激光家居防盗系统设计与研究

李旺昆 梁喜幸 聂紫懿

【摘 要】本课题设计一个可广泛应用于室内的防盗报警系统模型，该系统可实现定点的有效性的监控，并且可以准确地进行声光报警，在家中无人的时候可通过GSM模块实现远程报警功能，设计系统主要由信号检测，单片机，功能模块组成。其中信号检测部分主要利用硅光电池来检测激光信号并且控制单片机是否发送报警信号，单片机系统实现对报警信号的采集、传送以及接收，功能模块可实现键盘输入，语音人机交互，GSM远程发送报警短信。

【关键词】激光；家居防盗；单片机；模块

1.引言

随着国民经济的不断发展，人民的生活水平有了很大的提高，同时也对生活质量的要求越来越高，对个人安全、家庭财产安全意识也越来越强。而目前安防市场中知名品牌大多是进口的有线型产品，有线型产品因为专线专用、性能稳定、不存在电源供应不足等问题而较少产生误报，其产品在整体结构和局部都遇到严峻问题。

激光家居防盗系统主要以维护家庭住户人身财产安全为目的，综合运用安全技术防范产品及其他相关产品而形成的以家庭住户为单位的安全防范和防盗报警处理的电子监控系统。建立和加强高科技防盗报警系统，是应对目前日趋复杂的社会形势尤其是对防范入室盗窃案件，提升家庭防控水平，促进安全技术防范管理工作可持续发展的有效途径。激光家居防盗系统依托GSM模块突破了传统的防盗报警系统无法及时通知事主的瓶颈，建立了一个一体化的新型的家庭防控平台，是目前家庭安全防范的一个最佳选择。

2.激光家居防盗系统的设计任务和设计方案

2.1设计任务

本次设计的激光防盗报警系统主要是以STC89C52RC单片机为处理核心，使用硅光电池为激光信号接收传感器，辅以语音模块提示按键操作以及系统状态；矩阵键盘用来方便的修改系统设置、输入数字；GSM模块用来进行无线短信报警及密码发送。

2.2设计方案

本课题以单片机为主要研究对象，通过硅光电池对激光做信号采集，并通过键盘、LCD显示、语音模块作为人机交互，使用GSM模块发送报警短信及密码，使主人能及时了解家中安防情况。系统整体设计如图2-1所示。

2.3设计说明

在本设计中，核心控制部分使用了STC89C52单片机，主要是考虑到芯片的可编程性强以及成本低的优势。在输入部分考虑到要体现友好的人机交互性，选择了有0～9十个数字键数字的矩阵键盘；在激光信号接收部分选择了硅光电池；显示部分选用LCD12864模块，因为此模块拥有相对高的分辨率且内置字库，可显示更多的信息；选用了WTD588模块做为语音模块，在操作系统的时候通过语音反馈拉近人机距离，使机器富有活力亲和力。另外，本设计的一个亮点就是在主人不在监控区域的时候监控设备可通过GSM模块将报警信息发送至事先设置好的手机号上，使主人能及时的了解监控区域的安全状况。

3.系统模块设计与分析

3.1单片机

本设计中，对中央处理器选择了宏晶公司的STC89C52RC单片机，此款单片机是宏晶公司推出的高速、低功耗、超强抗干扰的单片机。此款STC89C52RC单片机中包含了中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看门狗等模块，同时几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块。

3.2时钟模块

3.2.1 DS1302时钟模块介绍

根据设计安排，本设计需要在LCD显示时间并且需要对传感器和GSM进行延迟控制，故在时钟模块上选择DS1302时钟芯片，其工作电压宽达2.5V～5.5V，采用三线接口与CPU进行同步通信，并可以采用突发方式一次性传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302与单片机的连接仅需要三条线，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。DS1302由VCC2或VCC1两者中的较大者供电，当VCC2大于VCC1+0.2V 时，VCC2给DS1302 供电，当VCC2小于Vcc1时，DS1302 由VCC1供电。

3.2.2 DS1302的复位

通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V 之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK 为低电平时，才能将RST 置为高电平。

3.2.3 DS1032的数据输入输出

在控制指令字输入后的下一个SCLK 时钟上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0 开始。同样，在紧跟8 位的控制指令字后的下一个SCLK 脉冲的下降沿读出DS1302 的数据，读出数据时从低位0位至高位7。

3.3激光接收模块

在激光接收模块上选用了硅光电池作为接收器件，当有激光照射时，硅光电池输出电压，使晶体管导通。当无光照射时，硅光电池无电压输出，晶体管截止不导通。由此使电路得到控制，硅光电池在其中起到一个自动开关的作用。

3.4语音模块

WT588D（16P）是一款具有单片机内核的语音芯片，功能强大，是一款可重复擦除抄写的语音单片机芯片。WTD588（16P）在本设计中工作在一线串口控制模式下，通过一根数据线发送串口数据，可以实现控制声音播放、停止、音量调节和直接触发声音等功能。一线串口只通过一条数据通信线控制时序，依照电平占空比不同来代表不同的数据位，先发拉低RESET复位信号5ms，然后置于高电平等待大于17ms的时间，再将数据信号拉低5ms，最后发送数据。高电平与低电平数据占空比1：3即代表数据位0，高电平与低电平数据位占空比为3：1代表数据位1。高电平在前，低电平在后，数据信号先发低位再发高位，在发送数据时，无需先发送命令码再发送指令。D0～D7表示一个地址或者命令数据，数据中的00H～DBH 为地址指令，E0H～E7H 为音量调节命令，F2H 为循环播放命令，FEH为播放命令。

3.5 LCD模块

为了更好的体现友好的人机交互，在LCD模块的选择上选用了LCD12864。带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64， 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

3.6 GSM模块

3.6.1 TC35 GSM模块简介

TC35是Siemeils公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯，可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务（Short Message Service）和传真，其工作电压为3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w（900M）和1w（1800M）。

TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码；另外，模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式；第三，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。

3.6.2 单片机控制GSM的方法

TC35模块的通讯全部采用AT+xxx完成。

AT指令的定义

char code AT_Tc35[]="AT+"； //连机

char code Bps_Tc35[]="IPR=38400"； //波特率

char code Text_Tc35[]="CMGF=1"； //文本模式

char code Read_Tc35[]="CMGR="； //读信息

char code Erase_Tc35[]="CMGD="； //删除信息

char code Send_Tc35[]="CMGS="； //发送信息

char code Creg_Tc35[]="CREG？"； //注册

单片机串口设置成模式1（9600，N，8，1），依次将AT+xxx以ASCII码形式输出到UART口。

4.结束语

本文设计的激光家居防盗系统是通过各种器件联合使用的基础上设计而成的，只有充分了解和掌握有关单片机、传感器及其各部分之间的关系才能完成设计，如硅光电池作为接收端的工作原理、单片机控制GSM的方法。

整个设计的主要任务是开发一个以STC89C52RC单片机位核心的激光防盗系统，可实现实时监控，入侵检测，入侵报警，GSM模块发送入侵报警短信等多项功能。通过整机调试验证了系统的可行性，满足了最初的设计要求，达到设计指标。信号检测部分使用的是硅光电池，精度较高，但随着激光管电源的消耗，激光管发射的激光亮度会减弱，最后导致系统无法检测到信号，此时就要更换激光管电池，保证激光管发射的激光的持久性。在今后的研究中，可进一步继续改善家居防盗系统性能。

参考文献：

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[4]邱关源，罗先觉 等编著. 电路（第五版）.北京：高等教育出版社出版，2006.5

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[6]徐孝凯，贺桂英 编著.数据结构（C语言描述）.北京：清华大学出版社出版，2004.10

[7]船电技术， Marine Electric & Electronic Engineering， 编辑部邮箱 2010年 03期

作者简介：

李旺昆（1981.11-），男，大学本科，助教，广西柳州人。