基于GSM短信的家庭防盜報警系統(tǒng)設計

摘要：為提高家庭住所的安全性，文章設計了一種基于GSM短信模塊的家庭防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感器模塊、控制模塊和GSM模塊3個主要部分。傳感器模塊包含紅外傳感器和電磁傳感器，對陌生人的入侵進行檢查，控制模塊STM32F103C8T6單片機負責接收傳感器模塊的信號，并判斷是否觸發(fā)報警條件。一旦報警條件滿足，控制模塊將通過GSM模塊發(fā)送報警短信給用戶，同時該系統(tǒng)還具備布防和撤防模式，以區(qū)分家庭主人和外來者，可提高系統(tǒng)的準確性和靈活性。

關鍵詞：GSM；傳感器；家庭安防

中圖分類號：TP36 文獻標志碼：A

0 引言

在當今社會，隨著科技的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，家庭安全問題日益受到廣泛關注。傳統(tǒng)的防盜措施，如安裝防盜門、窗柵等，雖然在一定程度上提高了住宅的安全性，但面對復雜多變的安全威脅，這些措施顯得略為單一且被動［1］。

在此背景下，家庭安防系統(tǒng)在不斷地進步完善，正朝著智能化的方向發(fā)展［2］。作為現代化的家庭安防系統(tǒng)，須要具備穩(wěn)定性好、容量大、功耗低、成本低以及易擴展等特點，才能滿足人們的家庭安全防護需求［3］。因此，設計并實現一個基于GSM短信的家庭防盜報警系統(tǒng)，成為現代智能家居安全領域的一個重要研究方向。GSM作為一種成熟的全球移動通信標準，以其廣泛的網絡覆蓋、高可靠性和成本效率，為遠程通信奠定了堅實的基礎。

本文設計的防盜報警系統(tǒng)具有很好的安全保密性，并且方便用戶使用。用戶離家時，可通過按鍵模塊將防盜系統(tǒng)設為布防模式，此時傳感器模塊、GSM通信模塊均處于工作狀態(tài)；傳感器不斷檢測相關數據信息，控制單元分析相關數據，超出限值標準時發(fā)送短信給用戶。用戶回家時，通過按鍵模塊將防盜系統(tǒng)設為撤防模式。該系統(tǒng)整體設計簡單有效、操作方便、投入成本低，為家庭防盜提供了直觀、高效、可靠的保障。

1 系統(tǒng)硬件方案設計

1.1 系統(tǒng)總體結構

本系統(tǒng)主要由STM32F103C8T6單片機、電磁傳感器、紅外傳感器、紅外遙控模塊、GSM模塊、顯示模塊以及聲光報警器構成。具體的防盜報警系統(tǒng)a526f1f88d262125507379a8878d8ae3硬件如圖1所示。

系統(tǒng)通電后，STM32F103C8T6單片機首先進行自我檢測和初始化，配置各外設接口，包括GSM模塊的初始化，設置短信發(fā)送參數，并檢查所有傳感器是否正常工作。當有人進入探測區(qū)域時，由于人體紅外輻射的熱圖樣變化，會導致熱釋電元件之間產生微小的溫度差，進而產生電信號。這個電信號經過放大和處理后，會被送到STM32F103C8T6單片機，觸發(fā)報警機制。當門窗關閉時，磁鐵與磁性傳感器緊密相連，傳感器內部的簧片觸點因為磁力作用保持閉合狀態(tài)，形成一個閉合回路。一旦門窗被打開，磁鐵與傳感器分離，磁力減弱，簧片觸點在彈簧作用下分開，電路斷開，產生一個狀態(tài)改變的信號。這個信號被送到STM32F103C8T6單片機，單片機判斷為門窗異常開啟，隨即啟動報警程序。本系統(tǒng)采用的無線傳輸方式既能高效率地傳輸數據又能保證數據的完整性［4］。

1.2 STM32F103C8T6單片機

STM32F103C8T6是一款基于ARM Cortex-M內核的32位微控制器，既能直接使用寄存器進行編程，也可根據官方庫文件進行編程［5］。工作電壓為2.0～3.6 V，工作溫度通常是-40～85 ℃，適合在多種環(huán)境條件下應用。該單片機有64 kB的Flash存儲器和SRAM存儲器，這些存儲空間足以滿足大多數應用程序的需求，確保系統(tǒng)在運行時能夠穩(wěn)定、快速地處理各種數據。同時，該單片機擁有豐富的接口資源，包括多個通用輸入/輸出引腳、定時器、串行外設接口、模數轉換器等，并支持UART、SPI、I2C等多種通信協(xié)議，便于與其他模塊集成與通信。

1.3 紅外熱釋電傳感器

紅外熱釋電感應傳感器模塊HC-SR501是一款基于紅外線技術的自動控制模塊，由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器3部分組成，能感應37 ℃人體發(fā)出的紅外光［6］。當有人進入其感應范圍時，模塊輸出高電平信號；當人離開感應范圍時，模塊不會立即切換到低電平，而是有一個延時后再輸出低電平信號，這有助于避免因人員短暫離開而引發(fā)的誤操作。

1.4 電磁傳感器

電磁傳感器具有靈敏度高、響應速度快、耐用性好等優(yōu)點［7］。該模塊采用了干簧管作為主要元件，當永久磁鐵或線圈移開時，簧片失去磁性，靠本身的彈性而分開。電磁傳感器可以用來探測門、窗等是否被非法打開或移動，配合其他智能安防產品來防止危險或非法入侵［8］。

1.5 紅外遙控傳感器

HX1838模塊接收到紅外信號后，會解碼并以數字信號的形式輸出。模塊內置的濾波功能能夠有效去除環(huán)境中的雜散紅外信號和噪聲。該模塊能夠接收NEC通信協(xié)議的紅外信號。NEC協(xié)議是一種廣泛應用的紅外通信協(xié)議，采用脈寬調制PWM技術，通過不同長度的脈沖串來編碼數據位和地址位［9］。將HX1838模塊的輸出引腳直接連接到STM32F103C8T6的任意一個具有中斷功能的數字輸入引腳上，便于信號的進一步處理和控制邏輯的實現。

1.6 OLED顯示模塊

OLED顯示模塊與STM32F103C8T6單片機的連接可以通過不同的通信接口實現，主要包括I2C、SPI和并行接口。本系統(tǒng)采用I2C接口連接方式：將OLED模塊的SCL引腳連接到STM32F103C8T6的I2C時鐘引腳，SDA引腳連接到STM32F103C8T6的I2C數據引腳。在OLED模塊開始顯示任何內容之前，STM32F103C8T6須要通過選定的接口發(fā)送一系列初始化命令給該模塊，這些命令包括設置顯示的大 小、方向、亮度、時序等。接著，STM32F103C8T6發(fā)送實際的顯示數據，這些數據被OLED模塊解釋為像素點的亮度信息，進而控制每個像素的發(fā)光強度，形成所需的圖像或文字。

1.7 按鍵模塊

在基于GSM短信的家庭防盜報警系統(tǒng)中，按鍵模塊通常用來設置系統(tǒng)的工作模式，如布防模式、撤防模式以及緊急報警功能模式。每個按鍵的一端連接到STM32F103C8T6的I/O引腳，另一側通過上拉電阻連接到GND，這樣在按鍵未被按下時，I/O引腳讀到的是高電平，按下時讀到低電平。系統(tǒng)通過中斷服務程序定期檢查通用I/O的電平狀態(tài)，當按鍵按下導致電平變化時觸發(fā)中斷，進而執(zhí)行相應的處理函數。

2 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)上電后，單片機執(zhí)行內部的硬件和軟件初始化，包括設置時鐘頻率、通用輸入/輸出配置、中斷系統(tǒng)、顯示模塊等。GSM模塊初始化，通過串口發(fā)送AT指令完成網絡注冊，并配置短信中心號碼，確保短信發(fā)送功能可用。單片機定期查詢或通過中斷方式接收紅外傳感器和霍爾傳感器數據，并根據傳感器的返回數據判斷是否有異常情況發(fā)生。一旦檢測到異常觸發(fā)中斷，單片機通過串口向GSM模塊發(fā)送指令，準備發(fā)送報警短信。GSM模塊響應指令，通過移動網絡建立連接至短信服務中心，并發(fā)送預設的報警短信內容，如“防盜報警”或“緊急報警”至預先設定的用戶手機。同時，OLED顯示模塊實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)，如當前模式（布防/撤防）、傳感器狀態(tài)、網絡連接情況等。系統(tǒng)總流程如圖2所示。

3 系統(tǒng)測試

3.1 布防功能測試

系統(tǒng)接通電源后開始啟動初始化流程。OLED屏幕首先會顯示系統(tǒng)的當前工作狀態(tài)以及紅外傳感器和霍爾傳感器的初始狀態(tài)，便于用戶直觀了解系統(tǒng)是否準備就緒。GSM模塊開始搜索并嘗試連接到GSM網絡。一旦成功連接，通常通過一個綠燈常亮來指示系統(tǒng)已準備好進行遠程通信，這意味著報警信息可以通過短信形式發(fā)送給預設的接收者。初始化完成后，系統(tǒng)默認設置為撤防模式，在此模式下，即使傳感器觸發(fā)也不會引起報警，這是為了方便用戶正常進出而不觸發(fā)誤報。其次，用戶通過特定布防按鍵將系統(tǒng)切換到布防狀態(tài)。

3.2 緊急報警功能測試

撤防模式下，當室內出現緊急情況時，用戶可以立即手動按下緊急報警按鈕。當緊急報警按鍵被按下后，會生成一個電信號到微控制器，控制器通過不斷掃描或中斷方式監(jiān)測這個電信號的變化。一旦檢測到緊急信號，立即執(zhí)行預設的緊急報警處理程序，蜂鳴器控制電路被啟動，同時微控制器通過串口發(fā)送指令到GSM模塊，發(fā)送緊急報警短信，內容為“緊急報警”。通過這樣的設計，即使在撤防模式下，系統(tǒng)也能確保用戶在最需要幫助的時候能夠迅速響應。

4 結語

本文介紹了一種以STM32F103C8T6單片機為控制基礎的家庭防盜報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)設計了布防、撤防、手動報警3種工作模式，使得用戶可以根據實際情況靈活選擇應對策略。這種基于GSM短信的防盜系統(tǒng)通過將傳統(tǒng)安防技術與現代通信技術巧妙融合，為家庭安全防護提供了一道有力的防線。

參考文獻

［1］余金永，鐘祥.基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)的設計分析［J］.中國新通信，2023（19）：48-50.

［2］張瑋偉.基于ZigBee的家庭防盜系統(tǒng)的設計與實現［J］.信息與電腦（理論版），2022（2）：208-210，247.

［3］初旭.基于無線傳感器網絡的家庭安防系統(tǒng)研究與開發(fā)［D］.長春：吉林大學，2015.

［4］張海生，涂婧璐，郭毅，等.基于ZigBee技術的家用安防系統(tǒng)的設計［J］.電腦知識與技術，2012（34）：8329-8331.

［5］張玲，楊仁桓.一個基于STM32單片機的實驗室智能安防系統(tǒng)的設計與測試［J］.電腦知識與技術，2024（8）：60-63.

［6］崔孟豪，常新峰.基于51單片機的防火防盜系統(tǒng)的設計與實現［J］.物聯網技術，2022（3）：77-79，82.

［7］李博，宮迎嬌，張元良.基于霍爾傳感器的汽車天窗防夾系統(tǒng)設計［J］.儀表技術與傳感器，2023（5）：64-69.

［8］冼進，冼允廷.基于STM32的智能家居安防系統(tǒng)設計［J］.信息技術，2024（3）：49-55.

［9］顏良，王永建，陳巍.FPGA的RC-6紅外遙控多種協(xié)議解碼設計［J］.單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2021（6）：78-80.

Design of home burglary alarm system based on GSM SMS

Abstract： To enhance the security of residential premises， this paper designs a home burglary prevention system based on GSM SMS module， which includes three main parts： the sensor module， the control module， and the GSM module. The sensor module includes infrared sensors and electromagnetic sensors to check for intrusion by strangers. The control module， an STM32F103C8T6 microcontroller， receives signals from the sensor module and determines whether to trigger an alarm condition. Once the alarm condition is met， the control module will send an alarm SMS to the user via the GSM module. Additionally， the system has an armed and disarmed mode to distinguish between the homeowner and outsiders， which can improve the system’s accuracy and flexibility.

Key words： GSM; sensor; home security