基于GSM的家用防盜窗報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于GSM的家用防盜窗報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)*（*，合肥 230036）摘 要：家庭中的防盜窗是防止犯罪分子入室盜竊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但目前市場上家用防盜窗存在種類繁多，質(zhì)量參差不齊且基本沒有報(bào)警環(huán)節(jié)的現(xiàn)象，難以滿足用戶需求。本文詳細(xì)介紹了采用GSM模塊與單片機(jī)等器件設(shè)計(jì)防盜窗報(bào)警系統(tǒng)的原理及過程，實(shí)現(xiàn)了用戶對防盜窗被破壞時(shí)的報(bào)警要求。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏、迅速，具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：家用防盜窗 GSM模塊 單片機(jī) 報(bào)警中圖分類號(hào)： 中國分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào)：Design of the Alarm System for Home security windows Based o

2、n GSM Modem*（*, Hefei 230036, China） Abstract：The home security windows in our house is a key to ensure the safety of our house. However, there are many kinds of security windows with different quality in the marker, but with no alarm system. It is difficult meet the users needs. This thesis designs

3、 an alarm system for home security windows based on gsm modem. This system is stable and has high efficiency, low consumption and can fully meet the requirements of the users.Key words: The Home Security Window ; GSM Modem; MCU; Alarm System  目前傳統(tǒng)的家用防盜窗存在種類繁多，質(zhì)量參差不齊且基本沒有報(bào)警環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報(bào)警系統(tǒng)

4、已從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。而各種防盜報(bào)警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機(jī)與主機(jī)、分機(jī)與用戶之間進(jìn)行通訊。目前市場上存在的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號(hào)、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等等。但它們有各自的缺點(diǎn)： 1 固定電話撥號(hào)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存在的缺陷，本文設(shè)計(jì)了基于GSM模塊的家庭防盜窗報(bào)警系統(tǒng)。此系統(tǒng)可解決這些隱患，讓家庭防盜更及時(shí)、更迅速，

5、使用更方便。它不再依賴有線電話執(zhí)行報(bào)警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短消息或電話形式，直接把報(bào)警地點(diǎn)的情況反映到您的手機(jī)屏幕上，同時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)場聲光報(bào)警。1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與框圖本設(shè)計(jì)的總體框圖如圖1所示。其中控制核心是單片機(jī)，執(zhí)行終端是繼電器與GSM模塊，接受終端是用戶手機(jī)。當(dāng)埋放在防盜窗空心管內(nèi)的導(dǎo)線被剪斷時(shí)，產(chǎn)生外部中斷，單片機(jī)進(jìn)行中斷響應(yīng)。已經(jīng)預(yù)置在GSM模塊上的手機(jī)號(hào)碼通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩羰謾C(jī)內(nèi)GSM上，被用戶所接收，同時(shí)單片機(jī)通過執(zhí)行程序發(fā)出相應(yīng)的控制信息給執(zhí)行端，即繼電器，其接收到的單片機(jī)輸出信息將會(huì)吸合，從而控制報(bào)警器完成聲光報(bào)警動(dòng)作。單片機(jī)GSM模塊G

6、SM網(wǎng)絡(luò)用戶手機(jī)(GSM)繼電器報(bào)警器外部中斷圖 1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Figure 1-1 The integral design diagram of the system2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括GSM模塊、STC12C5A60S2及外圍電路,報(bào)警器驅(qū)動(dòng)電路，以及模塊與單片機(jī)的串口連接電路的設(shè)計(jì)。GSM模塊電路主要介紹了TC35模塊以及其外圍電路結(jié)構(gòu)，它的功能主要是完成發(fā)送短信。單片機(jī)的外圍電路主要有時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，繼電器控制電路，以及與TC35模塊之間的串口連接，它的功能主要是負(fù)責(zé)指令的翻譯和驅(qū)使，從而完成信息的發(fā)送。繼電器控制電路主要是通過單片機(jī)控制繼電器的吸合或斷開來

7、控制報(bào)警器的開啟與關(guān)閉。2.1 GSM模塊介紹GSM 即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile communication)，就是眾所周知的GSM，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM無線通訊需要借助GSM無線傳輸模塊，GSM無線傳輸模塊無處不在，典型的例子就是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖謾C(jī)，當(dāng)通過手機(jī)打電話和發(fā)送短信的時(shí)候，這些操作都是經(jīng)由GSM無線傳輸模塊完成的。本設(shè)計(jì)采用西門子公司GSM模塊，型號(hào)為TC35的模塊的短信功能，通過此模塊可以實(shí)現(xiàn)對收到的用戶指令進(jìn)行處理。2.1.1 TC35模塊簡介TC35是Germany 的siemens 公司發(fā)布的

8、GSM模塊，是市場上目前普遍使用的性能高、成本低的手機(jī)模塊，TC35模塊是能達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完整GSM Modem，它具有GSM1800/EGSM900雙頻段功能并能提供LED網(wǎng)絡(luò)信號(hào)指示和便捷的串行接口，同時(shí)集射頻電路與基帶于一體并配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232。該模塊還向用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口并支持一些手機(jī)功能業(yè)務(wù)，給用戶的開發(fā)設(shè)計(jì)提供了很大方便。Error! Reference source not found.便是GSM通訊集成模塊的正反面實(shí)物圖。圖 2-1 GSM集成模塊正反面實(shí)物Figure 2-1 GSM integrated module positive and negative

9、physical map從上圖我們?nèi)菀卓闯?，GSM模塊主要含有射頻部分、TC35、信號(hào)天線、卡槽、電源部分、電平轉(zhuǎn)化電路和串口等部分組成。外部通過40管腳的ZIF連接器對該模塊實(shí)行控制，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，下面給出TC35模塊的管腳圖并作一些說明，如Error! Reference source not found.所示。圖 2-2 TC35外部引腳圖Figure 2-2 TC35 external pin圖2-2中TC35模塊的VBATT+是供電管腳且所有的VBATT+必須并行連接在一塊；/IGT管腳主要用來啟動(dòng)TC35模塊工作且低電平有效；VDD主要給外部應(yīng)用提供電壓；GND是接地管腳；R

10、XD0和TXD0管腳用來分別傳輸數(shù)據(jù)到DTE和從DTE接收數(shù)據(jù)；CCIN管腳用來檢測是否SIM卡已連上；CCIO是串行數(shù)據(jù)線，負(fù)責(zé)電話卡內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸；RTS0端有效信號(hào)說明DTE準(zhǔn)備傳輸數(shù)據(jù)到TC35模塊上。下面給出TC35的外圍電路大致結(jié)構(gòu)圖以此達(dá)到整體的更加完整的認(rèn)識(shí)，如圖 2-1所示。SIM卡CCVCCCCRST/CCCLKCCIOCCGNDCCINZIF40PINFFC電纜TC35接收天線STC90C516RD+MAX232RXDTXDCOMPIN口電源部分LED指示SYNC啟動(dòng)電路IGT圖 2-1 TC35外圍電路結(jié)構(gòu)圖Figure 2-3 TC35 peripheral circu

11、it structure2.1.2 TC35 GSM模塊操作方法用戶對TC35 GSM模塊的操作，主要是通過所謂的“AT”指令集來實(shí)現(xiàn)的。用戶通過與GSM無線模塊的信號(hào)交互端TXD0、RXD0口進(jìn)行串行通信，并向GSM無線模塊發(fā)送“AT”指令集，最終達(dá)到操作GSM模塊進(jìn)行無線傳輸?shù)哪康?。AT命令短消息收發(fā)其相關(guān)的規(guī)范形式主要有GSM 07.07、GSM 03.38和GSM 03.40。后二個(gè)著重描述SMS的技術(shù)實(shí)現(xiàn)(含編碼方式)，前者則規(guī)定了SMS的DTEDCE接口標(biāo)準(zhǔn)(AT命令集)。其常用AT指令見表2-1：AT指令功能AT+CMGCSend an SMS command(發(fā)一條短信命令)A

12、T+CMGDDelete SMS message(刪除SIM卡內(nèi)儲(chǔ)存的短信)AT+CMGFSelect SMS message format(選擇短消息格式：O-pdu;1-text)AT+CMGRRead SMS message(讀短消息)AT+CMGSSend SMS message(發(fā)送短消息)AT+CSCASMS service center address(設(shè)置短消息中心地址)表2-1 SMS常用AT指令表Table 2-1 SMS Common AT commandsAT命令（Attention）是從數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)或終端設(shè)TE(

13、Terminal Equipment)向數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE(Data Circuit Terminating Equipment)或終端適配器TA (Terminal Adapter)發(fā)送的。通過TA命令，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)MS(Mobile Station)由TE發(fā)送AT命令來控制的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)相連進(jìn)行互通與交流。AT命令主要包括一般命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令，短消息(SMS)命令，數(shù)據(jù)命令和串口命令等。TC35 GSM模塊的TXD0和RXD0端是全雙工的串口通訊，其中TXD0是GSM模塊的串口信號(hào)接收端、RXD0是TC35 GSM模塊的串口信號(hào)發(fā)出端。通過與其他有串口通訊接口設(shè)備向鏈接，可以

14、實(shí)現(xiàn)串口通訊。拿51單片機(jī)舉個(gè)例子：51系列單片機(jī)都有一對串口通信接口TXD和RXD，對于單片機(jī)來說，TXD口是串行信號(hào)輸出端、RXD口則是串行信號(hào)的輸入端，所以如果要51單片機(jī)和TC35進(jìn)行串行通信的話，就要把單片機(jī)的輸出端口與TC35的信號(hào)輸入端口相連接即TXD口與TXD0口相關(guān)聯(lián)；同樣的，也要把TC35模塊的信號(hào)輸出端與單片機(jī)的串口信號(hào)輸入端相連接即RXD0口與RXD口相關(guān)聯(lián)，這樣單片機(jī)和GSM模塊就可以實(shí)現(xiàn)相互之間的串口通信了。2.2 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介2.2.1主要特性 STC12C5A60S2單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，一方面它具有高速、低功耗

15、、超強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，而且增加了AD、PWM等功能，增加了PCA定時(shí)器和一些特殊功能寄存器，還增加了ADC、LVD、PCA、API等中斷；另一方面它的指令代碼和引腳完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，但速度比傳統(tǒng)的8051單片機(jī)快8-12倍，是新一代8051單片機(jī)。STC12C5A60S2還是一款功能較強(qiáng)大的單片機(jī)，首先它擁有兩個(gè)全雙工串行通信接口；第二是其內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立的波特率發(fā)生器。同時(shí)STC12C5A60S2單片機(jī)片內(nèi)有自帶的高達(dá)60K Flash ROM,該工藝的存儲(chǔ)器使得用戶可以用電的方式瞬間擦除和改寫，也支持串口程序燒錄。STC12C5A60S2單片機(jī)的這些特點(diǎn)使其對開發(fā)設(shè)備要求較低，也使

16、它的開發(fā)時(shí)間大大縮短。對于用戶寫入單片機(jī)的程序可以進(jìn)行加密，使用戶的勞動(dòng)成果得到較好的保護(hù)。2.2.2相關(guān)參數(shù)（1） 工作電壓：5.5V3.5V(5V單片機(jī))（2） 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）（3） 工作頻率范圍：0MHz35MHz,相當(dāng)于傳統(tǒng)普通的8051單片機(jī)的0MHz420MHz。（4） 通用I/O口復(fù)位后的狀態(tài)為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，其模式可以設(shè)置成四種：僅為輸入/高阻，開漏，推挽/強(qiáng)上拉，準(zhǔn)雙向口/弱上拉。而且每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力可以達(dá)到20mA,但是整個(gè)芯片最大不能超過55mA。（5） 不需要專用編程器和專用仿真器，可通過串口（RXD/P3.0，TXD/

17、P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒就可以完成一片。（6） 因具有EEPROM功能（STC12C5A60S2內(nèi)部沒有EEPROM），支持在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程。（7） 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。（8） 設(shè)有外部掉電檢測電路：在P4.6口設(shè)有一個(gè)低壓門檻比較器，5V單片機(jī)是1.32V，誤差是正負(fù)5；而3.3V單片機(jī)是1.30V,誤差更小是正負(fù)3。（9） 一共有四個(gè)16位定時(shí)器，其中兩個(gè)和傳統(tǒng)的8051定時(shí)器/計(jì)數(shù)器兼容，16為定時(shí)器T0與T1，沒有定時(shí)器2，但是有獨(dú)立的波特率發(fā)生器。STC12C5A60S2單片機(jī)引腳分布圖如圖2-4所示：圖2-4 STC12C5A60S2單片機(jī)引腳分布圖

18、Figure 2-4 STC12C5A60S2 MCU pinout實(shí)物圖如圖2-5所示圖2-5 STC12C5A60S2單片機(jī)實(shí)物圖Figure 2-5 STC12C5A60S2 SCM physical map2.3 單片機(jī)與TC35模塊的串口通訊由于GSM定義的就是RS232口，RS232一般的工作電壓應(yīng)保持在315V之間，單片機(jī)輸出的電平不能直接與GSM模塊端口的母頭相連接，故需要接一個(gè)MAX232芯片來使單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成CMOS電平來實(shí)現(xiàn)串口通訊的功能。其芯片連接方法如Error! Reference source not found.所示。圖2-6 單片機(jī)與TC35的串

19、口連接Figure 2-6 Microcontroller and TC35 serial connection由圖2-6可知，MAX232芯片的1、3管腳和4、5間接1電容，管腳2通過外接電容再接電源，7、8、9、10管腳懸空，管腳11和管腳12分別接STC90C516RD+單片機(jī)的TXD（P3.1）和RXD（P3.0）管腳，管腳13和管腳14分別接RS232 RXD(COM Pin2)和RS232 TXD(COM Pin3)，管腳15和COM Pin5接地端，管腳16接電源電壓。2.4 單片機(jī)與報(bào)警器的通訊2.4.1 繼電器模塊繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控

20、制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 簡而言之，在本設(shè)計(jì)中，繼電器就是啟著開關(guān)的作用，用小電流來控制大電流。本設(shè)計(jì)所采用的是松樂繼電器模塊SRD-05VDC-SL-C，如圖2-7所示。圖2-7 繼電器模塊SRD-05VDC-SL-CFigure 2-7 SRD-05VDC-SL-C繼電器SRD-05VDC-SL-C正常工作需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的I/O口的輸出電流很小，一般為4mA-20mA。本設(shè)計(jì)選用的是三極管J3Y，它是8050 NPN SOT23，不是高頻管，一般用在

21、小功率的電源電路，用它驅(qū)動(dòng)繼電器，但存在著一些問題：當(dāng)三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，繼電器繞組感生出一個(gè)較大的自感電壓，他它與電源電壓疊加后加到控制繼電器線圈的三極管的e（發(fā)射極）、c（集電極）兩極上，使發(fā)射結(jié)（e-c）有可能被擊穿。為了消除這個(gè)感生電動(dòng)勢的有害影響，在繼電器兩端反向并聯(lián)一個(gè)二極管，以吸收該電動(dòng)勢。自感電壓與電源電壓之和對二極管來說卻是正向偏壓，使二極管導(dǎo)通形成環(huán)流。感應(yīng)的高電壓就會(huì)通過回路釋放掉，保證了三極管的安全。本模塊采用的是SS14，它 是1安培 40伏的肖特基二極管，具有單向?qū)щ娦缘钠骷Ｆ渥铒@著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短，所以其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管

22、、保護(hù)二極管。3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖本系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)，主要包括串口、單片機(jī)及TC35模塊的初始化程序、單片機(jī)對TC35模塊的工作控制程序及TC35模塊的短信收發(fā)程序,使用C語言編寫。系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì)流程圖如Error! Reference source not found.所示。圖3-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖Figure 3-1 System software design4 系統(tǒng)工作原理示意圖圖4-1系統(tǒng)工作原理示意圖Figure 4-1 Schematic diagram of the system5 結(jié)束語本文所述的家用防盜窗報(bào)警系統(tǒng)采用STC12C5A60S2與GSM相結(jié)合的方法，在家里的防盜窗遭到外力破壞時(shí)能夠向用戶手機(jī)及時(shí)發(fā)送通知同時(shí)現(xiàn)場發(fā)出聲光報(bào)警，有效的增強(qiáng)了