基于單片機(jī)的電子防盜系統(tǒng)

鞏寶龍 李智琦 陶拴虎

摘? 要： 本論文設(shè)計了基于單片機(jī)最小系統(tǒng)的電子防盜系統(tǒng)的整體方案，對傳感器模塊，GSM通信模塊等外設(shè)做了仔細(xì)的研究分析，最終結(jié)合單片機(jī)和GSM模塊制作了家庭防盜器。這款家庭防盜器具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、安裝快捷方便、價格便宜的特點(diǎn)。模塊化的結(jié)構(gòu)使得用戶添加其他模塊更加簡單方便，添加了GSM模塊也使得該防盜器可以遠(yuǎn)程報警。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī);GSM;防盜器;傳感器

【Abstract】： This paper designs the overall scheme of electronic anti-theft system based on the smallest system of single-chip computer. It makes a careful study and analysis of the sensor module， GSM communication module and other peripherals. Finally， it makes a home anti-theft device with the combination of single-chip computer and GSM module. The home anti-theft device has the characteristics of simple hardware structure， fast and convenient installation and low price. The modular structure makes it easier for users to add other modules， and the addition of GSM module makes the burglar alarm remote.

【Key words】： Single chip computer; GSM; Anti-theft device; Sensor

0? 引言

社會在快速進(jìn)步，生活在信息化時代的人對于安全也有了更高的要求，他們要求價格便宜、隱蔽性好、耐用的防盜器，但是由于以往的防盜器體積大、隱蔽性差、價格昂貴，在用戶使用過程中沒有受到很大的歡迎，沒有接收到好的評價和反饋。近年來運(yùn)用了熱釋電紅外傳感器的防盜器在實(shí)際應(yīng)用中受到了用戶的一致好評。因此本設(shè)計運(yùn)用51單片機(jī)為主體，添加GSM模塊外設(shè)，制作了一款操作便捷，價格便宜，可以遠(yuǎn)程報警的家庭式電子防盜器。

1? 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)是以51單片機(jī)[1]為主體的，外設(shè)有GSM模塊，紅外傳感器，蜂鳴器和LED燈組成的聲光報警模塊。防盜器整體體積較小，不易被小偷發(fā)現(xiàn)，它的靈敏性也很高，坑干擾能力也很強(qiáng)。

本系統(tǒng)有一個很重要的模塊組成，即GSM通信模塊，在報警的同時GSM模塊會給軟件程序預(yù)先設(shè)定好的手機(jī)號碼發(fā)送短信，及時報告報警情況，人們就可以在短時間內(nèi)查看情況，以免造成不必要的損失。

系統(tǒng)有軟件部分和硬件部分，軟件程序驅(qū)動硬件工作，硬件有51單片機(jī)，熱釋電紅外傳感器，GSM短信模塊，LED燈顯示報警模塊等，由傳感器收集信號發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行報警和發(fā)送短信。

各個模塊之間的連接關(guān)系和構(gòu)成框圖如圖1所示。

單片機(jī)最小系統(tǒng)我們運(yùn)用的是51系列單片機(jī)。整個系統(tǒng)是由軟件主程序控制工作的，子程序配合主程序完成工作。工作原理熱釋電傳感器收集信號并且轉(zhuǎn)換成電信號，然后打開門限閥門送出TTL電平至51單片機(jī)最小系統(tǒng)。在單片機(jī)內(nèi)部，軟件程序進(jìn)行識別判斷，并且進(jìn)行程序算法，然后發(fā)出入侵報警的程序反饋，驅(qū)動程序作出反應(yīng)，控制GSM模塊向指定手機(jī)號用戶發(fā)送短信，同時LED燈亮起來，蜂鳴器發(fā)出報警聲音，這樣不僅可以近距離報警，而且還能短信通知看不到報警信息的人，從而實(shí)現(xiàn)了更安全的防盜功能。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1? 具體模塊電路設(shè)計

2.2? 人體感應(yīng)模塊的設(shè)計

熱釋電紅外線（PIR）傳感器[2]是目前一種新型高靈敏度探測元件，它能檢測人體發(fā)射的紅外線，并且可以輸出電信號。它能夠運(yùn)用于防入侵報警器和各種自動化裝置。它不用接觸人體就可以檢測到人體的紅外能量，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。添加放大電路進(jìn)行電壓信號放大，就可以運(yùn)用這個信號驅(qū)動其他電路，從而進(jìn)行電路控制。

人體溫度一般是37攝氏度，所以人體輻射出的紅外線一般是定長的，熱釋電紅外探測器元件的波長靈敏度在0.2—20 um范圍內(nèi)一般不會變化。熱釋電紅外傳感器探測到紅外輻射源時，其內(nèi)安裝的敏感材料的溫度會升高，極化強(qiáng)度降低，表面電荷降低。這部分釋放的電荷通常稱為熱致發(fā)光電荷。它的量可以反映材料溫度的變化，因此通過電路從熱發(fā)光電荷轉(zhuǎn)換而來的輸出電壓也可以反映被探測物體溫度的變化，從而探測到紅外輻射能量的變化。

當(dāng)檢測區(qū)域沒有人移動時，背景物體（如墻壁和家具等）在室溫下紅外輻射的能量很小，并且基本穩(wěn)定，所以不能觸發(fā)報警器。當(dāng)人體突然進(jìn)入探測區(qū)時，人體紅外輻射在被熱釋電元接收前通過部分鏡面聚焦，但是由于接收到的熱量不同，從而不能相互抵消所以它的信號才能接受處理并輸出電壓信號。即發(fā)出報警信號。紅外線探測器的探測波長為8至14 um，而人體的紅外線輻射波長正好在這個范圍內(nèi)，因此可以更好地探測到活躍的人體。

在設(shè)計中采用了紅外探測器作為報警探測器，因?yàn)楸粍蛹t外技術(shù)靈敏度高、監(jiān)測距離長、價格低可以節(jié)約成本，抗干擾性能好更加安全可靠，隱蔽性好不易被盜賊發(fā)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，并且增添了蜂鳴器和LED顯示燈組合成聲光報警，還增加了GSM模塊，可以遠(yuǎn)程發(fā)送短信，使報警系統(tǒng)更加完善。

2.3? GSM模塊的設(shè)計

下面是GSM模塊[3]的電路圖，電路接上單片機(jī)的RX和TX引腳，當(dāng)單片機(jī)的RX和TX引腳被置低電平時，GSM模塊向事先設(shè)定好的用戶發(fā)送報警信息。

2.4? LED指示燈的設(shè)計

由2個發(fā)光二極管[4]接上電阻后分別連上單片機(jī)的LEDY和LEDG的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的LEDY和LEDG引腳被置為低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報警作用。下圖所示為發(fā)光二極管報警電路。

2.5? 蜂鳴器聲光報警模塊的設(shè)計

蜂鳴器聲光報警模塊[5]的電路圖如下圖所示，電路接上單片機(jī)的BUZZ引腳，當(dāng)BUZZ端被置高電平時，蜂鳴器開始聲光報警。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1? 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)

整個系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要軟件和硬件的相互協(xié)調(diào)和配合，當(dāng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計確定下來的時候，我們就可以設(shè)計出系統(tǒng)的軟件方案，軟件有不同的功能，根據(jù)他們不同的功能大致將它們分為兩類，一個是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的軟件，也就是主程序，這個軟件負(fù)責(zé)控制各個功能模塊之間的相互協(xié)調(diào)。還有一類就是執(zhí)行各種模塊功能的軟件，即子程序，這類軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)具體功能，如測量、計算、顯示、通信等。下面說明了子程序的編寫原理[6]：

①短信報警子程序：紅外傳感器收集信號，將信號發(fā)送到單片機(jī)最小系統(tǒng)，經(jīng)過單片機(jī)一系列掃描和識別判斷，滿足報警條件，調(diào)用報警子程序就可以完成報交警。

②串行口通信子程序：當(dāng)系統(tǒng)采集的信號在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過查詢、判別后，若信號合格，即可調(diào)用行口通信程序控制GSM短信模塊向用戶終端發(fā)送短信。

3.2? 主程序的工作流程圖

由以上硬件和軟件的模塊設(shè)計可知整個系統(tǒng)的主程序工作流程如圖7所示。

本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：首先給儀器上電，接著GSM模塊自主尋找信號，尋找信號完成，按下布防按鍵，熱釋電傳感器收集到信號并傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)[7]，單片機(jī)最小系統(tǒng)檢測到傳感器發(fā)送過來的信號，就表示有人進(jìn)入了檢測區(qū)域，在軟件主程序的控制下，以及硬件電路[8]連接正常的情況下，聲光報警電路進(jìn)行報警，GSM通信模塊向軟件程序編寫指定的手機(jī)號發(fā)送短信，報警完成，按下撤防按鍵，關(guān)閉報警。

4軟件系統(tǒng)仿真

該設(shè)計的軟件仿真是在proteus軟件[9]系統(tǒng)中進(jìn)行的，該系統(tǒng)基本能完全實(shí)現(xiàn)硬件仿真，有蜂鳴器原件發(fā)聲，有各種顏色LED燈，能夠設(shè)置布防、復(fù)位、撤防按鍵，可以進(jìn)行按鍵操作，但是在proteus中沒有模仿人體入侵的原件模塊，由于人體入侵會給單片機(jī)輸出高電平，所以在仿真中我們用按鍵來代替人體入侵，按鍵會給單片機(jī)一個脈沖信號，可以代表檢測到人體信號。

5? 結(jié)語

該設(shè)計用的是51系列中的AT89C51單片機(jī)芯片，還有GSM模塊，紅外傳感器器等外設(shè)，通過軟硬件的結(jié)合使用從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程報警[10]功能。

如果有人進(jìn)入檢測范圍，熱釋電紅外傳感器就會自動檢測信號，它把收集到的信號發(fā)送到單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)進(jìn)行信號處理，在滿足報警信號的情況下，驅(qū)動報警系統(tǒng)進(jìn)行報警，GSM模塊向用戶發(fā)送短信，報警完成。

參考文獻(xiàn)

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