基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王希友，解 雷，朱巖純，孫林港

（中油（新疆）石油工程有限公司 設(shè)計(jì)分公司，新疆維吾爾自治區(qū) 克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和競爭的日益激烈，新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的開發(fā)應(yīng)用已提到非常重要的位置。GSM模塊是繼GSM手機(jī)外，又一種非常重要的GSM通信系統(tǒng)終端設(shè)備。它是傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器與GSM無線移動通信系統(tǒng)相結(jié)合的數(shù)據(jù)終端設(shè)備。因此，也叫無線調(diào)制解調(diào)器。由于調(diào)制解調(diào)器必須通過PSTN或者其他專用通訊網(wǎng)進(jìn)行通信，因而受地域、線路等影響，在應(yīng)用上有很大的局限性，而GSM模塊則無此限制，所以基于這種模塊，以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以開發(fā)出多種前景及其各類應(yīng)用。在單片機(jī)技術(shù)日趨成熟的今天，其靈活的硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，讓單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎是從小的電子產(chǎn)品，到大的工業(yè)控制，單片機(jī)都起到了舉足輕重的作用[1]。

1 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

目前市場上常見的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等。但它們有各自的缺點(diǎn)：

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Hardware structure block diagram

1）固定電話撥號容易被盜賊在入室搶劫前切斷電話線或惡意占線，使其在關(guān)鍵時(shí)刻失靈。

2）以太網(wǎng)同樣面臨著線路被切斷的隱患，且不易普及。

3）集群系統(tǒng)功耗很大，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)費(fèi)用很高，而且需要購買固定的頻點(diǎn)。

針對以上通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于GSM彩信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。該綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——基于GSM彩信提醒的家庭防盜設(shè)備由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺；而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)防盜設(shè)備所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動與手動相結(jié)合的家庭防盜設(shè)備智能控制。

1.1 防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基于GSM彩信提醒的家庭防盜設(shè)備主要由雙串口單片機(jī)、GSM模塊、蜂鳴器、攝像頭、繼電器、有線門磁構(gòu)成。其輸入?yún)?shù)是當(dāng)有外力破壞有線門磁后，系統(tǒng)自動啟動攝像頭的圖像采集功能，通過GSM模塊將該信息傳遞到預(yù)先設(shè)定好的手機(jī)號碼中。硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

1.2 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在明確防盜器的設(shè)計(jì)思路后，考慮到本系統(tǒng)所安裝的環(huán)境影響因素比較多，且存在單片機(jī)反應(yīng)延遲時(shí)間及數(shù)據(jù)傳送時(shí)間等，都會導(dǎo)致報(bào)警不及時(shí)，所以在設(shè)計(jì)過程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到縮短延遲時(shí)間問題。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，電子元器件的選用、線路布置和設(shè)備的安放要充分考慮到抗干擾問題。

1.3 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)硬件調(diào)試注意事項(xiàng)

在對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試。靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在電路搭建好后，對其進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看端口是否正確連接，連接是否可靠。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)用萬用表檢查電路，看應(yīng)當(dāng)開路的地方是否開路，應(yīng)當(dāng)短路的地方是否短路，電源地線連接是否可靠。在焊接后，查看焊接是否牢固，有無虛焊或短路等。在將芯片、傳感器等元件插到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Main program flowchart

2 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在單片機(jī)硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再配上相應(yīng)的軟件，才能構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶軟件的開發(fā)與系統(tǒng)硬件有著密切的關(guān)系。在系統(tǒng)的硬件及輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)。在程序設(shè)計(jì)過程中，采用合理的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[2]。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，總體設(shè)計(jì)采用自上至下的設(shè)計(jì)思想，將主程序設(shè)計(jì)好，而在各個(gè)部分展開成從屬程序或子程序時(shí)，是將各個(gè)小模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，同時(shí)在編程的過程中又用到了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的思想。

2.1 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

主程序的基本任務(wù)是調(diào)用子程序，一個(gè)主程序可以調(diào)用多個(gè)子程序，對于51系列單片機(jī)，系統(tǒng)資源有限，主程序通常是一個(gè)無限循環(huán)的過程，即是一個(gè)反復(fù)調(diào)用子程序的過程。子程序主要分為中斷子程序和功能子程序，它們之間可以互相嵌套和調(diào)用。在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中，盡可能把各個(gè)功能模塊寫成子程序的形式，并通過主程序調(diào)用，這將使得程序流程更加清晰[3]。

主程序是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，接受和執(zhí)行命令，把控制轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序的入口，起引導(dǎo)作用。本系統(tǒng)中主程序模塊主要包括對系統(tǒng)各功能寄存器及外圍器件的初始化，讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘并將時(shí)間值顯示。主程序流程圖見圖2。

工作流程：

1）開啟攝像頭電源。

2）調(diào)用拍照函數(shù)進(jìn)行拍照（jpg_ok()函數(shù)實(shí)現(xiàn)）。

3）通知模塊進(jìn)行圖片存儲（用at指令實(shí)現(xiàn)）。

4）連續(xù)進(jìn)行分包讀取，再轉(zhuǎn)發(fā)給模塊。

5）讀完，發(fā)完返回。

2.2 基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)軟件調(diào)試

在對系統(tǒng)硬件進(jìn)行完靜態(tài)調(diào)試之后，同時(shí)對系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對軟件和硬件進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作。

系統(tǒng)軟件程序在編制好以后，可通過匯編軟件對源程序進(jìn)行匯編，變?yōu)榭蓤?zhí)行的目標(biāo)代碼，在匯編過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，要及時(shí)糾正。

在軟件調(diào)試時(shí)采用軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)對程序進(jìn)行調(diào)試，這種模擬開發(fā)系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯(cuò)誤[4]。

控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。

程序調(diào)試完畢后，利用在線編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。

3 結(jié)束語

隨著自動化技術(shù)的普及，人們都致力于使用智能家庭防盜器，在這種情況下家庭防盜技術(shù)發(fā)展的也越來越完善。通過對基于GSM彩信模塊的家庭防盜系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能防盜器，并利用Protues進(jìn)行了仿真。通過總結(jié)，主要結(jié)論如下：

1）根據(jù)控制需要，選擇具有雙串口功能單片機(jī)STC12C5A32S2作為主控芯片，有線門磁作為報(bào)警觸發(fā)開關(guān)，攝像頭作為圖像采集工具，GSM彩信模塊M20作為無線通信通道，繼電器電路作為報(bào)警電路。

2）利用KEIL編程軟件編寫攝像頭拍照程序模塊、GSM圖像傳輸程序模塊及GSM圖像接收程序模塊，各個(gè)程序模塊間協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)彩色圖片通過彩信通道由發(fā)送端傳送到接收端，從而達(dá)到彩信提醒的目的。

3）通過軟硬件的調(diào)試，門磁開關(guān)觸發(fā)，采集圖像后能夠發(fā)送彩信。接收報(bào)警指令短信后，報(bào)警器報(bào)警，驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的有效性。