基于GPRS的無線紅外防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)

摘要：安防技術(shù)是當(dāng)前智能家居和智慧社區(qū)的重要發(fā)展方向，隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，GPRS無線傳輸和紅外檢測(cè)等先進(jìn)技術(shù)不斷得到應(yīng)用。本文以AT89S52單片機(jī)為核心，以RE200B熱釋電紅外傳感器和SIM300C芯片為關(guān)鍵器件，設(shè)計(jì)了一款基于GPRS的無線紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足智能家居和智慧社區(qū)的安防應(yīng)用需求，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：GPRS；紅外探測(cè)；防盜報(bào)警器

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，各類智能家居設(shè)備層出不窮，其中以安防為目的的各類報(bào)警器更是成為智能家居和智慧社區(qū)等應(yīng)用領(lǐng)域的重點(diǎn)[1]。但從當(dāng)前的家庭安防技術(shù)體系來看，許多報(bào)警器還存在著價(jià)格高、故障率高、功能單一等問題，使智能家居體驗(yàn)受到嚴(yán)重影響。在電子技術(shù)的推動(dòng)下，單片機(jī)、紅外探測(cè)傳感器和GPRS無線通信模塊等電子器件的性能迅速提高，成為家庭安防系統(tǒng)的重要組成部分[2]。以此為背景，本文設(shè)計(jì)了一款基于GPRS的無線紅外防盜報(bào)警器，以期為相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域提供有用的參考。

1 GPRS概述

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，GPRS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域更是具有很大的優(yōu)勢(shì)[3]。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱，它可以實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人進(jìn)行通信。GPRS具有傳輸速率高、接入時(shí)間短、頻譜效率高、支持協(xié)議多、兼容性能好、業(yè)務(wù)體系豐富、資源利用率高、傳輸速率高等特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主流應(yīng)用技術(shù)[4]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以GPRS發(fā)送模塊、紅外檢測(cè)等模塊為關(guān)鍵組件，以信息采集模塊、轉(zhuǎn)換模塊等為外圍輔助部分，共同完成基于GPRS的無線紅外防盜報(bào)警功能。首先，單片機(jī)在主程序的控制下完成各模塊的初始化，并啟動(dòng)紅外檢測(cè)裝置對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)有入侵者闖入監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，紅外檢測(cè)單元立即產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊的變換后傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)一方面發(fā)出報(bào)警信號(hào)，另一方面調(diào)用GPRS模塊向用戶發(fā)送報(bào)警短信，從而使主人能及時(shí)了解到非法入侵行為。

3 關(guān)鍵器件選型

考慮到大批量生產(chǎn)的需要，采用了ATMEL公司研發(fā)的AT89S52單片機(jī)芯片為主控單元，以RE200B熱釋電紅外傳感器作為檢測(cè)單元，同時(shí)采用BIS0001對(duì)紅外傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行處理，上述芯片價(jià)格較國(guó)低廉，但性能可滿足防盜報(bào)警的需求，因而具有較高的性價(jià)比。為了提高系統(tǒng)性能，采用了臺(tái)灣普城公司研發(fā)的PT2262 芯片作為無線門磁信號(hào)的發(fā)射電路，可完成信號(hào)的編碼與解碼工作，由于該芯片采用了CMOS工藝，因此在功耗上可以大大節(jié)省，該芯片在無線通訊領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛。振動(dòng)信號(hào)的采集選用南京遠(yuǎn)拓公司生產(chǎn)的YT-JB3芯片，它可以實(shí)現(xiàn)地址編碼，具有體積小、質(zhì)量輕、低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，并且在公安部有合法備案，有助于商業(yè)化推廣。GPRS 模塊采用Simcom公司研發(fā)的SIM300C芯片，可以實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送、語音通話和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其中硬件系統(tǒng)主要由紅外感應(yīng)電路、無線門磁電路、振動(dòng)探測(cè)電路、無線發(fā)射電路、串口通信電路、以及電源電路等六大模塊。

4.1 紅外感應(yīng)電路設(shè)計(jì)

紅外感應(yīng)電路以RE200B雙元件型熱釋電紅外傳感器為核心器件，傳感器在平靜無擾動(dòng)的環(huán)境中工作時(shí)，其電壓保持恒定。當(dāng)有人進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域時(shí)，RE200B的感應(yīng)信號(hào)由于受到干擾，會(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)交變的紅外輻射信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過電磁感應(yīng)后變成一個(gè)微弱跳變的電壓脈沖，經(jīng)過BISS0001芯片的功率放大和整形處理后向外輸出，使后級(jí)電路可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

4.2 無線門磁電路設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)上看，本文設(shè)計(jì)的無線門磁電路由磁鐵部件和開關(guān)部件兩部分構(gòu)成，它是通過對(duì)開關(guān)和磁鐵之間的距離來決定信號(hào)變化的，當(dāng)由于環(huán)境變化造成兩者距離不斷加大，達(dá)到某一閾值后會(huì)引開關(guān)的動(dòng)作，該動(dòng)作會(huì)被感應(yīng)電路所接收，并將電平拉低，并由PT2262芯片的14引腳傳入，再通過內(nèi)部處理后從17腳輸出調(diào)制脈沖信號(hào)，最終由AT89S52單片機(jī)的P1.0引腳進(jìn)入主控單元，從而為后續(xù)單元的工作提供了信號(hào)。

4.3 振動(dòng)探測(cè)電路設(shè)計(jì)

振動(dòng)探測(cè)傳感器YT-JB3由12V外接電源供電，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域有人非法入侵時(shí)，環(huán)境會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生一定的振動(dòng)信號(hào)，并觸發(fā)振動(dòng)探測(cè)器報(bào)警。YT-JB3具有2路輸出，分別完成不同的任務(wù)，其中第一路輸出是開關(guān)信號(hào)，在正常情況下，繼電器處于常閉狀態(tài)，報(bào)警器處于常開狀態(tài)；第二路輸出是12V電平信號(hào)，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，能夠直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)采用低電平設(shè)計(jì)，由單片機(jī)接收并處理。

4.4無線通信電路設(shè)計(jì)

AT89S52單片機(jī)內(nèi)部采用TTL電平進(jìn)行工作，但外部器件由串口輸出的信號(hào)通常不是標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，因此無法由單片機(jī)直接處理，因而本文設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)換模塊，信號(hào)的轉(zhuǎn)換由MAX232芯片完成，以滿足信號(hào)處理的要求。GPRS模塊主要完成無線傳輸功能，其通信能力需要借助SIM卡來實(shí)現(xiàn)，因此GPRS電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵是SIM卡電路的設(shè)計(jì)，本文將SIM300C芯片集成到系統(tǒng)中，通過單片機(jī)寫入AT指令，實(shí)現(xiàn)其短信發(fā)送、語音通話和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

4.5 電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊為系統(tǒng)各單元提供電力支持，其穩(wěn)定性影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。為了保證供電可靠，本文采用直流穩(wěn)壓電流進(jìn)行供電，其內(nèi)部包含電源變壓器、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等部分，其中電源變壓器可以把220V交流電轉(zhuǎn)換為更低的電壓值，接著由格式整流電路把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但此時(shí)的直流仍有一定的波動(dòng)，因此通過濾波電流去除高頻成分，得到更加平穩(wěn)的直流電壓，最后由穩(wěn)壓電路將其穩(wěn)定在各功能模塊所需要的電壓水平。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件代碼采用C語言設(shè)計(jì)，應(yīng)用模塊化的編程思想，對(duì)各功能模塊的代碼進(jìn)行設(shè)計(jì)。與硬件系統(tǒng)功能相對(duì)應(yīng)，軟件系統(tǒng)可以分為紅外感應(yīng)子程序、無線門磁子程序、振動(dòng)探測(cè)子程序、無線發(fā)射子程序、串口通信子程序、以及電源監(jiān)測(cè)子程序等六大模塊。單片機(jī)的運(yùn)行受主程序控制，按照一定的順序調(diào)用各功能模塊，完成紅外監(jiān)測(cè)和防盜報(bào)警功能。電源模塊向單片機(jī)供電，然后各設(shè)備啟動(dòng)，在初始化程序的操作下完成初始化工作，然后單片機(jī)進(jìn)入循環(huán)掃描，對(duì)外部的檢測(cè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一旦有報(bào)警信號(hào)傳入，單片機(jī)會(huì)立即對(duì)其進(jìn)行處理，調(diào)用GPRS模塊向用戶發(fā)送短信。

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于GPRS的無線紅外防盜報(bào)警器在某小區(qū)內(nèi)進(jìn)行了大范圍應(yīng)用，其工作穩(wěn)定可靠，完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求。由于本系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕、低功耗、高性能、低成本等優(yōu)點(diǎn)，有著很高的性價(jià)比和競(jìng)爭(zhēng)力，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：陳亮（1996.10.21）男，漢族，安徽馬鞍山市當(dāng)涂縣人，本科學(xué)歷，現(xiàn)就讀于：河海大學(xué)文天學(xué)院