基于ATmega16的GSM家居安防報警器系統(tǒng)設計

　　摘 要： 當前人們對家居防火、防盜以及對家用電器遠程控制的需求日益提升， 同時手機已經(jīng)成為居民隨身攜帶的通信工具， 基于此設計了一種基于GSM 模塊的能夠通過手機對家用電器進行遠程控制的集火災、入侵報警于一體的自動短信安防報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由AVR ATmega16 單片機外接GSM 模塊作為控制主機， 由短信帶密碼操作， 可設定8 組用戶電話號碼， 可中文短信報警， 帶有紅外微波雙鑒防盜和火災檢測無線通信接口， 有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 錄像等工作。最后經(jīng)實測表明系統(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， 人們對住宅的防火、防盜以及對家用電器進行遠程通斷電的需求日益提升， 而在當前社會， 手機已經(jīng)成為居民每日隨身攜帶的通信工具， 基于此本文設計了一種基于GSM 模塊的能夠通過手機對家用電器進行遠程通斷電控制的集火災、入侵報警于一體的可以自動向主人發(fā)送中文報警短信的安防報警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結構

　　如圖1 GSM 安防報警系統(tǒng)示意圖所示， 本系統(tǒng)由AVR ATmeg a16 單片機外接GSM 模塊作為控制主機，主機由短信帶密碼操作， 可設定8 組用戶電話號碼， 中文短信報警，系統(tǒng)具有3 路無線探測器（ 紅外微波防盜， 煙霧報警） 無線通信接口， 同時有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 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)模塊構成。紅外熱釋電傳感器和微波傳感器共同構成微波紅外復合入侵探測器，煙霧傳感器主要用于火災檢測。一旦系統(tǒng)由主人通過手機短信打開后， 如果檢測到有人非法入侵或者有火災發(fā)生，該系統(tǒng)將在立刻發(fā)短信通知設定好用戶號碼的主人（ 最多8 個手機號碼） 。同時為了方便主人離家能夠?qū)矣秒娖鞯冗M行通斷電的控制， 本系統(tǒng)還提供兩路無線開關用作遠程控制通斷， 用戶可通過短信命令對遠程無線開關進行控制。

圖1 GSM 安防報警系統(tǒng)示意圖

　　如圖2 系統(tǒng)主機結構圖所示， 系統(tǒng)主機主要由MCU （ AT mega16 單片機） 、GSM（ T C35i） 及電平轉(zhuǎn)換模塊、延時接口電路（ 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） 構成。

圖2 系統(tǒng)主機結構圖

　　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 個簡單的非門做電平轉(zhuǎn)換以及在T XD 端串1 個限流電阻。由于TC35I 對電源要求較高（ 電壓下降超過400 mV 將復位） , 并且在發(fā)送數(shù)據(jù)期間電流峰值會達到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， 以減少對電源的要求。

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路

　　1. 2 延時接口電路及顯示模塊

　　本系統(tǒng)接收外部的無線信號采用的是查詢的方式，為了防止信號丟失， 并盡量和市面上相同編碼的無線模塊兼容， 本文設計了一個單穩(wěn)態(tài)延時接口電路， 該電路的原理圖如圖4 所示， Q1 基極為高電平時， C2 保存的電量被釋放， 比較器輸出高點平， 當基極由高電平降為低電平時， 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， 從而達到延時的目的。

圖4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器延時接口電路

　　顯示部分由ST7920LCD 構成， LCD 與MCU 使用SPI 進行連接。當有按鍵按下時就觸發(fā)LCD 背光。無線接口部分由于防盜報警， 煙霧報警， 以及短信遠程控制同時被觸發(fā)的概率很小， 故整個系統(tǒng)不必使用過多頻點進行通信， 主機使用315 MHz 的無線模塊對無線開關進行控制， 而熱釋電紅外和微波位移傳感器分別使用315 MHz, 433 MHz 兩個不同頻率對主機發(fā)送報警信號， 這樣可以使得報警時互不干擾。煙霧傳感器使用315 MHz 的頻率對主機發(fā)送信號。

　　1. 3 主機無線收發(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。主機對無線開關進行控制時使用無線編碼芯片SC2262, 地址設置與接收部分PT2272 一致， 且震蕩電阻應匹配， 當MCU 上電后或者主機收到遠程控制的短信， MCU 先根據(jù)EEPROM 內(nèi)保存的無線開關狀態(tài)改變PD4~ PD7 電平， 然后MCU 將發(fā)送一個寬度為1 s的低電平脈沖至PT2262 的16 引腳（ TE） , 使SC2262對于PD4 ~ PD7 的數(shù)據(jù)進行編碼再從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)時只發(fā)高電平“1” ，所以主機解碼芯片不能用帶鎖存的PT 2272L4, 否則PT 2272L4 輸出的數(shù)據(jù)永遠都是高電平， 會一直產(chǎn)生誤報， 因此為了更好的與市面產(chǎn)品兼容，本系統(tǒng)主機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。

　　這樣當有人入侵觸發(fā)報警時， 兩個報警器發(fā)出的信號不會因為處在同一頻率上而互相干擾而導致解碼錯誤， 避免了檢測到有人入侵但主機無報警的情況。煙霧報警器接收部分和微波報警器使用同一個PT2272 M4 和接收模塊。由于紅外、微波、煙霧報警被觸發(fā)時發(fā)射的信號是不連續(xù)且不同步的， 所以接收到信號將由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

　　微波感應器、紅外感應器貼墻安裝， 安裝高度在3~5 m。對紅外傳感器從3 個不同角度進行測試， 分別為正對、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 測出有效感應距離分別為圖6 中A、B、C 所示。微波傳感器從3 個不同角度進行測試， 分別為正對、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 測出有效感應距離分別為圖7 中A 、B、C 所示。紅外感應器的最大感應直線距離達7 m, 最佳使用距離為6 m, 感應角度90℃ 。微波感應器的最大感應直線距離達9 m, 近距離全向有效， 最佳使用距離為5 m。

圖6 紅外傳感器感應距離測試示意圖

圖7 微波傳感器距離感應測試示意圖

4 結語

　　本文設計的自動短信安防報警系統(tǒng)采用了熱釋電紅外、微波雙感應器， 大大減少了誤報、漏報， 提高了安防報警系統(tǒng)應用的可靠性。由AVR ATmeg a16 單片機外接GSM 模塊作為控制主機， 只要在GSM 網(wǎng)絡范圍內(nèi)， 無論用戶身在何處， 都能遠程報警； 由短信帶密碼操作， 增加了系統(tǒng)的安全性； 可設定8 組用戶電話號碼，可中文短信報警； 帶有紅外微波雙鑒防盜無線通信接口， 提供遠程無線開關功能， 有2 路無線控制繼電器輸出端， 可聯(lián)動電源， 錄像等工作。本文的設計使得安防產(chǎn)品的性能得到了提高， 同時降低了系統(tǒng)的成本。