基于GSM的红外报警系统设计

创新者：许志龙

基于GSM的红外报警系统设计

创新者：许志龙

本文给出了一种基于GSNM的红外报警系统的设计方案，该系统将手机模块与普通红外报警系统相结合。系统设计时传感器采用主动式和被动式红外传感器相结合，两种传感器优势互补，大大减小了系统误报警的可能性。主控芯片采用51单片机。通信模块GSM使用的是西门子公司生产的TC35i模块，单片机通过串口发送AT指令，对手机模块进行控制。系统设计整体上可以分成软件和硬件两个部分。其中，硬件部分的设计包括传感器的选择，单片机的确定，以及报警方式的选择。系统实现了用户对报警模式的选择，以及可以及时发现紧急情况并报警。

目前有些报警系统只能实现声光报警，无法进行远距离报警。这就使得报警系统虽然发出了报警，但是户主没有及时发现而延误了险情的及时处理。远程报警系统，提高了报警系统的及时性，使户主即使在其他地方也可以及时了解家中的情况。

专家和学者对远程红外报警装置也进行了一系列的研究，指出远程报警装置的必要性和理论上的可行性。本文对远程红外报警装置进行了深入的研究，分析不同的红外传感器的工作原理和性能指标。在此基础上，详细论证了以51单片机为主控芯片的，TC35i模块为核心的智能红外报警系统。以手机通信模块作为本次设计的重点。重点介绍以手机模块作为远程控制的核心器件，通过手机模块来实现远程报警功能。红外报警模块同时采用主被动两种方式的传感器来进行报警信号的采集，充分的考虑了不同传感器的优缺点，实现传感单片机器之间的优势互补，增加了报警系统的可靠性能。作为系统的控制中枢，不仅接受来自红外系统的报警信号，同时通过串口来实现对手机模块的控制以及其他报警方式的控制。手机模块通过接收单片机发来的不同AT指令来执行相应的命令，发送正确的短信。同时利用手机发送相应的短信来回控单片机程序的执行。

红外报警系统的方案设计

系统的总体设计及系统总体框图

主控芯片使用AT 89C52单片机，红外报警模块同时采用红外对管和红外热释电主被动结合，通信模块选用TC35i手机模块。电路的突出优点是同时采用两种红外模块不仅解决了热释电模块易受温度影响的问题，同时也解决了红外对管易受小动物树叶风吹动窗帘遮盖而引发错误报警等的影响。根据上述的方案设计，绘制出系统的总体框架图1，系统由电源、红外热释电、红外对管、单片机、手机模块以及声光报警等模块组成。其中单片机是系统的主要控制模块，控制着整个系统的运行，读取传感器模块和手机模块发来的信号。红外传感器部分负责人体信号的感应，检测是否有人进入房间。手机模块负责整个电路的远程报警，和用户手机指令的接收。声光报警电路起指示和警报作用。

红外报警系统的基本原理是通过红外热释电传感器来检测人体发出的独特的红外波段，经过处理电路处理后，通过电压的高低来表示信号的有无。红外对管通过发射管发出红外信号，红外接收管接收红外信号。当红外接收管接收不到信号时，红外接收管的电阻相对较大，因此红外对管分得的电压较大，输出的电压也相对较大。当接收到红外照射时，红外对管的相对电阻较小，分得的电压较小。但是两次电压变化相对较小，单片机无法直接辨别两种信号的区别，需要再通过三极管电路将较小的信号变化转变为高低电平的变化。单片机通过判断信号接口的电平的高低，执行相应的程序，进而判断是否有人进入。单片机通过手机模块实现远程报警，同时系统实现电路的远程可控。

系统模块硬件电路的设计

红外热释电模块设计

红外热释电模块非接触式的监测方式，人体不需要与电路接触，探头只需检测到人体辐射的红外线，便可以产生报警信号，使电路产生报警。当红外探头检测到特定波长的红外线能量时，将检测到的红外能量的变化转换成电压信号输出，红外热释电输出的电压一般较小，需要经过放大电路进行放大。

红外对管电路设计

在本次设计中，我们主要利用了红外接收管电路在有无红外线照射时，电路的电阻变化比较大的这一特点进行电路的设计。将红外接收管与一个电阻进行串联分压。电路通过红外发射光发射出红外光线照射在红外接收管上，当有光照在红外接收管上时，红外接收管的电阻较小，一般在几十到几百欧姆，比起与之串联的电阻要小的多，电路上分得的电压较较小，电路对外输出的电压较小，实际测得电压小于0.1V。当红外发射管发射的红外线被遮挡时，即有人通过时，红外接收管的电阻就会升高，与串联的电阻在一个数量级，这就导致红外接收管分得的电压较大，电路对外的输出电压较大，在实际测得电路输出电压可以达到0.7V。

图1　系统整体组成框图

单片机无法直接区别红外接收管不同情况下分压输出的两个电压，我们需要对输出电压进行放大转化。同时，电路是用于对有无外人的闯入进行监测，我们并不需要得到较为精准的数字量，只需要区分是否有人闯入即可，所以电路通过加一个NPN三极管将电路输出的较小的电压量的变化转化成较大的电压量的变化，三极管起一个开关和电平转化的功能，将红外管分压电路中较小的电压变化转化成较大电压变化，电路利用了三极管饱和和截止两个区不同的电路特性，当红外对管分压电路输出的电压较小时，三极管截止，P0.6口得到高电平，当输出电压较大时，三极管饱和，三极管电路对外输出的电压较小，为低电平。单片机可以识别进过三极管放大后的电压，当有人闯入，即红外接收管接收不到信号时，P0.6接收到低电平信号。

图2　单片机最小系统和声光报警电路

图3　手机模块与单片机连接示意图

单片机最小系统和声光报警电路

如图2所示，单片机采用5V电源供电，单片机晶振采用11.0592MHz，晶振的频率决定了单片机的时钟周期，这也最终决定单片机的执行程序的速度。图中的接在电源上的电容起到滤波稳压的作用。其中复位电路采用手动和自动两种方式，通过电容串联电阻接地，在上电时由于电容上的电压不会突变，可以给单片机足够长时间的高电平使单片机复位，手动按键在单片机进入是循环，或单片机发生故障时进行手动复位。单片机通过不断扫描P0.0口的电平，已决定电路工作在何种方式。单片的P3.0和P3.1口和TC35i的串口引脚相连实现两个模块之间通信。电路中有红黄绿三个LED，用来提示电路的各种状态，通过三个不同颜色的LED来提示电路处于不同的状态，比如：在正常没有人的情况下，一直只有绿色LED点亮，表示系统工作正常，没有检测到有人闯入。在只有红灯亮时，表示系统处于警报状态。只有黄灯亮时，说明系统工作异常或系统处于预报警状态，需要进行检修。系统的报警电路还运用了蜂鸣器，蜂鸣器通过P2.0口进行控制，当单片机输出为高电平时，单片机发出响声。在单片机上电后，需要将单片机的P2.0端口置低。

TC35i模块的与单片机的连接

TC35i通过串行口与单片机相连接，单片机再与TC35i进行通信时需要先将单片机的串口进行初始化设置，将单片机的工作模式设至为工作方式一，波特率设置为9600Hz，单片机与TC35i之间的连接除了串口之外，还需要将两个模块共地，即将两个模块的地相连。确保信号通过串口传输时，两个模块可以相互读取，从而使单片机可以正常控制手机模块的工作。

系统实际调试和运行结果的分析

系统的软件开发选用的是keil软件。在本次系统设计时我们采用C语言作为开发语言， 在本次系统刚开始制作时，电路中许多模块运行的结果与预期的并不相同。电路的红外热释电模块是参考网上的典型电路进行焊制的。红外对管刚开始进行试验时发现电路红外接收管在有无红外线照射时电路的输出电压变化较小。经过几次改变红外对管的串联电阻的阻值，将红外对管的电压变化变大，在无光照时电压的输出小于0.2V，在有光照时大于1.2V，这时的输出电压已经可以控制三极管基极和发射极之间的导通和截止。在将变化的电压通过三极管进行放大，最终实现单片机可以区分两种不同状态下输入信号。单片机的蜂鸣器在刚开始焊接时，蜂鸣器无法发出声音，经过查阅资料，加了一个上拉电阻后，单片机可以使蜂鸣器发出声音。

刚开始编写单片机控制TC35i模块的程序时，由于忽略了单片机的晶振，单片机无法控制TC35i模块执行相应的程序。在查阅了大量资料后，发现必须将单片机串口的工作频率设置为9600HZ，手机模块才可以正确识别单片机发过来的指令，进行相应操作。

系统最终调试良好，各个模块运行良好，LED可以较好的指示系统运行的状态，并可以作为报警信号中的光学报警使用，同时手机模块与单片机模块之间可以正常通信，单片机可以控制手机模块的收发，单片机可以读取手机短信指令并进行相应的操作。可以通过手机发送不同的短信来控制系统的开启和报警模式的选择。

结束语

本文设计了基于TC35i的红外报警系统的设计和制作，同时使用两种不同的红外模块作为电路的报警探测方式，就是考虑到单一的报警模块可能会产生较大的误报警率。系统采用非接触的方式大大提高了系统的可靠性。手机模块的安全稳定性都相对较好，电路通过手机模块来实现远程报警，安全又经济。当然，系统也还存在着一些可以改进和提高的地方。在原有的系统中可以加入摄像头模块，这样可以在收到报警信号后，通过视屏或图片及时了解家中的具体情况，且记录下小偷的样貌特征，便于警察进行破案。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.029