基于单片机控制的GSM短信模块涉密办公区域报警系统

随着国家的崛起，越来越多的核心技术应用于国家的建设中，而某些国外的组织利用一些人贪婪的本性，利用他们窃取国家的机密信息，对我国的发展造成的严重的影响，所以建立安全有效的报警系统是我们迫在眉睫的工作。本设计是建立一个基于单片机控制的GSM短信模块的办公区域报警系统，对涉密办公区域的有效监控报警，远程通知的功能实现。

1.1 系统整体设计思路

本系统由人体红外探测器采集涉密办公区域报警信号，若检测到有人闯入，则探测器将把报警信号送入89C51单片机，单片机发送控制指令，控制GSM短信模块执行向警卫发送报警信息的指令，从而可以实现该系统的防盗报警功能。

基本工作原理：利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给MCU，MCU 判断是否报警，如果满足报警条件就会发出控制信号输出指令，使GSM短信模块给用户发短信息，实现防盗报警。系统流程：人体红外探测器-单片机控制器-GSM短信模块-用户终端。

1.2 系统方案设计

基于STC89C51单片机控制的GSM短信模块家庭报警防盗系统结构组成为人体红外探测器、单片机控制器、GSM短信模块，用户接收终端。在该单片机控制系统里，经软件查询、识别判断环节实时发出入侵报警状态控制信号。发出指令使电路将控制信号放大并推动GSM模块指定用户发送报警信息，从而实现报警功能。当报警延迟20s后自动解除，也可进行人工手动解除报警信号的操作，当警情消除后，复位电路发挥指令，系统可进行复位。

图1 总体设计流程图

1.3 人体红外传感器

该系统选用的是人体红外传感器HC-SR501，其在夜里也可进行监视功能。人在8米范围内都会被检测到，它的覆盖角度是120°，可以组成椎体感热区域，在空间形成立体警戒，并可以达到立体范围内全监测目的。热释电红外传感器的工作特性：全自动感应。当传感器检测到人体时端口输出高电平，当检测范围内没有红外信号时端口输出低电平；可重复触发。如一直感受到人体发出的红外信号，则输出一直保持高电平，人离开延时断开；工作电压宽为DC3V-DC24V；感应范围大；功耗低；适应性强；灵敏度高，具有较强的工作可靠性。

1.4 51单片机

处理器采用的是51单片机的89C51系列，这种单片机具有功率低、性能强、超强抗干扰的优势。这款单片机是芯片与一个8位微控制器4K 字节的系统内可编程快闪记忆体。由图2看出，这款单片机是在这一块芯片上集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括中央处理区CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，还有复位电路、时钟电路、晶振电路集成一个整体。

图2 51单片机内部结构图

1.5 SIM900A 短信模块

最新一代的SIM900A GSMGPRS 开发板可以低功耗实现语音、SMS（短信，彩信）、数据发送和传输的功能；SIM900A 模块支持RS232串口和LVTTL 串口，模块可以非常方便的与设计的产品进行联接；此模块供电的要求为5V 供电，因为加了大电容所以可以直接连接单片机。电脑调试USB-232和USB-TTL 均可，具有远程遥控功能；sim900a短信模块也支持2、3、4G 手机卡。

2 硬件电路设计

电源电路设计。本设计采用系统供电，同时实现电压转换、滤波稳压等功能。电源电路在系统中具有重要作用，若电源不能为系统提供需要的电压电流，那么整个系统功能将无法实现；自锁开关。第一次按下不会自动弹起，进入锁定状态，开关接通。第二次按下会弹起，及接触锁定状态，开关断开。

人体红外探测信号输入电路设计。人体红外探测电路是由人体红外感应模块、信号流入放大器进行放大并通过比较器进行比较后将信号输出，分为四部分。人体红外探测电路开始工作时，人体红外传感器检测到有人体发出的信号时，由传感器引脚发出的微弱电信号经过放大电路，把输入进来的微弱电信号不失真的放大到所需的数值，经过比较电路后判断传感器接受到的人体红外热释电信号强度是否足够大。若强度足够大则输出低电平，若强度不够大则持续输出高电平。三极管是一种控制电流的常见元器件，目的就是可以把微弱的电信号以不失真的要求放大成幅度值比较大的或者是所需要的电信号。

时钟电路与复位电路的设计。时钟电路的设计：为满足定时和计时的功能所以设计了时钟电路。XTAL1和XTAL2为11.0592MHZ的晶 振的管脚，为芯片提供时钟振荡。C22和C23采用的都是30pf的瓷片电容。本设计中有两个复位方法，一个为手动按键复位，即RESET 端不间断的输出两个机器周期的高电平时就可达到复位目的；另一个是上电复位，当VCC 接通电的瞬间，由于电容电压不会发生突变，故电容俩段电压为零，所以送到单片机内引脚RST的信号为高电平。电流通过R1后电容开始充电，电容俩端电压开始增加，引脚RST 不断减少，直到变为零，成为低电平则完成上电复位。

声光报警电路原理。声光报警电路由蜂鸣器、限流电阻R1、发光二极管和三极管组成。单片机I/O口驱动能力有限，不能直接驱动大电流用电器件，所以需要加入三极管用来放大电流。从单片机引脚BUZZ 与基极B相连，则单片机发出低电平信号，则声光报警电路导通，电路开始通电，蜂鸣器开始进入工作状态，发出哔哔哔的响声，发光二极管开始发红光并不停的闪烁。

按键输入电路。由三个按键组成，引脚与单片机引脚对接。按键按下I/O电平拉低，在程序中扫描I/O口即知道按键状态。

指示灯电路。I/O接口输出低电平时灯亮。本设计中共有三种颜色的发光二极管，分别为红，绿，黄。

GSM通信模块电路。本GSM通信模块用的是SIM900A 模块，模块的引脚TX 与单片机RX相接，模块RX 引脚与单片机引脚TX相接。图中滤波电容C4与并联在电源电路输出端，可使短信发送模块更稳定，可使电源直流输出平滑稳定，降低了交变电流对模块工作正常性能的影响。GSM模块用的是UART 通信协议，UART 协议是一种通用数据总线的名称，用于异步通信，在SIM900A 中用于主机与通信设备之间的通信。

3 软件设计

3.1 软件程序的实现

本系统包含硬件电路和软件程序两大部分，硬件电路设计完毕后需要完成软件部分设计。从功能上可将软件功能分为两种类型，其一主程序，其二为子程序。所有设计出来的小执行程序都是一个小的功能执行模块，用来达到用户设定的目的，实现相应的功能。各子程序原理如下。

防盗报警子程序。当监测到达到报警要求的红外辐射信号后，启用对应的防盗报警子程序即可实现防盗报警的功能，其防盗报警的设计原理：单片机输出有效电平后对应的声光报警电路里面的三极管导通，声光报警电路通电，做出报警的指令，蜂鸣器发出报警声，二极管闪烁。

串行口通信子程序。单片机和SIM900A GSM短信发送进行通信时，晶振是11.0592MHZ,定时器产生9600波特率，当REN=0时允许串口接收数据；当ES=0串口中断应许；当EA=1，开启中断。串口通信程序一般采用的有三种：查询、中断、DMA。其中单片机的TXD 与SIM900A GSM短信发送模块的RXD，单片机的RXD 与SIM900A GSM短信发送模块TXD，发送用的是查询指令，接收用的是中断指令。

图3 主程序流程图

图4 GSM短信模块报警流程图

3.2 主程序及相关子程序、模块流程工作图

主程序主要是当人体红外模块监测到红外辐射剧烈变化后，判断出有人入，则主程序开始发送报警信息，指令到达通信报警模块，继续执行，一直循环。当人体红外模块热释电模块监测到有人闯入时，进入布防状态的系统的绿色指示灯开始闪烁，会不停地闪烁20s，如果人体红外辐射还可以检测到的话将执行短信报警模块，单片机会执行报警指令（图3）。

短信模块报警流程。系统监视到有人闯入后，布放绿色指示灯开始闪烁20s 后，GSM短信发送模块发送防盗报警短信，待发送完成后黄色指示灯将不再闪烁（图4）。本系统中设计了紧急报警程序，有一个紧急按钮可使单片P2.0输出高电平，短信报警模块直接会执行短信报警功能（图5），信号采集流程如图6。

图5 紧急报警子程序流程

图6 信号采集流程图

4 结语

国家最近在大力建设第五代通信网络，其峰值速度大约在1GB/S，比起现在的4G 要快近100倍，那么在未来可能就不只是发送短信这么简单了，如果在涉密办公区域报警系统中加入了高清摄像功能，那么结合5G 网络可以瞬间发给用户，那么用户可以立刻与警卫人员联系，第一时间掌握不法分子的全部特征，更利于国家或者企业的保密工作。