基于GSM模块的家庭智能报警系统设计与研究

肖茜月　李代伟　刘田俊睿

摘要：基于GSM模块的家庭智能报警系统，以STC89C52为核心处理单元，该报警系统通过采用电源供电热释电传感器进行信号检测，通过串口发送AT指令与控制GSM短信模块实现在GSM网络中实时传输信息到目的手机的家庭智能报警系统。本系统是一种可靠的、能远距离实时反映家中安全情况的家庭防盗报警系统。

关键词：STC89C52单片机;热释电传感器;GSM模块;家庭智能报警系统

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）06-0233-03

随着社会发展，物质财富的日益丰富，传统的安防体系并不能适应于当前家庭安防的需求。本系统充分利用手机普及的生活环境，结合信息技术和传感器技术发展进步的成果，满足当下家庭的防盗报警需求。系统基于GSM网络的短信服务，在STC89C52单片机的控制下，以无线形式实时的反映家中的安全情况信息到用户的手机上，从而实现更加安全可靠、使用方便、成本合适的家庭防盗报警系统设计。

1 总体方案设计

系统总体设计方案为：通过热释电传感器采集红外信号从而检测到有人是否进入监测范围内，在单片机的控制下通过GSM短信模块在全球移动通信系统中实时传输信息到用户终端，加上其他外设完成系统的控制和指示工作。使用热释电传感器模块来检测人体信号，微处理器控制系统的各项工作，接收来自热释电传感器电平信号，通过GSM短信模块来实时发送报警信息至用户终端，来完成家庭防盗报警任务。总体系统框图如图1所示

系统在工作时，电源模块为系统工作供电，单片机在加载在内部程序的调控下实现系统的各项工作。按键控制负责系统的布防和撤防及蜂鸣器报警消除，报警指示部分在单片机的控制下通过蜂鸣器和LED灯的工作情况指示系统的工作状态，热释电传感器模块完成探测环境中人体的检测任务。单片机STC89C52对收到来自传感器的信号进行分析处理，并完成蜂鸣器的声音报警任务和LED灯指示工作，实现系统的防盗报警功能。

2 家庭智能报警系统硬件系统

2.1 电源电路模块设计

系统工作中可由220V的交流电压，经变压、整流、滤波、稳压后得到5V的直流电压，为系统供电。电源电路模块如图2所示。

电容C3和C4对电源输出端开关时引起的波动起一个缓冲的作用。D4为LED灯指示电源是否工作，D1为保护二极管，保护三端稳压器免受负载过电压的冲击。此时电源还存在波动，在后续使用的过程中需要进行适当的稳压或滤波处理。

系统也可直接使用USB接口的电源适配器供电。为保证系统工作的可靠性可采用冗余的方式进行供电。

2.2 GSM短信模块设计

2.2.1 TC35模块介绍

GSM意为全球移动通信系统，又称电信全球通系统。它是当前通信体系中最完善、应用最广的一种数字移动通信网络。

2.2.2 TC35模块在系统中的工作方式

在系统设计时，将TC35模块串口控制线中的TXD、RXD和GND和单片机对应的RXD、TXD和GND连接，由配套的电源适配器提供电源，通过单片机的串口发送AT指令，控制TC35模块按系统要求进行工作。单片机与TC35模块的接线方式如图3所示：

2.3 热释电红外传感器模块设计

在工作过程中安装于传感器前方的菲涅尔透镜利用透镜的光学原理接受并聚集待测物体释放出的红外信号。经由滤光片滤光后，将探测接收到的红外线经由传感器探测元和偏置电阻一起转换成微弱的电压信号，经场效应管放大后，转换出一个可被识别的电平信号输出。其结构原理图如图4所示。

热释电传感器在防盗报警系统中的工作方式如图5所示。

热释电传感器模块主要在一个空间范围内探测红外信号，进行人体检测。根据需求可调节模块的感应距离（3～7m）和感应延时时间（0.5～300S）。在系统中，1号引脚和3号引脚分别接5V电源的正极和负极，2号引脚接到单片机的控制引脚，控制GSM短信模块发送报警信息。

2.4 蜂鸣器报警模块

系统采用5V无源蜂鸣器报警，采用晶体管驱动。在系统采集到传感器的相关报警信号时，向目的手机发送完提示短信后，蜂鸣器即发声报警。当按下消除报警的按键后，才消除报警声音。

3系统软件的设计

3.1 系统的主流程图

系统的工作方式为：系统上电进行初始化，这一阶段负责系统中传感器的预热等活动，并等待系统的布防操作。当按下布、撤防开关，系统中的布撤防指示灯亮5秒，单片机即开始实时检测热释电传感器信号输出端口的电平信号变化。一旦传感器触发了中断，单片机进行标记，热释电工作LED指示灯闪烁3次指示，GSM模块工作指示LED灯点亮，复位传感器的标记信息。随即单片机从串口发送AT指令控制GSM模块发送报警短信：“请注意，有人进入报警范围！”，短信发送完成后，熄灭指示GSM模块工作的LED灯。蜂鸣器开始发声报警，在按下声音报警撤销按键后，蜂鸣器停止声音报警，否则持续报警。在没有撤防的情况下，继续监测工作环境的安全状况。系统主流程图如图7所示。

3.2 布防和撤防按键开关工作流程

系统中通过外部中断0触发方式的按键开关，来控制系统的布防与撤防。在按键按下奇数次时，系统布防。开单片机的外部中断1，为热释电传感器工作做准备，布、撤防LED指示灯亮5秒。当按键按下偶数次時，系统撤防，布、撤防LED指示灯闪烁5次，关闭单片机的外部中断1，使单片机不处理来自热释电传感器发送的信号。

3.3 GSM模块工作流程

在单片机控制GSM模块发送报警信息时，GSM模块工作流程图如图3.3所示。单片机通过串口发送AT指令，从而控制GSM模块的工作。其顺序为：首先通过串口发送头信息，在GSM返回“>”后发送报警信息的PDU格式数据包，如果返回结果为“OK”，则发送信息成功，继续等待下一次信息的发送。

4 系统测试

上电后，GSM模块自带的LED灯根据是否注册到GSM网络进行指示，LED灯闪烁1秒表示未找到信号，闪烁三秒表示已经找到信号。如图8所示。

在GSM模块注册到网络之后，按下布防开关，LED1亮5秒，单片机开外部中断1，系统开始检测热释电传感器电平信号的变化。如图9所示。

当热释电传感器检测到红外辐射信号后，热释电传感器的OUT端口电平产生负跳变，触发单片机的外部中断1，LED3闪烁3次。单片机检测到了中断产生的报警标记，LED2点亮，单片机开始发送AT指令控制GSM模块发送报警信息。系统发送完成报警短信：“请注意，有人进入报警范围！”到目的手机，LED2灯熄灭。手机收到的短信：“请注意，有人进入报警范围！ ”短信发送完成后蜂鸣器发出报警声。按下报警消除按键，停止蜂鸣器报警。当再次按下布防撤防按键，LED1闪烁5次，系统撤防。在此期间，单片机的外部中断1关闭，系统不再对热释电传感器的信号检测标记。只有再次布防，热释电传感器开始检测红外信号，GSM短信模块开始等待发送报警信息。

5 结语

本系统中GSM模块负责完成系统的通信功能，单片机作为控制中心，传感器负责检测信号，按键开关控制系统是布防还是撤防，蜂鸣器用来报警，LED灯指示系统的工作状况。软件部分则是处理包括按键、热释电传感器的输入信号、控制GSM模块工作、LED灯的指示。系统完成以后，实际测试可以完成安防要求，可以实时的发送出短信，按下报警消除按键后即可关闭警报，最终实现了智能家庭报警的系统。

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【通联编辑：闻翔军】