的穩(wěn)壓或濾波處理。

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

2.2 GSM短信模塊設計

2.2.1 TC35模塊介紹

GSM意為全球移動通信系統，又稱電信全球通系統。它是當前通信體系中最完善、應用最廣的一種數字移動通信網絡。

2.2.2 TC35模塊在系統中的工作方式

在系統設計時，將TC35模塊串口控制線中的TXD、RXD和GND和單片機對應的RXD、TXD和GND連接，由配套的電源適配器提供電源，通過單片機的串口發(fā)送AT指令，控制TC35模塊按系統要求進行工作。單片機與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原理接受并聚集待測物體釋放出的紅外信號。經由濾光片濾光后，將探測接收到的紅外線經由傳感器探測元和偏置電阻一起轉換成微弱的電壓信號，經場效應管放大后，轉換出一個可被識別的電平信號輸出。其結構原理圖如圖4所示。

熱釋電傳感器在防盜報警系統中的工作方式如圖5所示。

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

2.4 蜂鳴器報警模塊

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

3系統軟件的設計

3.1 系統的主流程圖

系統的工作方式為：系統上電進行初始化，這一階段負責系統中傳感器的預熱等活動，并等待系統的布防操作。當按下布、撤防開關，系統中的布撤防指示燈亮5秒，單片機即開始實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，單片機進行標記，熱釋電工作LED指示燈閃爍3次指示，GSM模塊工作指示LED燈點亮，復位傳感器的標記信息。隨即單片機從串口發(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。系統主流程圖如圖7所示。

3.2 布防和撤防按鍵開關工作流程

系統中通過外部中斷0觸發(fā)方式的按鍵開關，來控制系統的布防與撤防。在按鍵按下奇數次時，系統布防。開單片機的外部中斷1，為熱釋電傳感器工作做準備，布、撤防LED指示燈亮5秒。當按鍵按下偶數次時，系統撤防，布、撤防LED指示燈閃爍5次，關閉單片機的外部中斷1，使單片機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。單片機通過串口發(fā)送AT指令，從而控制GSM模塊的工作。其順序為：首先通過串口發(fā)送頭信息，在GSM返回“>”后發(fā)送報警信息的PDU格式數據包，如果返回結果為“OK”，則發(fā)送信息成功，繼續(xù)等待下一次信息的發(fā)送。

4 系統測試

上電后，GSM模塊自帶的LED燈根據是否注冊到GSM網絡進行指示，LED燈閃爍1秒表示未找到信號，閃爍三秒表示已經找到信號。如圖8所示。

在GSM模塊注冊到網絡之后，按下布防開關，LED1亮5秒，單片機開外部中斷1，系統開始檢測熱釋電傳感器電平信號的變化。如圖9所示。

當熱釋電傳感器檢測到紅外輻射信號后，熱釋電傳感器的OUT端口電平產生負跳變，觸發(fā)單片機的外部中斷1，LED3閃爍3次。單片機檢測到了中斷產生的報警標記，LED2點亮，單片機開始發(fā)送AT指令控制GSM模塊發(fā)送報警信息。系統發(fā)送完成報警短信：“請注意，有人進入報警范圍！”到目的手機，LED2燈熄滅。手機收到的短信：“請注意，有人進入報警范圍！ ”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。當再次按下布防撤防按鍵，LED1閃爍5次，系統撤防。在此期間，單片機的外部中斷1關閉，系統不再對熱釋電傳感器的信號檢測標記。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 結語

本系統中GSM模塊負責完成系統的通信功能，單片機作為控制中心，傳感器負責檢測信號，按鍵開關控制系統是布防還是撤防，蜂鳴器用來報警，LED燈指示系統的工作狀況。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。系統完成以后，實際測試可以完成安防要求，可以實時的發(fā)送出短信，按下報警消除按鍵后即可關閉警報，最終實現了智能家庭報警的系統。

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