基于ATmega16的GSM家居安防報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要： 當(dāng)前人們對(duì)家居防火、防盜以及對(duì)家用電器遠(yuǎn)程控制的需求日益提升， 同時(shí)手機(jī)已經(jīng)成為居民隨身攜帶的通信工具， 基于此設(shè)計(jì)了一種基于GSM 模塊的能夠通過(guò)手機(jī)對(duì)家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的集火災(zāi)、入侵報(bào)警于一體的自動(dòng)短信安防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由AVR ATmega16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)， 由短信帶密碼操作， 可設(shè)定8 組用戶電話號(hào)碼， 可中文短信報(bào)警， 帶有紅外微波雙鑒防盜和火災(zāi)檢測(cè)無(wú)線通信接口， 有2 路無(wú)線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動(dòng)電源， 錄像等工作。最后經(jīng)實(shí)測(cè)表明系統(tǒng)具有很好的檢測(cè)效果。

0 引言

　　隨著我國(guó)大量現(xiàn)代化住宅小區(qū)的建成， 人們對(duì)住宅的防火、防盜以及對(duì)家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電的需求日益提升， 而在當(dāng)前社會(huì)， 手機(jī)已經(jīng)成為居民每日隨身攜帶的通信工具， 基于此本文設(shè)計(jì)了一種基于GSM 模塊的能夠通過(guò)手機(jī)對(duì)家用電器進(jìn)行遠(yuǎn)程通斷電控制的集火災(zāi)、入侵報(bào)警于一體的可以自動(dòng)向主人發(fā)送中文報(bào)警短信的安防報(bào)警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　如圖1 GSM 安防報(bào)警系統(tǒng)示意圖所示， 本系統(tǒng)由AVR ATmeg a16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)，主機(jī)由短信帶密碼操作， 可設(shè)定8 組用戶電話號(hào)碼， 中文短信報(bào)警，系統(tǒng)具有3 路無(wú)線探測(cè)器（ 紅外微波防盜， 煙霧報(bào)警） 無(wú)線通信接口， 同時(shí)有2 路無(wú)線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動(dòng)電源， 錄像等工作。3 路無(wú)線探測(cè)器分別由紅外熱釋電傳感器、微波傳感器、煙霧傳感器以及無(wú)線收發(fā)模塊構(gòu)成。紅外熱釋電傳感器和微波傳感器共同構(gòu)成微波紅外復(fù)合入侵探測(cè)器，煙霧傳感器主要用于火災(zāi)檢測(cè)。一旦系統(tǒng)由主人通過(guò)手機(jī)短信打開后， 如果檢測(cè)到有人非法入侵或者有火災(zāi)發(fā)生，該系統(tǒng)將在立刻發(fā)短信通知設(shè)定好用戶號(hào)碼的主人（ 最多8 個(gè)手機(jī)號(hào)碼） 。同時(shí)為了方便主人離家能夠?qū)矣秒娖鞯冗M(jìn)行通斷電的控制， 本系統(tǒng)還提供兩路無(wú)線開關(guān)用作遠(yuǎn)程控制通斷， 用戶可通過(guò)短信命令對(duì)遠(yuǎn)程無(wú)線開關(guān)進(jìn)行控制。

圖1 GSM 安防報(bào)警系統(tǒng)示意圖

　　如圖2 系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖所示， 系統(tǒng)主機(jī)主要由MCU （ AT mega16 單片機(jī)） 、GSM（ T C35i） 及電平轉(zhuǎn)換模塊、延時(shí)接口電路（ 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器） 及顯示模塊（ 12865LCD ） 、315 MH z 發(fā)射電路、315 MHz 及433 MHz接收電路以及電源適配模塊（ AMS1117 3. 3和KIS3RR3 降壓模塊） 構(gòu)成。

圖2 系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)圖

　　1. 1 GSM 及電平轉(zhuǎn)換模塊

　　GSM 模塊采用的是西門子工業(yè)級(jí)GSM 模塊TC35i，由于T C35I UART 的電平為2. 9 V T TL電平， 不能直接與AT mega16 相連， 所以如圖3 電平轉(zhuǎn)換電路所示， 在RXD 端使用2 個(gè)簡(jiǎn)單的非門做電平轉(zhuǎn)換以及在T XD 端串1 個(gè)限流電阻。由于TC35I 對(duì)電源要求較高（ 電壓下降超過(guò)400 mV 將復(fù)位） , 并且在發(fā)送數(shù)據(jù)期間電流峰值會(huì)達(dá)到2. 5 A, 所以在靠近T C35I的地方并聯(lián)了3 300 uF 的大容量電解電容， 以減少對(duì)電源的要求。

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路

　　1. 2 延時(shí)接口電路及顯示模塊

　　本系統(tǒng)接收外部的無(wú)線信號(hào)采用的是查詢的方式，為了防止信號(hào)丟失， 并盡量和市面上相同編碼的無(wú)線模塊兼容， 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)單穩(wěn)態(tài)延時(shí)接口電路， 該電路的原理圖如圖4 所示， Q1 基極為高電平時(shí)， C2 保存的電量被釋放， 比較器輸出高點(diǎn)平， 當(dāng)基極由高電平降為低電平時(shí)， C2 通過(guò)R3 充電， 比較器的反相端電位緩慢上升， 一旦C2 的電壓高過(guò)V ref 則比較器翻轉(zhuǎn)， 輸出低電平， 從而達(dá)到延時(shí)的目的。

圖4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時(shí)接口電路

　　顯示部分由ST7920LCD 構(gòu)成， LCD 與MCU 使用SPI 進(jìn)行連接。當(dāng)有按鍵按下時(shí)就觸發(fā)LCD 背光。無(wú)線接口部分由于防盜報(bào)警， 煙霧報(bào)警， 以及短信遠(yuǎn)程控制同時(shí)被觸發(fā)的概率很小， 故整個(gè)系統(tǒng)不必使用過(guò)多頻點(diǎn)進(jìn)行通信， 主機(jī)使用315 MHz 的無(wú)線模塊對(duì)無(wú)線開關(guān)進(jìn)行控制， 而熱釋電紅外和微波位移傳感器分別使用315 MHz, 433 MHz 兩個(gè)不同頻率對(duì)主機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào)， 這樣可以使得報(bào)警時(shí)互不干擾。煙霧傳感器使用315 MHz 的頻率對(duì)主機(jī)發(fā)送信號(hào)。

　　1. 3 主機(jī)無(wú)線收發(fā)模塊

　　無(wú)線收發(fā)模塊主要由無(wú)線編碼芯片SC2262、無(wú)線解碼芯片PT2272、315 MHz 發(fā)射模塊以及接收模塊組成。主機(jī)對(duì)無(wú)線開關(guān)進(jìn)行控制時(shí)使用無(wú)線編碼芯片SC2262, 地址設(shè)置與接收部分PT2272 一致， 且震蕩電阻應(yīng)匹配， 當(dāng)MCU 上電后或者主機(jī)收到遠(yuǎn)程控制的短信， MCU 先根據(jù)EEPROM 內(nèi)保存的無(wú)線開關(guān)狀態(tài)改變PD4~ PD7 電平， 然后MCU 將發(fā)送一個(gè)寬度為1 s的低電平脈沖至PT2262 的16 引腳（ TE） , 使SC2262對(duì)于PD4 ~ PD7 的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼再?gòu)?7 腳輸出至315 MHz發(fā)射模塊。

　　由于市面上有些探測(cè)傳感器的無(wú)線發(fā)射模塊觸發(fā)時(shí)只發(fā)高電平“1” ，所以主機(jī)解碼芯片不能用帶鎖存的PT 2272L4, 否則PT 2272L4 輸出的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)都是高電平， 會(huì)一直產(chǎn)生誤報(bào)， 因此為了更好的與市面產(chǎn)品兼容，本系統(tǒng)主機(jī)無(wú)線接收部分采用了非鎖存的PT2272M4芯片分別與315 MH z 和433 MHz 的接收模塊連接。

　　這樣當(dāng)有人入侵觸發(fā)報(bào)警時(shí)， 兩個(gè)報(bào)警器發(fā)出的信號(hào)不會(huì)因?yàn)樘幵谕活l率上而互相干擾而導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤， 避免了檢測(cè)到有人入侵但主機(jī)無(wú)報(bào)警的情況。煙霧報(bào)警器接收部分和微波報(bào)警器使用同一個(gè)PT2272 M4 和接收模塊。由于紅外、微波、煙霧報(bào)警被觸發(fā)時(shí)發(fā)射的信號(hào)是不連續(xù)且不同步的， 所以接收到信號(hào)將由3 路的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器做3 s 的高電平， 提高M(jìn)CU 采樣判斷的準(zhǔn)確性。

2 系統(tǒng)軟件流程

　　系統(tǒng)的軟件流程圖如圖5 所示。

圖5 軟件流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

　　微波感應(yīng)器、紅外感應(yīng)器貼墻安裝， 安裝高度在3~5 m。對(duì)紅外傳感器從3 個(gè)不同角度進(jìn)行測(cè)試， 分別為正對(duì)、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 測(cè)出有效感應(yīng)距離分別為圖6 中A、B、C 所示。微波傳感器從3 個(gè)不同角度進(jìn)行測(cè)試， 分別為正對(duì)、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 測(cè)出有效感應(yīng)距離分別為圖7 中A 、B、C 所示。紅外感應(yīng)器的最大感應(yīng)直線距離達(dá)7 m, 最佳使用距離為6 m, 感應(yīng)角度90℃ 。微波感應(yīng)器的最大感應(yīng)直線距離達(dá)9 m, 近距離全向有效， 最佳使用距離為5 m。

圖6 紅外傳感器感應(yīng)距離測(cè)試示意圖

圖7 微波傳感器距離感應(yīng)測(cè)試示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)短信安防報(bào)警系統(tǒng)采用了熱釋電紅外、微波雙感應(yīng)器， 大大減少了誤報(bào)、漏報(bào)， 提高了安防報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。由AVR ATmeg a16 單片機(jī)外接GSM 模塊作為控制主機(jī)， 只要在GSM 網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)， 無(wú)論用戶身在何處， 都能遠(yuǎn)程報(bào)警； 由短信帶密碼操作， 增加了系統(tǒng)的安全性； 可設(shè)定8 組用戶電話號(hào)碼，可中文短信報(bào)警； 帶有紅外微波雙鑒防盜無(wú)線通信接口， 提供遠(yuǎn)程無(wú)線開關(guān)功能， 有2 路無(wú)線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動(dòng)電源， 錄像等工作。本文的設(shè)計(jì)使得安防產(chǎn)品的性能得到了提高， 同時(shí)降低了系統(tǒng)的成本。