摘 要： 分析了常見報警系統(tǒng)的局限性,，運用單片機和全球通模塊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,、運行成本低廉的報警器。該安防報警裝置可廣泛應用于庭院,、居室,、小區(qū)等防區(qū)，實用效果顯著,。
關(guān)鍵詞： 安防報警系統(tǒng),；單片機；GSM,；熱釋電紅外線探測器,；TC35i；AT指令
隨著社會經(jīng)濟的發(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)應運而生,。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)送短信或撥打預先設(shè)定的電話號碼實現(xiàn)遠程報警,。
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,、遠程報警電路和報警預設(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可視化報警設(shè)置軟件,，通過RS-232接口電路可與PC機通信,，通過運行于PC機上的報警設(shè)置軟件預先設(shè)置遠程報警電話號碼。系統(tǒng)總體方案構(gòu)成如圖1所示,。整機系統(tǒng)整合了Atmel系列單片機(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，甚至撥打預先設(shè)定的接警電話號碼[2],。安防報警系統(tǒng)在上電復位后執(zhí)行初始化程序完成整機系統(tǒng)啟動,、進入待警狀態(tài)、GSM模塊啟動等任務(wù),，當發(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，由單片機作為系統(tǒng)控制器進行判斷,，并觸發(fā)系統(tǒng)本地報警和遠程報警功能,，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)以單片機為安防報警控制器,，運用紅外線對射管、人體熱釋電被動紅外線感應探測器,、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，運用GSM模塊和RS-232通信接口構(gòu)成無線遠程報警電路和報警預設(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，當開關(guān)接通時P3.6變?yōu)榈碗娖较到y(tǒng)進入待警工作狀態(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)動揚聲器發(fā)出如同警笛一般的鳴響,。
2.4 遠程無線通信及報警預設(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,。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,，支持標準的AT命令集，符合ITU-T RS232接口標準,，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UART交叉連接。TC35i使用外接式SIM卡,，24～29為SIM卡引腳,，當SIM卡插好后ZIF的CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平[3],。本應用設(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)注冊成功處于待機狀態(tài),。無線遠程報警及報警設(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)遠程報警及報警預設(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,。
當檢測到防區(qū)入侵后進入中斷服務(wù)程序，需完成入侵標志位置位,、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)機指令和“CMGS=”信息,，經(jīng)聯(lián)機成功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)束遠程報警通信控制[4],。
當系統(tǒng)通過RS-232接口與PC機連接時可通過上位機的報警預設(shè)置軟件向系統(tǒng)控制器發(fā)送接警電話號碼,，上位機程序用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,，單片機串口接收中斷服務(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,，運行費用低廉，是家庭安居工程的實用選擇,。
參考文獻
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