基于单片机的电子防盗系统

2019-12-19巩宝龙李智琦陶拴虎

软件 2019年11期

巩宝龙李智琦陶拴虎

摘要：本论文设计了基于单片机最小系统的电子防盗系统的整体方案，对传感器模块，GSM通信模块等外设做了仔细的研究分析，最终结合单片机和GSM模块制作了家庭防盗器。这款家庭防盗器具有硬件结构简单、安装快捷方便、价格便宜的特点。模块化的结构使得用户添加其他模块更加简单方便，添加了GSM模块也使得该防盗器可以远程报警。

关键词：单片机;GSM;防盗器;传感器

【Abstract】： This paper designs the overall scheme of electronic anti-theft system based on the smallest system of single-chip computer. It makes a careful study and analysis of the sensor module， GSM communication module and other peripherals. Finally， it makes a home anti-theft device with the combination of single-chip computer and GSM module. The home anti-theft device has the characteristics of simple hardware structure， fast and convenient installation and low price. The modular structure makes it easier for users to add other modules， and the addition of GSM module makes the burglar alarm remote.

【Key words】： Single chip computer; GSM; Anti-theft device; Sensor

0 引言

社会在快速进步，生活在信息化时代的人对于安全也有了更高的要求，他们要求价格便宜、隐蔽性好、耐用的防盗器，但是由于以往的防盗器体积大、隐蔽性差、价格昂贵，在用户使用过程中没有受到很大的欢迎，没有接收到好的评价和反馈。近年来运用了热释电红外传感器的防盗器在实际应用中受到了用户的一致好评。因此本设计运用51单片机为主体，添加GSM模块外设，制作了一款操作便捷，价格便宜，可以远程报警的家庭式电子防盗器。

1 系统方案设计

系统是以51单片机[1]为主体的，外设有GSM模块，红外传感器，蜂鸣器和LED灯组成的声光报警模块。防盗器整体体积较小，不易被小偷发现，它的灵敏性也很高，坑干扰能力也很强。

本系统有一个很重要的模块组成，即GSM通信模块，在报警的同时GSM模块会给软件程序预先设定好的手机号码发送短信，及时报告报警情况，人们就可以在短时间内查看情况，以免造成不必要的损失。

系统有软件部分和硬件部分，软件程序驱动硬件工作，硬件有51单片机，热释电红外传感器，GSM短信模块，LED灯显示报警模块等，由传感器收集信号发送到单片机进行数据处理，然后进行报警和发送短信。

各个模块之间的连接关系和构成框图如图1所示。

单片机最小系统我们运用的是51系列单片机。整个系统是由软件主程序控制工作的，子程序配合主程序完成工作。工作原理热释电传感器收集信号并且转换成电信号，然后打开门限阀门送出TTL电平至51单片机最小系统。在单片机内部，软件程序进行识别判断，并且进行程序算法，然后发出入侵报警的程序反馈，驱动程序作出反应，控制GSM模块向指定手机号用户发送短信，同时LED灯亮起来，蜂鸣器发出报警声音，这样不仅可以近距离报警，而且还能短信通知看不到报警信息的人，从而实现了更安全的防盗功能。

2 系统硬件设计

2.1 具体模块电路设计

2.2 人体感应模块的设计

热释电红外线（PIR）传感器[2]是目前一种新型高灵敏度探测元件，它能检测人体发射的红外线，并且可以输出电信号。它能够运用于防入侵报警器和各种自动化装置。它不用接触人体就可以检测到人体的红外能量，并将其转换成电压信号输出。添加放大电路进行电压信号放大，就可以运用这个信号驱动其他电路，从而进行电路控制。

人体温度一般是37摄氏度，所以人体辐射出的红外线一般是定长的，热释电红外探测器元件的波长灵敏度在0.2—20 um范围内一般不会变化。热释电红外传感器探测到红外辐射源时，其内安装的敏感材料的温度会升高，极化强度降低，表面电荷降低。这部分释放的电荷通常称为热致发光电荷。它的量可以反映材料温度的变化，因此通过电路从热发光电荷转换而来的输出电压也可以反映被探测物体温度的变化，从而探测到红外辐射能量的变化。

當检测区域没有人移动时，背景物体（如墙壁和家具等）在室温下红外辐射的能量很小，并且基本稳定，所以不能触发报警器。当人体突然进入探测区时，人体红外辐射在被热释电元接收前通过部分镜面聚焦，但是由于接收到的热量不同，从而不能相互抵消所以它的信号才能接受处理并输出电压信号。即发出报警信号。红外线探测器的探测波长为8至14 um，而人体的红外线辐射波长正好在这个范围内，因此可以更好地探测到活跃的人体。

在设计中采用了红外探测器作为报警探测器，因为被动红外技术灵敏度高、监测距离长、价格低可以节约成本，抗干扰性能好更加安全可靠，隐蔽性好不易被盗贼发现等优点，并且增添了蜂鸣器和LED显示灯组合成声光报警，还增加了GSM模块，可以远程发送短信，使报警系统更加完善。

2.3 GSM模块的设计

下面是GSM模块[3]的电路图，电路接上单片机的RX和TX引脚，当单片机的RX和TX引脚被置低电平时，GSM模块向事先设定好的用户发送报警信息。

2.4 LED指示灯的设计

由2个发光二极管[4]接上电阻后分别连上单片机的LEDY和LEDG的引脚，外接VCC，当单片机的LEDY和LEDG引脚被置为低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。下图所示为发光二极管报警电路。

2.5 蜂鸣器声光报警模块的设计

蜂鸣器声光报警模块[5]的电路图如下图所示，电路接上單片机的BUZZ引脚，当BUZZ端被置高电平时，蜂鸣器开始声光报警。

3 系统软件设计

3.1 软件的程序实现

整个系统功能的实现需要软件和硬件的相互协调和配合，当系统的硬件设计确定下来的时候，我们就可以设计出系统的软件方案，软件有不同的功能，根据他们不同的功能大致将它们分为两类，一个是实现监控功能的软件，也就是主程序，这个软件负责控制各个功能模块之间的相互协调。还有一类就是执行各种模块功能的软件，即子程序，这类软件实现细节具体功能，如测量、计算、显示、通信等。下面说明了子程序的编写原理[6]：

①短信报警子程序：红外传感器收集信号，将信号发送到单片机最小系统，经过单片机一系列扫描和识别判断，满足报警条件，调用报警子程序就可以完成报交警。

②串行口通信子程序：当系统采集的信号在单片机内经过查询、判别后，若信号合格，即可调用行口通信程序控制GSM短信模块向用户终端发送短信。

3.2 主程序的工作流程图

由以上硬件和软件的模块设计可知整个系统的主程序工作流程如图7所示。

本主程序实现的功能是：首先给仪器上电，接着GSM模块自主寻找信号，寻找信号完成，按下布防按键，热释电传感器收集到信号并传送给单片机最小系统[7]，单片机最小系统检测到传感器发送过来的信号，就表示有人进入了检测区域，在软件主程序的控制下，以及硬件电路[8]连接正常的情况下，声光报警电路进行报警，GSM通信模块向软件程序编写指定的手机号发送短信，报警完成，按下撤防按键，关闭报警。

4软件系统仿真

该设计的软件仿真是在proteus软件[9]系统中进行的，该系统基本能完全实现硬件仿真，有蜂鸣器原件发声，有各种颜色LED灯，能够设置布防、复位、撤防按键，可以进行按键操作，但是在proteus中没有模仿人体入侵的原件模块，由于人体入侵会给单片机输出高电平，所以在仿真中我们用按键来代替人体入侵，按键会给单片机一个脉冲信号，可以代表检测到人体信号。

5 结语

该设计用的是51系列中的AT89C51单片机芯片，还有GSM模块，红外传感器器等外设，通过软硬件的结合使用从而实现了系统的远程报警[10]功能。

如果有人进入检测范围，热释电红外传感器就会自动检测信号，它把收集到的信号发送到单片机最小系统，单片机进行信号处理，在满足报警信号的情况下，驱动报警系统进行报警，GSM模块向用户发送短信，报警完成。

参考文献

[1]郝海峰，陶丽芳. 基于89C52的红外热释电防盗报警器设计[J]. 科学世界， 2015， 106（23）： 144-145.

[2]康华光. 电子技术基础（模拟部分）. 高等教育出版社， 2004.

[3]曾纪钧，吴勤勤，吴一阳. 工控设备通信协议安全测试技术研究[J]. 软件， 2018， 39（6）： 105-108.

[4]攸阳，杨素梅. 软件配置管理在军用软件中的应用[J]. 软件， 2018， 39（6）： 85-88.

[5]陈杰，黄鸿. 传感器与检测技术. 高等教育出版社， 2010.

[6]张子龙. 信息时代视角下电子信息工程技术的发展应用[J]. 软件， 2018， 39（6）： 125-127.

[7]伊念东. 单片机基础实用教程. 中国地质大学出版社， 2005.

[8]徐爱钧，彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社， 2006， 97-99.