基于ATmega16的GSM家居安防報(bào)警器

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)檢測無線通信接口，有2 路無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)測表明系統(tǒng)具有很好的檢測效果。

0 引言

隨著我國大量現(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 路無線探測器（紅外微波防盜，煙霧報(bào)警）無線通信接口，同時(shí)有2 路無線控制繼電器輸出端，可聯(lián)動(dòng)電源，錄像等工作。3 路無線探測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)合入侵探測器，煙霧傳感器主要用于火災(zāi)檢測。一旦系統(tǒng)由主人通過手機(jī)短信打開后，如果檢測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)還提供兩路無線開關(guān)用作遠(yuǎn)程控制通斷，用戶可通過短信命令對(duì)遠(yuǎn)程無線開關(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R3 充電，比較器的反相端電位緩慢上升，一旦C2 的電壓高過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)不必使用過多頻點(diǎn)進(jìn)行通信，主機(jī)使用315 MHz 的無線模塊對(duì)無線開關(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)無線收發(fā)模塊

無線收發(fā)模塊主要由無線編碼芯片SC2262、無線解碼芯片PT2272、315 MHz 發(fā)射模塊以及接收模塊組成。主機(jī)對(duì)無線開關(guān)進(jìn)行控制時(shí)使用無線編碼芯片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)行編碼再從17 腳輸出至315 MHz發(fā)射模塊。

由于市面上有些探測傳感器的無線發(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，避免了檢測到有人入侵但主機(jī)無報(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MCU 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)行測試，分別為正對(duì)、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 測出有效感應(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)行測試，分別為正對(duì)、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 測出有效感應(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)距離測試示意圖

圖7 微波傳感器距離感應(yīng)測試示意圖

4 結(jié)語

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線通信接口，提供遠(yuǎn)程無線開關(guān)功能，有2 路無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。

作者：卞建勇 楊潤豐 楊洋 朱彩蓮   來源：《現(xiàn)代電子技術(shù)》