基于GSM模块智能家居防盗报警系统设计与实现

◆唐瑜梅



基于GSM模块智能家居防盗报警系统设计与实现

◆唐瑜梅1,2

（1.四川文理学院智能制造学院 四川 635000；2.四川文理学院达州智能制造产业技术研究院 四川 635000）

该系统为基于STC89C52单片机和GSM无线通信模块TC35I进行设计的智能家居防盗报警系统。由人体红外感应模块、单片机控制模块、GSM无线通信模块及报警电路组成。人体红外感应模块负责对入侵信号的检测，有险情发生则产生报警信号，送至单片机控制模块，控制单片机和GSM模块通信，由GSM模块发送短信通知业主及小区安全中心，并触发声光警报。该系统运用无线通讯方式进行报警，有效提高了报警系统的可靠性，克服了市面上一些报警器因线路被恶意破坏而失去报警功能的缺陷。

智能家居；防盗报警；GSM模块；STC89C52

0 引言

随着生活水平的提高，家庭贵重物品增多，人口流动性增大，居家安全受到重视。传统的机械式报警方式依靠固定线路或以太网，存在线路被恶意切断的风险，存在了一定的隐患，不能有效的保证人身财产安全，基于GSM模块智能家居防盗报警系统设计与实现有效解决了因为通信线路中断而导致的无法报警等问题。

1 系统总体思路及方案设计

系统由硬件及软件两大部分组成。硬件部分主要包括人体红外检测模块、单片机控制模块、GSM无线通信模块，完成入侵信号检测、现场声光报警和远程短信报警功能。系统具体设计方案如图1所示，由人体红外感应模块进行信号检测，有人入侵时产生电信号，经过滤波、放大和比较后，输出电平被发送到STC89C52单片机作为报警信息。单片机STC89C52检测到有效电平信号后驱动LED灯和蜂鸣器报警，作并向GSM通信模块发送命令，由GSM无线通信模块TC35I给用户发送信息，实现远程报警。

图1 系统设计方案

软件程序设计采用C51语言实现各种初始化和控制功能，单片机控制GSM模块进行报警是通过串口发送AT指令完成。

2 硬件设计及工作原理

系统硬件由人体红外感应模块HC-SR501、STC89C52单片机、GSM无线通信模块TC35I等组成。通过热释电红外传感器进行探测，有人入侵时产生电信号，该电信号经过信号处理电路进行放大和比较，传送给单片机。STC89C52是控制芯片，完成处理传感器传递的电信号并向GSM无线通信模块TC35I发送命令，控制TC35I发送短信报警信息。

2.1 HC-SR501人体红外感应模块

HC-SR501人体红外感应模块由热释电红外传感器、菲涅尔透镜和BISS0101等部分组成，有VCC、OUT和GND三个引脚。当有人出现在它的探测区，以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电信号，并把信号传给单片机，单片机再根据实际情况是否该报警。当检测到人体红外信号后，输出引脚OUT向单片机输出高电平，驱动单片机发送命令信号进行报警。

HC-SR501采用热释电红外传感器，工作原理是热电效应，依靠探测来自运动目标的红外辐射产生电流。该电流信号经过后续放大处理后可作为单片机报警信号的输入。

菲涅尔透镜安装在探头上，作用是使探测光的波长范围为7~10um，恰好适合人的红外辐射波长，减少环境干扰，使红外探头只对人体的红外辐射敏感。如果没有菲涅尔透镜，则对0.2~20um范围内的波长均敏感，如果在这个范围内进行检测，那么除了对人体信号敏感外，还可能受到其他运动物体干扰。

BISS001是信号处理电路，经热释电红外传感器传递而来的电信号还不足与单片机进行通信，需经BISS0001热释电处理芯片进行放大、比较，再将有效触发信号提供给单片机，产生中断，由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延时定时器和参考电压源等部分组成。

2.2 单片机控制模块

单片机STC89C52控制模块检测传感模块传递给引脚的信号并控制产生报警信息。传感器输出引脚通过与单片机引脚相连传递报警信号，STC89C52串行接口RXD、TXD通过RS232与GSM模块相连，GSM模块的控制和通信是通过串口发送AT指令实现。

正常工作时，单片机CPU监测各个传感模块是否有报警信号产生，如果发生报警信号，产生中断，驱动室内LED灯和蜂鸣器报警，这一功能可以通过给相应引脚一个高电平完成。同时，单片机通过串行口TXD、RXD与GSM模块进行通信，通过发送AT指令，控制GSM无线通信模块进行远程短信报警。传感器输出引脚通过与单片机引脚相连传递报警信号，STC89C52串行接口RXD、TXD通过RS232与GSM模块相连，GSM模块的控制和通信是通过串口发送AT指令实现。STC89C52单片机硬件连接如图2所示。

图2 单片机硬件连接图

STC89C52与PC的连接需要使单片机的TTL电平与PC的RS232电平匹配，因此需要用到芯片Max232进行电平转换，实现与上位机的通信。

2.3 TC35I GSM无线通信模块

GSM无线通信模块可以实现语音、短信息、数据接收、发送等多种功能。使用UART串行接口与单片机连接，使用标准AT指令集，可以使STC89C52控制GSM模块进行各种短消息收发等操作。

GSM无线通信模块主要通过单片机向其发送命令进行控制，本系统采用TC35I无线通信模块，具有标准的RS232接口，且该模块集成度高体积小、传输的信息安全可靠。TC35I通过RS232接口与PC机、单片机连接。TC35I有40个引脚，通过ZIF(零阻力插座)实现与外部电路的连接。

（1）STC89C52与TC35I的连接

STC89C52单片机与TC35I通过串口连接，进行串行通信。对TC35I的控制是通过STC89C52发送AT指令实现。单片机STC89C52和TC35I的连接需通过RS232接口进行电平转换。原因是，虽然STC89C52与TC35I都是TTL电平，但是正电平的逻辑不同，STC89C52是+5V，TC35I是+2.9V，直接将TC35I的串行输入输出口与单片机串行输入输出口连接后不能通信。可通过RS232接口进行电平转换，本系统采用MAX232芯片完成电平转换，连接电路如图3所示。

图3 单片机与TC35I连接图

（2）PC与TC35I的连接

PC机和TC35I可直接通过RS232接口相连，通过RXD、TXD和GND三引脚进行通讯，串行通讯的DTR和RTS接口与TC35I模块的控制接口连接。PC机可通过调试软件实现对短信息收发模块的控制和数据交换。PC与TC35I连接如图4所示。

图4 PC与TC35I连接图

3 软件设计

该系统软件设计需实现的功能是：当检测到人体红外信号时，单片机触发中断，控制LED灯和蜂鸣器报警，同时向TC35I发送控制命令，TC35I向用户手机发送信息。STC89C52单片机的编程采用C51语言，实现对TC35I的控制是通过发送AT指令完成。

3.1 软件工作流程

系统主要工作流程可分为以下步骤：系统上电后,程序对单片机模块、无线通信模块及相关电路模进行初始化，主要包括单片机中断、定时器、串行接口、TC35I模块等。检测单片机和GSM模块的连接情况，发送AT+CMGF=1指令给GSM，如果返回OK，表明系统开始正常工作；若没有返回则代表连接未成功，LED灯闪烁5次并不断地查找GSM。系统工作时，单片机检测传感器模块传递的电平信号是否为高电平，如果为高电平，则LED灯点亮，蜂鸣器响，实现现场报警，并向TC35I模块发送命令，指示无线通信模块发送预先设定的短信给用户手机；如果传感器模块传递而来的是低电平，则表示没有产生报警信号，系统继续检测相应引脚。

3.2 AT指令

AT指令用于GSM模块，可实现移动设备和终端设备间的信息交换，单片机通过AT指令实现对TC35I的初始化、收发信息。

（1）启动与初始化的设计

设备上电开机后首先应完成对单片机、TC35I进行初始化的工作。TC35I的启动是通过给IGT引脚提供一个低电平完成，初始化TC35I是通过单片机发送AT命令完成。初始化命令有：AT+CMGF设置信息模式，AT+CSCA设置短信中心号码，AT+CMGS设置目的SIM卡号码。初始化串口的相应程序为：

voidIni_UART(void) {

SCON = 0x50;

PCON = 0x00;

TMOD = 0x20;

TH1 = 0xFD;

TL1 = 0xFD;

TR1 = 1; }

（2）单片机控制TC35I发送PDU短信

TC35I收发短信支持Block模式、Text模式、PDU（协议数据单元）三种模式。较为常用的是Text和PDU模式，Text模式只支持英文信息，PDU模式支持中英文信息，因此本设计选择PDU模式。对其模式的设置在初始化阶段完成，相应的AT指令为：AT+CMFG=0。设置好信息模式后，可通过AT+CMGS发送短信。相应程序段为：

uchar code TelPhoneNum[]={"AT+CMGS

="+8615881885749""};

uchar code PDU []={"AT+CMGF=0"}; //设置为PDU模式

uchar code Smessage[] = {"ALARM "}; //设置报警信息

Print_Char(ucharch)//发送单个字符

{

SBUF = ch; //送入缓冲区

while(TI == 0); //等待发送完毕

TI = 0; //软件清零

}

Print_Str(uchar * str,uintlen)//发送字符串,调用Send_Char() len字符串长度

{

while(len--)

{

Print_Char(*str++);

}

}

void GSM_SMS()

{

Print_Str(Smessage,7);

Print_Char(0x1a);

ES=1;

delay(1000);

delay(5000);

}

综上，该系统实现基于GSM无线通信模块的智能家居防盗报警，采用的报警方式分为两种，一种是通过现场LED灯和蜂鸣器进行报警，一种是通过无线通信模块进行远程报警。该系统优点是实现了全自动的监控和报警功能，报警功能可靠有效，电路实现成本较低，便于普及和推广。

[1]Siemens TC35I技术手册，www. siem ens.com/wm[EBJOL].

[2]宏晶科技.STC单片机用户参考资料中文版.http://www.mcu-memory.com/datasheet/stc/STC-AD-PDF/STC89C51RC-RD+_GUIDE-CHINESE.pdf，2007.

[3]赵洪涛，董力.单片机电路在防盗报警系统中的应用[J]. 计算机光盘软件与应用，2014.

[4]于庆，徐航.基于GSM网的油田监控系统的通信模块设计[A].通信技术，2013.

[5]周艳丽，魏宗寿.利用TC35I和PC机实现短消息的收发[B].电子技术，2017.