基于GSM技術(shù)的實(shí)訓(xùn)室安防系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

方建華++范軍

摘 要： 針對傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室安防主要靠人力管理巡邏來實(shí)現(xiàn)，其不僅效率低下，且耗費(fèi)大量的人力資源的問題，以GSM模塊為數(shù)據(jù)傳輸方式，結(jié)合微處理器以及傳感器模塊，開發(fā)了基于GSM技術(shù)的實(shí)訓(xùn)室安防系統(tǒng)。系統(tǒng)以LPC2138微控制器為主控平臺，完成對紅外傳感模塊、溫濕度傳感模塊、玻璃破碎傳感模塊、煙霧傳感模塊等數(shù)據(jù)的采集，并通過GSM模塊完成遠(yuǎn)程報警以及與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)傳輸。此外，通過PC端監(jiān)控軟件對實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，完成了實(shí)訓(xùn)室的安防工作。

關(guān)鍵詞： GSM； 安防系統(tǒng)； 遠(yuǎn)程報警； 傳感器模塊； LPC2138微控制器

中圖分類號： TN948.64?34； TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）18?0055?03

Development and design of training room security protection system

based on GSM Technology

FANG Jianhua， FAN Jun

（Department of Mechanical and Electrical Engineering， Sichuan traffic Vocational and Technical College， Chengdu 633100， China）

Abstract： The traditional training room security mainly depends on human management and security patrol， which is inefficient and spends a lot of manpower resource， a training room safety protection system based on the GSM module for data transmission was developed in combination with microprocessor and sensor module. The LPC2138 microcontroller is adopted as the main control platform of the system to achieve the data acquisition of infrared sensing module， temperature?humidity sensing module， broken glass sensing module and smoke sensing module， and complete remote alarm， data communication and data transmission with the monitoring center through the GSM module. The PC monitoring software is used to realize the real?time monitoring of the training room， and complete the training room security protection.

Keywords： GSM； security protection system； remote alarm； sensor module； LPC2138 microcontroller

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室安防主要依靠人力管理巡邏來實(shí)現(xiàn)，其效率低下，耗費(fèi)大量的人力資源。通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并交由處理器來進(jìn)行險情判斷的形式，結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，大幅增加了實(shí)訓(xùn)室安防的效率[1?2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

圖1為本文所設(shè)計開發(fā)的基于GSM的實(shí)訓(xùn)室安防系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。其主要分為兩個模塊，即實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)模塊及監(jiān)控系統(tǒng)模塊[3?4]。

實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)模塊主要負(fù)責(zé)采集實(shí)訓(xùn)室的環(huán)境信息與安全信息，并對采集到的數(shù)據(jù)包括：溫濕度、煙霧濃度、紅外傳感等進(jìn)行處理并判斷是否處于正常狀態(tài)。若某一參數(shù)處于非正常范圍，則將危險信息顯示在LCD顯示屏上并啟動聲光報警器發(fā)出警報，同時將警報信息通過GSM模塊傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行存儲備案。實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)模塊主控平臺為恩智浦公司的LPC2138微控制器，其連接著溫濕度傳感器、紅外傳感器、煙霧傳感器、玻璃破碎、門磁、穿磁傳感等，組成一個完整的環(huán)境監(jiān)控與安防系統(tǒng)。同時，其連接了按鍵控制、LCD顯示、聲光報警以及GSM等模塊，形成了一套完整的危險信息顯示、查詢與報警系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)模塊由LPC2138微控制器、GSM模塊、PC端、LCD 顯示模塊以及聲光報警模塊組成。GSM模塊負(fù)責(zé)接收從實(shí)訓(xùn)室系統(tǒng)所采集到的環(huán)境與安防信息，并通過LPC2138微控制器來對接收到的信息進(jìn)行處理，判斷哪一項參數(shù)處于危險情況，并通過LCD模塊顯示。同時，將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC端對實(shí)訓(xùn)室情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)模塊分為有人值班與無人看守模式。在有人值班模式下，當(dāng)實(shí)訓(xùn)室出現(xiàn)險情時，GSM模塊將險情傳送到控制平臺上，啟動聲光報警模塊發(fā)出警報，從而通知值班人員前往實(shí)訓(xùn)室查看險情情況并處理。在無人看守模式下，當(dāng)實(shí)訓(xùn)室發(fā)生危險情況時，GSM模塊將自動發(fā)送報警短信至實(shí)訓(xùn)室管理人員，通知其前往查看并處理險情。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)采用恩智浦公司的LPC2138 ARM處理器作為系統(tǒng)的主控平臺。LPC2138是基于一個支持實(shí)時仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TDMI?STM CPU的微控制器，并帶有32 KB，64 KB，512 KB的嵌入高速FLASH存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運(yùn)行。此外，其具有豐富的數(shù)/模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、PWM通道以及I/O口等，使其適用于控制系統(tǒng)。

紅外傳感模塊[5?6]用于檢測實(shí)訓(xùn)室是否遭外部人員異常入侵，本文采用的是熱釋電紅外傳感器P2288，其驅(qū)動電路如圖2所示。當(dāng)實(shí)訓(xùn)室的監(jiān)控區(qū)出現(xiàn)人員活動時，此時紅外傳感器的信號將傳送到熱釋電傳感器處理芯片BIS0001，并經(jīng)處理后其輸出端能夠產(chǎn)生相應(yīng)的電平變化。LPC2138微處理器通過識別紅外傳感模塊的D0端電平變化情況，即能判斷是否有人異常進(jìn)入實(shí)訓(xùn)室。煙霧傳感模塊[7?9]主要負(fù)責(zé)檢測實(shí)訓(xùn)室是否發(fā)生火災(zāi)，其電路如圖3所示。本文采用QM?N5煙霧傳感器來檢測煙霧的濃度，以及熱敏電阻NTC503D來感知實(shí)訓(xùn)室溫度的上升，通過兩者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的檢測。其主要工作原理是通過煙霧傳感器以及熱敏電阻，分別對煙霧與溫度的敏感性所造成的阻值變化而使電壓比價器兩端電壓出現(xiàn)高低替換，導(dǎo)致輸出電平相應(yīng)發(fā)生變化，從而檢測火災(zāi)險情。當(dāng)實(shí)訓(xùn)室處于正常狀態(tài)下時，煙霧傳感器以及熱敏電阻的阻值較高，使得分壓電阻RP1以及RP2的電壓變低，U2>U3，輸出電壓為低。當(dāng)實(shí)訓(xùn)室發(fā)生火災(zāi)時，煙霧傳感器以及熱敏電阻的阻值變低，使得分壓電阻RP1和RP2的電壓變大，U2

圖2 紅外傳感模塊電路

圖3 煙霧傳感模塊電路

鍵盤模塊作為系統(tǒng)的輸入設(shè)備，其主要用于查看LCD顯示屏的險情信息以及選擇系統(tǒng)工作模式。本文采用的是4×4矩陣鍵盤，其共有16個按鍵，包括數(shù)字鍵0～9以及6個功能鍵。鍵盤采用電平掃描方式來實(shí)現(xiàn)按鍵識別，并采用延遲函數(shù)進(jìn)行消抖。

GSM模塊采用德國Siemens的TC35i GSM模塊。TC35i是一款雙頻900/1 800 MHz高度集成的GSM模塊，其能傳輸語言和數(shù)據(jù)信號，并通過連接器分別與SIM讀卡器以及天線連接。TC35i通過AT命令能夠?qū)崿F(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)與指令，可支持TEXT及PDU編碼格式的數(shù)據(jù)與指令，且支持AT指令進(jìn)行GSM模塊的重啟與故障恢復(fù)。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件程序[10]框圖如圖5所示。

一旦發(fā)現(xiàn)險情，即通過GSM模塊將險情信息發(fā)送至監(jiān)控端或直接發(fā)送警報信息至管理人員。同時，啟動聲光報警器并將險情信息發(fā)送至LCD屏幕上顯示。鍵盤模塊可實(shí)現(xiàn)信息查詢及系統(tǒng)工作模式選擇，包括查詢系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，設(shè)置系統(tǒng)為有人值班或無人看守模式。系統(tǒng)采用定時采集數(shù)據(jù)形式對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

2 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)監(jiān)控軟件界面如圖6所示，界面上方分別為菜單管理、功能區(qū)、實(shí)訓(xùn)室切換區(qū)；界面下方為實(shí)訓(xùn)室狀態(tài)信息顯示區(qū)。由圖6可看出，目前系統(tǒng)連接著6個實(shí)訓(xùn)室，對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并能實(shí)時顯示每個實(shí)訓(xùn)室的溫濕度狀態(tài)、是否有人入侵或火災(zāi)情況。點(diǎn)擊任意一個實(shí)訓(xùn)室，進(jìn)入該實(shí)訓(xùn)室的信息顯示頁面，如圖7所示。當(dāng)處于無人看守模式下，系統(tǒng)會自動發(fā)送報警信息至管理人員，提醒相關(guān)人員前去查看。

3 結(jié) 語

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)室安防主要依靠人力管理巡邏來實(shí)現(xiàn)，其不僅效率低下，還耗費(fèi)大量的人力資源。本文以GSM模塊為數(shù)據(jù)傳輸方式，結(jié)合微處理器以及傳感器模塊，開發(fā)了基于GSM技術(shù)的實(shí)訓(xùn)室安防系統(tǒng)。其以LPC2138微控制器為主控平臺，完成對紅外傳感模塊、溫濕度傳感模塊、玻璃破碎傳感模塊、煙霧傳感模塊等數(shù)據(jù)的采集，并通過GSM模塊完成遠(yuǎn)程報警以及與監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信和傳輸。此外，通過PC端監(jiān)控軟件對實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，完成了實(shí)訓(xùn)室的安防工作。測試結(jié)果顯示，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，各項功能復(fù)合預(yù)期結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 顏彤.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高職院校實(shí)訓(xùn)室安防系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子測試，2015（1）：112?113.

[2] 林宇洪，陳清耀，巫志龍，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室安防系統(tǒng)設(shè)計[J].江西科技師范大學(xué)學(xué)報，2015（6）：70?74.

[3] 張民壘.基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2015.

[4] 崔一然.基于GPRS的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技，2016（18）：53?54.

[5] 毛玲，李振波，張大偉，等.基于紅外傳感器的移動微機(jī)器人定位研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（12）：38?41.

[6] 劉云武.基于紅外熱釋電傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)定位技術(shù)研究[D].太原：中北大學(xué)，2014.

[7] 江杰，宋宏龍.基于GSM短信的煙霧傳感報警系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2014，33（1）：1?3.

[8] 高金轉(zhuǎn)，彭旭鋒，張會新，等.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子器件，2016，39（3）：546?550.

[9] 常書林，盧峰，仇成群.基于ZigBee的汽車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技，2016，29（4）：66?70.

[10] 巢玉江，袁紅兵，馮鋒，等.基于ZigBee與GSM技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械制造與自動化，2014，43（1）：138?140.