無線智能報警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝亞楠

摘 要：移動通信網(wǎng)絡(luò)在近十幾年里迅速發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用。短信息就是移動通信技術(shù)中一項(xiàng)特別實(shí)用的業(yè)務(wù)，也是移動通信網(wǎng)絡(luò)中最基本的一種業(yè)務(wù)。本文就是利用這種短消息業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)了無線智能報警系統(tǒng)。報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用紅外傳感器和GSM模塊。系統(tǒng)采用GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)做為遠(yuǎn)程交流的傳輸媒體，以STC89C52RC單片機(jī)系統(tǒng)為中央控制核心，用最便捷、易讀的中文形式展示短消息的內(nèi)容，直接把報警短消息顯示到提前需要提醒的用戶手機(jī)上。

關(guān)鍵詞：信號采集；STC89C52RC單片機(jī)；GSM模塊GTM900C

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.119

1 引言

本設(shè)計(jì)使用紅外傳感器探測外界信號，當(dāng)有人進(jìn)入到監(jiān)控范圍內(nèi)，就會觸發(fā)報警系統(tǒng)，報警系統(tǒng)發(fā)送警告消息到達(dá)用戶的手機(jī)。該系統(tǒng)主要是利用單片機(jī)、紅外傳感器、GSM移動通信模塊來相互配合、協(xié)調(diào)工作。主要運(yùn)行流程：當(dāng)傳感器檢測到有人進(jìn)入到監(jiān)控區(qū)域時，一方面進(jìn)行現(xiàn)場聲、光報警；另一方面利用GSM無線通訊網(wǎng)絡(luò)，將有人闖入這個信息傳遞到戶主手機(jī)端，戶主在接收到信息后，可以采取相應(yīng)的措施。

2 系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用被動式的熱釋電紅外傳感器監(jiān)控人體散發(fā)的紅外線，紅外探測電路在檢測到入侵者的入侵行為時，產(chǎn)生信號，并將此信號經(jīng)過處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)對輸入的信號進(jìn)行判斷和處理，當(dāng)單片機(jī)判斷出熱釋電探測電路送來的檢測信號時，單片機(jī)將通過聲光報警電路進(jìn)行聲光報警，現(xiàn)場威懾入侵者。與此同時，單片機(jī)下達(dá)AT命令控制GSM模塊給用戶發(fā)送短消息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報警。

3 系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的信號處理電路包括兩級增益放大、帶通濾波、比較電路組成該帶通濾波器中C9具有隔直作用，C9和R10構(gòu)成高通濾波器，避免了對直流的放大。同時，C5和R6構(gòu)成低通濾波器，濾除高頻噪聲。由于輸出信號的頻率很低，電容的容抗較大，所以R10的阻值應(yīng)當(dāng)選擇大阻值。為保證放大電路的增益值，R6的阻值必須大于R3的50倍以上。經(jīng)計(jì)算，得到第一級放大電路的指標(biāo)如下：

上限截止頻率為：

（3.1）

下線截止頻率為：

（3.2）

電路增益和頻率有關(guān)聯(lián)，當(dāng)輸入信號頻率為1赫茲時，第一級放大增益為：

（3.3）

第一級放大電路的輸出信號，經(jīng)過電阻R9、電容C7耦合到第二級放大電路進(jìn)行進(jìn)一步的濾波放大。第二級放大增益為：

（3.4）

在整個過程中，輸出信號經(jīng)過兩級放大，總增益最終能達(dá)到66分貝。雙限電壓比較器由四運(yùn)放（LM324）的其它兩個放大器組成。因此，雙限電壓比較器的高低閾值應(yīng)取為3.1伏和1.9伏時才能夠有效的抵抗噪聲干擾，即當(dāng)放大器輸出信號電平高于3.1伏或者低于1.9伏時，比較器才會輸出高電平，表示有人進(jìn)入到探測范圍。

3.1 GSM模塊及其外圍電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用型號為STC89C52RC的單片機(jī)，它是一種帶8K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的低功耗、高性能CMOS8的微處理器，單片機(jī)基本電路主要包括時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路及一些基本設(shè)置。

GTM900C模塊包含射頻電路和基帶，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，也能夠快速、安全、高效的傳輸語音、短消息、傳真等，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)就是利用該模塊中的串口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信。

GTM900C模塊的數(shù)據(jù)輸入輸出引腳需要通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接到單片機(jī)的串行口。單片機(jī)通過串行口對GTM900C進(jìn)行訪問和讀寫。這里使單片機(jī)串行口的TTL電平能夠與GTM900C通信口的RS232電平互相轉(zhuǎn)換，這樣才能進(jìn)行通信。

在GTM900C外圍電路也是由幾部分組成，主要有啟動電路、指示電路、數(shù)據(jù)通信電路、SIM卡電路等。

4 系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)串行通信

MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有一個串行口，能夠進(jìn)行全雙工工作。

串口中斷程序能夠判斷系統(tǒng)接收到的短信息，然后對此信息所要表達(dá)的意思進(jìn)行下達(dá)相關(guān)的指令，完成相應(yīng)操作。在對用戶的管理指令進(jìn)行相關(guān)運(yùn)行、操作后，中斷程序就會循環(huán)到起初的狀態(tài)，繼續(xù)待命，并不斷的檢查相關(guān)命令，以便迅速解決相關(guān)問題。

4.2 單片機(jī)與GSM模塊通信

本設(shè)計(jì)采用西門子公司開發(fā)的GSM AT指令集，單片機(jī)通過下達(dá)正確的AT指令到GTM900C模塊，從而對模塊進(jìn)行初始化和短消息的發(fā)送接收等。采用PDU模式時，可以使用三種編碼方式來編碼要發(fā)送的內(nèi)容，分別是7-bit編碼、8-bit編碼、16-bit編碼。7-bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符；8-bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，比如圖片和鈴聲等；而16-bit編碼用于發(fā)送Unicode字符。

5 系統(tǒng)的調(diào)試

5.1 信號調(diào)理電路仿真

本設(shè)計(jì)信號處理電路主要由信號的放大、濾波電路以及比較電路組成。此處應(yīng)用multisim10軟件進(jìn)行仿真測試。為了更好的對仿真電路進(jìn)行仿真分析，可以用一個正弦信號源代替圖中的熱釋電傳感器，正弦信號的振幅為5mV，頻率為1Hz，與熱釋電傳感器的輸出信號基本一致。其波形圖如圖5.1所示。

XMM1測量傳感器輸出信號的電壓值為4.966V；XMM3測量信號經(jīng)過第一級放大后的電壓值為-642.333V。

5.2 聲光報警電路仿真

聲光報警電路是單片機(jī)接收信號為高電平時開始工作，對該硬件電路的調(diào)試使用proteus軟件進(jìn)行調(diào)試仿真，通過以上的軟件仿真調(diào)試，可以很清晰的看到當(dāng)給P0.0口一個高電平時，就會觸發(fā)聲光報警電路，緊接著LED燈亮，蜂鳴器發(fā)出“滴、滴”的報警聲。利用GSM串口調(diào)試專用工具對GTM900C模塊進(jìn)行調(diào)試，在利用GSM串口調(diào)試專用工具進(jìn)行調(diào)試時，第一步先對GTM900C模塊發(fā)送AT回車，點(diǎn)擊手動發(fā)送，收到OK表示連接網(wǎng)絡(luò)成功；第二步發(fā)送AT+CMGF=0指令，即設(shè)定短消息發(fā)送模式為PDU模式；第三步發(fā)送AT+CMGS=39指令，即發(fā)送長度為39的短消息；第四步接著發(fā)送短消息內(nèi)容；第五步點(diǎn)擊十六進(jìn)制發(fā)送，再發(fā)送0x1a，表示發(fā)送內(nèi)容完畢，收到OK表示發(fā)送短信成功，手機(jī)即會收到短信。

6 總結(jié)

該設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的中央處理器，利用被動式熱釋電傳感器和GTM900C移動通信模塊相互組合，設(shè)計(jì)了此款應(yīng)用短消息業(yè)務(wù)的報警器。與市場上已有的報警系統(tǒng)相比，本報警系統(tǒng)的主要功能和優(yōu)勢有以下幾方面：

（1）本設(shè)計(jì)中采用的是被動式熱釋電紅外傳感器，其主要對人體釋放出的紅外線波段敏感。只要有人體闖入監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，熱式紅外傳感器就會發(fā)出報警信號。

（2）可靠性高。與普通的無限傳輸方式相比，GSM網(wǎng)絡(luò)有效避免了數(shù)據(jù)包的丟失，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（3）該報警系統(tǒng)采用了GSM移動通信模塊和單片機(jī)相結(jié)合的智能控制，一旦構(gòu)成報警條件時，單片機(jī)就會下達(dá)報警指令，移動通信模塊自動向用戶終端發(fā)送報警短信息。

（4）此系統(tǒng)的聲光報警采用單片機(jī)控制響應(yīng)的時間為1分鐘，減去了遙控器帶來的不便。

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