基于GSM的住宅智能報警系統(tǒng)的設(shè)計

　　一 引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了顯著提高；尤其是物質(zhì)生活水平的提高，安全方面的問題越來越引起人們的重視。為了保障自家的財產(chǎn)安全，許多樓房住戶都在自家地下室和住房的門、窗上安裝了防盜門和防護(hù)欄等。然而，這些設(shè)備在防盜的同時，也帶來了許多弊端：如，若防盜門鑰匙丟失，會給戶主帶來很大的麻煩；家中遇到緊急情況，這些防盜設(shè)備也會給逃生及消防救援帶來諸多不便。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尖端科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的普及，許多智能化的報警系統(tǒng)也應(yīng)運而生，它們將更便捷、更可靠地保障住戶的財產(chǎn)安全。在本文中，筆者設(shè)計了一種基于GSM的住宅智能報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)滿足了現(xiàn)代住宅防盜的需要。

　　二 系統(tǒng)工作原理

　　該系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器對防區(qū)實時監(jiān)視，單片機(jī)是整個系統(tǒng)的核心控制部件，傳感器觸發(fā)的開關(guān)報警信號經(jīng)過信號處理電路后輸入到單片機(jī)；單片機(jī)對信號加以判斷，然后發(fā)出命令，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)使系統(tǒng)按照一定的順序進(jìn)行工作。這里包括：當(dāng)智能檢測器發(fā)現(xiàn)異常情況時，一方面采用現(xiàn)場聲、光、電報警，以威懾犯罪分子，另一方面，引入先進(jìn)的GSM通訊技術(shù)，利用GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)，將家中的情況傳遞給戶主，戶主在得到信息后，可以立即采取有效的應(yīng)急措施，如，打電話給當(dāng)?shù)匚飿I(yè)、110求救中心等，對事故進(jìn)行緊急處理；另外，本系統(tǒng)可通過加密和解密以切換布防和撤防狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　三 系統(tǒng)主要部件

　　3.1 熱釋電紅外傳感器

　　在電子防盜領(lǐng)域中，熱釋電紅外傳感器因其隱蔽性好，功耗小，價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定，受到廣大用戶的歡迎。其工作原理：人體體溫一般在37度，會發(fā)出波長約10μM左右的紅外線，傳感器的紅外探頭靠探測人體發(fā)射的紅外線進(jìn)行工作。它的感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時會失去電荷平衡，進(jìn)而向外釋放電荷，后續(xù)經(jīng)一系列信號處理電路，便能產(chǎn)生報警信號[1]。為了僅對人體的紅外輻射敏感，在該傳感器的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，以增強(qiáng)聚集紅外線，起到有效限制環(huán)境干擾的作用。

　　3.2 GSM模塊

　　本設(shè)計采用的是西門子公司推出的新一代無線通信GSM模塊TC35，該模塊的工作電壓為3.3～5.5V，可以工作在900MHZ/1800MHZ兩個頻段，自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊，安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)和傳真。其中，由于短消息具有實現(xiàn)簡單、通信成本低、保密性好、直接面向用戶手機(jī)且不受地域限制等特點，是目前利用最為廣泛的通訊方式[2]。在該報警系統(tǒng)中，將用戶手機(jī)作為接收終端，當(dāng)家中有警情發(fā)生時，手機(jī)會自動收到一條來自智能報警系統(tǒng)的報警短信，這樣便可實時、可靠、快捷的實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警。

　　四 智能報警系統(tǒng)的設(shè)計

　　4.1 硬件電路設(shè)計

　　4.1.1監(jiān)測電路設(shè)計

　　這一部分為整個系統(tǒng)的動作核心。當(dāng)傳感器監(jiān)測到人體發(fā)出的紅外線后便輸出熱電信號，由于該信號非常微弱且夾雜有干擾信號，因此設(shè)計了特殊的信號處理電路（采用運算放大器，配合周邊電路形成具有帶通濾波器功能的放大電路）分離出熱電信號，并將其放大數(shù)千倍；通過參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，配合比較器電路進(jìn)一步消除流動熱空氣造成的干擾。然后對兩級放大后分離出的熱電信號進(jìn)行分析判斷。為防誤動作，信號將與門限電平進(jìn)行比較，產(chǎn)生高電平信號輸出。最后將不同探頭產(chǎn)生的信號通過或非門引入到單片機(jī)的INT1口，待中斷以執(zhí)行相應(yīng)的動作；當(dāng)沒有中斷時，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，這樣可以降低系統(tǒng)功耗。電路結(jié)構(gòu)見圖2。

　　4.1.2聲光電報警系統(tǒng)設(shè)計

　　當(dāng)單片機(jī)監(jiān)測到有人進(jìn)入防區(qū)里時，智能報警系統(tǒng)便通過蜂鳴器進(jìn)行聲音報警，同時發(fā)紅光二極管進(jìn)行閃爍，起到威懾犯罪分子的作用。本設(shè)計中也引入了高壓發(fā)生器，當(dāng)連接的繼電器常開觸點閉合后，經(jīng)升壓可使次級輸出高壓，將其引至報警裝置外殼，如果作案者意圖破壞報警裝置，在接觸到其外殼時，即便帶有手套，高壓也能擊穿手套通過人體放電，這將有效阻止犯罪分子的進(jìn)一步作案，但也不會對其造成永久性的傷害。

　　4.1.3 GSM通訊系統(tǒng)設(shè)計

　　單片機(jī)和TC35的通訊，一般采用串行工作方式1，數(shù)據(jù)格式為10位。其中，1個起始位（0），8個數(shù)據(jù)位（最低位在前），1個停止位（1）[3]。其波特率的值取決于定時器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值。由于單片機(jī)的TXD和RXD電平為TTL電平，而TC35進(jìn)行通訊時經(jīng)過RS-232接口，TTL電平和RS-232電平互不兼容，所以兩者接口時，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，在此使用MAX232芯片。

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路圖

　　4.1.4布防和撤防狀態(tài)的切換

　　通過對系統(tǒng)加密、解密的方法，進(jìn)行布防和撤防狀態(tài)的切換。系統(tǒng)初始化過程中，在單片機(jī)里設(shè)置了特定的密碼。當(dāng)家人回到家時，可通過正確輸入該密碼以撤防。此時，在室內(nèi)自由活動將不會產(chǎn)生報警。外出時，可操作鍵盤使系統(tǒng)重新進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)。需要注意的是：在布防狀態(tài)下，檢測到報警信號后系統(tǒng)需經(jīng)過一段延時后，再次核查該信號是否存在，若存在，而又沒有撤防，則產(chǎn)生相應(yīng)的警報（聲光電效果和短信息告知戶主）。這個延時非常必要，由于主人離開自設(shè)的防區(qū)需要一段時間，若沒有這個延時，那么主人自己經(jīng)過防區(qū)時，也會產(chǎn)生誤報警。

　　4.2 軟件設(shè)計

　　單片機(jī)主要實現(xiàn)對人體發(fā)出的紅外線的監(jiān)測、執(zhí)行相應(yīng)的聲光電報警、進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊及布防和撤防狀態(tài)切換等功能。在軟件編程時，按功能劃分模塊，并采用51系列單片機(jī)的匯編語言以實現(xiàn)。對于GSM通訊部分，主要是單片機(jī)通過串口向TC35模塊發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的AT命令，通過特定的命令發(fā)送和接收短信。短信的具體收發(fā)過程由TC35模塊自動實現(xiàn)，不受單片機(jī)的控制[4]。以下列出了相關(guān)的流程圖4、5。

圖4 主程序流程圖

圖5 中斷程序流程圖
 
　　五 結(jié)束語

　　該系統(tǒng)的創(chuàng)新點：住宅防區(qū)中出現(xiàn)警情時，系統(tǒng)可自動聲光電報警以給闖入者更強(qiáng)大的威懾；并通過GSM模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程告知戶主警情，使之立即采取有效的應(yīng)急措施，使防盜效果更佳；另外增加了加密解密的措施，以實現(xiàn)系統(tǒng)布防與撤防狀態(tài)的切換，真正實現(xiàn)了為戶主按需服務(wù)的功能。該系統(tǒng)也可擴(kuò)展到整座樓宇，甚至整個生活小區(qū)。因此，具有廣闊的使用空間和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]http://www.icembed.com/info-13451.htm.

[2]袁佑新 黃曉研等  基于GSM的汽車防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].中國水運.2007.3,5（3）：142～143.

[3]何橋  單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：中國鐵道出版社，2004.3

[4]員天佑 謝閱  基于GSM的遠(yuǎn)程住宅智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息.2006,5-1:95～96,53