基于單片機(jī)與GSM的實(shí)用型安防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

余金棟

（廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510440）

基于單片機(jī)與GSM的實(shí)用型安防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

余金棟

（廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510440）

分析了常見報(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。

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、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、門磁開關(guān)等電路探測(cè)并轉(zhuǎn)換為開關(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；有線式如門磁開關(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、門磁開關(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)置工作開關(guān)，接入P3.6，當(dāng)開關(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)，開關(guān)斷開時(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。

[1]韓戴男.智能化家居：離我們有多遠(yuǎn)[N].中國(guó)建設(shè)報(bào)，2006-09-07（11）.

[2]Sony Ericsson Mobile Communications.GR47/GR48 Design Guidelines.2003.

[3]SonyEricsson MobileCommunications.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(yīng)用設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（15）：23-25.

Design of practical security alarm system based on MCU and GSM

Yu Jindong

（Guangdong Construction Vocational Institute，Guangzhou 510440，China）

In order to design practical security alarm system，the work analyzes the limitations of common alarm system，then the design of an alarming system based on microcontroller and GSM module TC35i come true，which is an optimized system of reasonable hardware interfaces and software achieving simply fix and reliable work by low-cost.The security alarm device can be widely used in garden，house，residential and other guard zones with obvious practical effect.

security alarm system；MCU；GSM；pyroelectric infrared detectors；TC35i；AT command

TP277

A

1674-7720（2011）03-0086-03

2010-08-14）

余金棟，男，1977年生，碩士，講師，主要研究方向：樓宇智能化電子系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)及精密光學(xué)測(cè)量。