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的實用型安防報警系統(tǒng)的設(shè)計

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)計了一種報警系統(tǒng)，通過合理選擇方案、設(shè)計硬件接口和軟件實現(xiàn)了安裝簡便、工作可靠、運(yùn)行成本低廉的報警器。該安防報警裝置可廣泛應(yīng)用于庭院、居室、小區(qū)等防區(qū)，實用效果顯著。

安防報警系統(tǒng)；單片機(jī)；GSM；熱釋電紅外線探測器；TC35i；AT指令

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財產(chǎn)安全越來越重視，采取了許多措施來保護(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)展使安居工程的實現(xiàn)成為可能，家庭電子安全防范報警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這些家庭安全防范報警系統(tǒng)一般在案情發(fā)生時，由電子電路探測信號，控制器通過有線通信方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警，這需要先期投資安裝綜合布線系統(tǒng)，造價高、工期長。對于大量缺少綜合布線設(shè)計的老式建筑需要進(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)很不實用[1]。本文采用單片機(jī)和GSM無線模塊設(shè)計一種實用的安防報警系統(tǒng)，能夠自動探測居室盜情，立即進(jìn)行本地報警以嚇阻盜賊，同時通過GSM無線模塊發(fā)送短信或撥打預(yù)先設(shè)定的電話號碼實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

實用型安防報警系統(tǒng)硬件電路包括報警控制器、警情探測電路、本地報警電路、遠(yuǎn)程報警電路和報警預(yù)設(shè)置通信接口4個部分。軟件部分包括驅(qū)動控制軟件和上位機(jī)可視化報警設(shè)置軟件，通過RS-232接口電路可與PC機(jī)通信，通過運(yùn)行于PC機(jī)上的報警設(shè)置軟件預(yù)先設(shè)置遠(yuǎn)程報警電話號碼。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）、遮擋式紅外線探測及熱釋電紅外探測轉(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無線通信工業(yè)模塊，在系統(tǒng)報警控制器的AT指令控制驅(qū)動下檢測充值的SIM卡，并將啟動信息輸送至該通信模塊實現(xiàn)激活網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，發(fā)送報警信息通過微波天線實現(xiàn)短信息發(fā)射，甚至撥打預(yù)先設(shè)定的接警電話號碼[2]。安防報警系統(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、進(jìn)入待警狀態(tài)、GSM模塊啟動等任務(wù)，當(dāng)發(fā)生防區(qū)入侵時由主動與被動紅外線探測器、門磁開關(guān)等電路探測并轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，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)本地報警和遠(yuǎn)程報警功能，最后可通過設(shè)定的工作開關(guān)消除警報并切換到布防待警狀態(tài)。

2 安防報警系統(tǒng)電路設(shè)計

用于安全防范報警系統(tǒng)的探測器有無線式和有線式，例如紅外線對射管、人體熱釋電被動式紅外線感應(yīng)探測器，以及超聲波探測式、微波探測式等屬于無線式探測電路；有線式如門磁開關(guān)、易斷金屬線網(wǎng)和銅排踩踏探測器等。本系統(tǒng)以單片機(jī)為安防報警控制器，運(yùn)用紅外線對射管、人體熱釋電被動紅外線感應(yīng)探測器、門磁開關(guān)、金屬網(wǎng)斷線等探測器設(shè)計警情探測電路，運(yùn)用NE555構(gòu)成振蕩電路來模擬警燈和警笛實現(xiàn)本地報警，運(yùn)用GSM模塊和RS-232通信接口構(gòu)成無線遠(yuǎn)程報警電路和報警預(yù)設(shè)置電路。

2.1 警情探測電路

警情探測電路將入侵轉(zhuǎn)換為電平信號，作為報警控制器的外部中斷輸入信號。本系統(tǒng)采用紅外線對射式探測器、熱釋電探測器、門磁和易斷金屬線網(wǎng)探測器實現(xiàn)布防探測。各部分電路結(jié)構(gòu)如圖2、圖 3、圖4所示，均在發(fā)生入侵異常時輸出高電平。

2.2 安防報警控制器電路

安防報警系統(tǒng)設(shè)置工作開關(guān)，接入P3.6，當(dāng)開關(guān)接通時P3.6變?yōu)榈碗娖较到y(tǒng)進(jìn)入待警工作狀態(tài)，開關(guān)斷開時系統(tǒng)消除警報或停止工作。將4路警情探測電路信號通過7425雙路4輸入或非門復(fù)合后送入外部中斷0，由硬件電路實現(xiàn)警情識別，一旦有人入侵布防區(qū)域立即啟動聲光報警電路嚇阻犯罪分子，并及時通知接警人員。同時將4路信號接入普通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用作本地報警啟動控制輸出，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 本地聲光報警電路

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

2.4 遠(yuǎn)程無線通信及報警預(yù)設(shè)置通信電路

采用西門子工業(yè)級全球通（GSM）模塊TC35i實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線報警，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，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，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AT指令實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。TC35i模塊的40個引腳通過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腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后由控制器P1.5給IGT加低電平持續(xù)時間大于100 ms且電平下降時間不可超過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，無校驗位，波特率在300 b/s～115 kb/s之間可選，其中RTS0/CTS0硬件握手信號用控制器P1.6管腳提供，18腳RxD0、19腳TxD0通過電平轉(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)計中通過三極管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)注冊成功處于待機(jī)狀態(tài)。無線遠(yuǎn)程報警及報警設(shè)置電路如圖7所示。?

3 安防報警系統(tǒng)程序設(shè)計

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。其中串口工作于異步收發(fā)模式（UART），實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警及報警預(yù)設(shè)置；警情探測電路在探測到入侵時輸出高電平，經(jīng)7425或非門轉(zhuǎn)換為低電平信號送入單片機(jī)的外部中斷0。該電平信號不能自行消除，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指令完成啟動和注冊網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)工作狀態(tài)切換是無限循環(huán)，一方面檢測系統(tǒng)工作開關(guān)的狀態(tài)決定啟動或關(guān)閉報警器，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、報警電路啟動控制、關(guān)閉平安指示LED燈、發(fā)送報警短信等任務(wù)，流程如圖9所示。其中發(fā)送報警短消息子程序是通過發(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和接警電話號碼到GSM模塊，最后通過命令字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)程報警通信控制[4]。

當(dāng)系統(tǒng)通過RS-232接口與PC機(jī)連接時可通過上位機(jī)的報警預(yù)設(shè)置軟件向系統(tǒng)控制器發(fā)送接警電話號碼，上位機(jī)程序用VB開發(fā)，通過MSCOMM串口操作控件將文本框中填入的電話號碼發(fā)向單片機(jī)，單片機(jī)串口接收中斷服務(wù)程序收到電話號碼后以ASCII碼方式存放在RAM緩沖區(qū)以供發(fā)送短信時調(diào)取。

本系統(tǒng)基于單片機(jī)和GSM模塊設(shè)計實用型安防報警系統(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用選擇。

[1]韓戴男.智能化家居：離我們有多遠(yuǎn)[N].中國建設(shè)報，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[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)計及精密光學(xué)測量。