基于GSM的住宅智能报警系统的设计

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        本文介绍了一种基于GSM的住宅智能报警系统。单片机为系统的控制核心,热释电传感器对现场防区进行实时监测。

        有警情发生时,该系统可自动发出声光电报警,同时向户主发送警报短信。系统也可根据家中有无人情况,利用加密、解密进行系统布防和撤防状态的切换。事实证明该报警系统满足了现代住宅防盗的需要。

      一 引言

        随着经济的不断发展,人们的生活水平得到了显著提高;尤其是物质生活水平的提高,安全方面的问题越来越引起人们的重视。为了保障自家的财产安全,许多楼房住户都在自家地下室和住房的门、窗上安装了防盗门和防护栏等。然而,这些设备在防盗的同时,也带来了许多弊端:如,若防盗门钥匙丢失,会给户主带来很大的麻烦;家中遇到紧急情况,这些防盗设备也会给逃生及消防救援带来诸多不便。随着科学技术的不断进步,尖端科学技术应用的普及,许多智能化的报警系统也应运而生,它们将更便捷、更可靠地保障住户的财产安全。在本文中,笔者设计了一种基于GSM的住宅智能报警系统,该系统满足了现代住宅防盗的需要。

        二 系统工作原理

        该系统利用热释电红外传感器对防区实时监视,单片机是整个系统的核心控制部件,传感器触发的开关报警信号经过信号处理电路后输入到单片机;单片机对信号加以判断,然后发出命令,通过执行机构使系统按照一定的顺序进行工作。这里包括:当智能检测器发现异常情况时,一方面采用现场声、光、电报警,以威慑犯罪分子,另一方面,引入先进的GSM通讯技术,利用GSM无线通讯网络,将家中的情况传递给户主,户主在得到信息后,可以立即采取有效的应急措施,如,打电话给当地物业、110求救中心等,对事故进行紧急处理;另外,本系统可通过加密和解密以切换布防和撤防状态。系统结构如图1所示。

        图1 系统结构框图
 

       三 系统主要部件

      3.1 热释电红外传感器

       在电子防盗领域中,热释电红外传感器因其隐蔽性好,功耗小,价格低廉、技术性能稳定,受到广大用户的欢迎。其工作原理:人体体温一般在37度,会发出波长约10μM左右的红外线,传感器的红外探头靠探测人体发射的红外线进行工作。它的感应源通常采用热释电元件,在接收到人体红外辐射温度发生变化时会失去电荷平衡,进而向外释放电荷,后续经一系列信号处理电路,便能产生报警信号[1]。为了仅对人体的红外辐射敏感,在该传感器的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片,以增强聚集红外线,起到有效限制环境干扰的作用。

       3.2 GSM模块

       本设计采用的是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块TC35,该模块的工作电压为3.3~5.5V,可以工作在900MHZ/1800MHZ 两个频段,自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯,安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。其中,由于短消息具有实现简单、通信成本低、保密性好、直接面向用户手机且不受地域限制等特点,是目前利用最为广泛的通讯方式[2]。在该报警系统中,将用户手机作为接收终端,当家中有警情发生时,手机会自动收到一条来自智能报警系统的报警短信,这样便可实时、可靠、快捷的实现远程报警。

       四 智能报警系统的设计

       4.1 硬件电路设计

      4.1.1监测电路设计

 

      这一部分为整个系统的动作核心。当传感器监测到人体发出的红外线后便输出热电信号,由于该信号非常微弱且夹杂有干扰信号,因此设计了特殊的信号处理电路(采用运算放大器,配合周边电路形成具有带通滤波器功能的放大电路)分离出热电信号,并将其放大数千倍;通过参数的优化设计,配合比较器电路进一步消除流动热空气造成的干扰。然后对两级放大后分离出的热电信号进行分析判断。为防误动作,信号将与门限电平进行比较,产生高电平信号输出。最后将不同探头产生的信号通过或非门引入到单片机的INT1口,待中断以执行相应的动作;当没有中断时,系统处于待机状态,这样可以降低系统功耗。电路结构见图2。

        4.1.2声光电报警系统设计

        当单片机监测到有人进入防区里时,智能报警系统便通过蜂鸣器进行声音报警,同时发红光二极管进行闪烁,起到威慑犯罪分子的作用。本设计中也引入了高压发生器,当连接的继电器常开触点闭合后,经升压可使次级输出高压,将其引至报警装置外壳,如果作案者意图破坏报警装置,在接触到其外壳时,即便带有手套,高压也能击穿手套通过人体放电,这将有效阻止犯罪分子的进一步作案,但也不会对其造成永久性的伤害。

        4.1.3 GSM通讯系统设计

       单片机和TC35的通讯,一般采用串行工作方式1,数据格式为10位。其中,1个起始位(0),8个数据位(最低位在前),1个停止位(1)[3]。其波特率的值取决于定时器T1的溢出率和特殊功能寄存器PCON中的SMOD位的值。由于单片机的TXD和RXD电平为TTL电平,而TC35进行通讯时经过RS-232接口,TTL电平和RS-232电平互不兼容,所以两者接口时,必须进行电平转换,在此使用MAX232芯片。

       图3 电平转换电路图
 

 

       4.1.4布防和撤防状态的切换

       通过对系统加密、解密的方法,进行布防和撤防状态的切换。系统初始化过程中,在单片机里设置了特定的密码。当家人回到家时,可通过正确输入该密码以撤防。此时,在室内自由活动将不会产生报警。外出时,可操作键盘使系统重新进入设防状态。需要注意的是:在布防状态下,检测到报警信号后系统需经过一段延时后,再次核查该信号是否存在,若存在,而又没有撤防,则产生相应的警报(声光电效果和短信息告知户主)。这个延时非常必要,由于主人离开自设的防区需要一段时间,若没有这个延时,那么主人自己经过防区时,也会产生误报警。

       4.2 软件设计

        单片机主要实现对人体发出的红外线的监测、执行相应的声光电报警、进行远程通讯及布防和撤防状态切换等功能。在软件编程时,按功能划分模块,并采用 51系列单片机的汇编语言以实现。对于GSM通讯部分,主要是单片机通过串口向TC35模块发送标准的AT命令,通过特定的命令发送和接收短信。短信的具体收发过程由TC35模块自动实现,不受单片机的控制[4]。以下列出了相关的流程图4、5。

图4 主程序流程图

图5 中断程序流程图
 

        五 结束语

        该系统的创新点:住宅防区中出现警情时,系统可自动声光电报警以给闯入者更强大的威慑;并通过GSM模块实现远程告知户主警情,使之立即采取有效的应急措施,使防盗效果更佳;另外增加了加密解密的措施,以实现系统布防与撤防状态的切换,真正实现了为户主按需服务的功能。该系统也可扩展到整座楼宇,甚至整个生活小区。因此,具有广阔的使用空间和发展空间。

       参考文献

       [1]https://www.icembed.com/info-13451.htm.

       [2]袁佑新 黄晓研等  基于GSM的汽车防盗报警系统设计[J].中国水运.2007.3,5(3):142~143.

       [3]何桥  单片机原理及应用[M].北京:中国铁道出版社,2004.3

       [4]员天佑 谢阅  基于GSM的远程住宅智能监控系统的设计与实现[J].微计算机信息.2006,5-1:95~96,53

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