摘要:本論文設(shè)計(jì)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(duì)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(jiǎn)單、安裝快捷方便、價(jià)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(jiǎn)單方便，添加了GSM模塊也使得該防盜器可以遠(yuǎn)程報(bào)警。

　　關(guān)鍵詞:單片機(jī);GSM;防盜器;傳感器

　　0引言

　　社會(huì)在快速進(jìn)步，生活在信息化時(shí)代的人對(duì)于安全也有了更高的要求，他們要求價(jià)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(jià)格昂貴，在用戶使用過(guò)程中沒(méi)有受到很大的歡迎，沒(méi)有接收到好的評(píng)價(jià)和反饋。近年來(lái)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(píng)。因此本設(shè)計(jì)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(jià)格便宜，可以遠(yuǎn)程報(bào)警的家庭式電子防盜器。

　　1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　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(bào)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(gè)很重要的模塊組成，即GSM通信模塊，在報(bào)警的同時(shí)GSM模塊會(huì)給軟件程序預(yù)先設(shè)定好的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，及時(shí)報(bào)告報(bào)警情況，人們就可以在短時(shí)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(dòng)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(bào)警模塊等，由傳感器收集信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后進(jìn)行報(bào)警和發(fā)送短信。

　　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(gè)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(hào)并且轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后打開(kāi)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(shí)別判斷，并且進(jìn)行程序算法，然后發(fā)出入侵報(bào)警的程序反饋，驅(qū)動(dòng)程序作出反應(yīng)，控制GSM模塊向指定手機(jī)號(hào)用戶發(fā)送短信，同時(shí)LED燈亮起來(lái)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，這樣不僅可以近距離報(bào)警，而且還能短信通知看不到報(bào)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(jì)

　　2.1具體模塊電路設(shè)計(jì)

　　2.2人體感應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)

　　熱釋電紅外線(PIR)傳感器[2]是目前一種新型高靈敏度探測(cè)元件，它能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線，并且可以輸出電信號(hào)。它能夠運(yùn)用于防入侵報(bào)警器和各種自動(dòng)化裝置。它不用接觸人體就可以檢測(cè)到人體的紅外能量，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。添加放大電路進(jìn)行電壓信號(hào)放大，就可以運(yùn)用這個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)的，熱釋電紅外探測(cè)器元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2—20um范圍內(nèi)一般不會(huì)變化。熱釋電紅外傳感器探測(cè)到紅外輻射源時(shí)，其內(nèi)安裝的敏感材料的溫度會(huì)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(guò)電路從熱發(fā)光電荷轉(zhuǎn)換而來(lái)的輸出電壓也可以反映被探測(cè)物體溫度的變化，從而探測(cè)到紅外輻射能量的變化。當(dāng)檢測(cè)區(qū)域沒(méi)有人移動(dòng)時(shí)，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(bào)警器。當(dāng)人體突然進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)，人體紅外輻射在被熱釋電元接收前通過(guò)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(hào)才能接受處理并輸出電壓信號(hào)。即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　紅外線探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)為8至14um，而人體的紅外線輻射波長(zhǎng)正好在這個(gè)范圍內(nèi)，因此可以更好地探測(cè)到活躍的人體。在設(shè)計(jì)中采用了紅外探測(cè)器作為報(bào)警探測(cè)器，因?yàn)楸粍?dòng)紅外技術(shù)靈敏度高、監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、價(jià)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(bào)警，還增加了GSM模塊，可以遠(yuǎn)程發(fā)送短信，使報(bào)警系統(tǒng)更加完善。

　　2.3GSM模塊的設(shè)計(jì)

　　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(shí)，GSM模塊向事先設(shè)定好的用戶發(fā)送報(bào)警信息。

　　2.4LED指示燈的設(shè)計(jì)

　　由2個(gè)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(bào)警作用。下圖所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。

　　2.5蜂鳴器聲光報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)

　　蜂鳴器聲光報(bào)警模塊[5]的電路圖，電路接上單片機(jī)的BUZZ引腳，當(dāng)BUZZ端被置高電平時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始聲光報(bào)警。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn)

　　整個(gè)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(jì)確定下來(lái)的時(shí)候，我們就可以設(shè)計(jì)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(gè)是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能的軟件，也就是主程序，這個(gè)軟件負(fù)責(zé)控制各個(gè)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(cè)量、計(jì)算、顯示、通信等。

　　下面說(shuō)明了子程序的編寫原理[6]：①短信報(bào)警子程序：紅外傳感器收集信號(hào)，將信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)最小系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)一系列掃描和識(shí)別判斷，滿足報(bào)警條件，調(diào)用報(bào)警子程序就可以完成報(bào)交警。②串行口通信子程序：當(dāng)系統(tǒng)采集的信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)查詢、判別后，若信號(hào)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(jì)可知整個(gè)系統(tǒng)的主程序工作流程。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(hào)，尋找信號(hào)完成，按下布防按鍵，熱釋電傳感器收集到信號(hào)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(cè)到傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，就表示有人進(jìn)入了檢測(cè)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(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，GSM通信模塊向軟件程序編寫指定的手機(jī)號(hào)發(fā)送短信，報(bào)警完成，按下撤防按鍵，關(guān)閉報(bào)警。

　　4軟件系統(tǒng)仿真

　　該設(shè)計(jì)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(méi)有模仿人體入侵的原件模塊，由于人體入侵會(huì)給單片機(jī)輸出高電平，所以在仿真中我們用按鍵來(lái)代替人體入侵，按鍵會(huì)給單片機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)，可以代表檢測(cè)到人體信號(hào)。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　該設(shè)計(jì)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(guò)軟硬件的結(jié)合使用從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程報(bào)警[10]功能。如果有人進(jìn)入檢測(cè)范圍，熱釋電紅外傳感器就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)，它把收集到的信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)最小系統(tǒng)，單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，在滿足報(bào)警信號(hào)的情況下，驅(qū)動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，GSM模塊向用戶發(fā)送短信，報(bào)警完成。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[3]曾紀(jì)鈞,吳勤勤,吳一陽(yáng).工控設(shè)備通信協(xié)議安全測(cè)試技術(shù)研究[J].軟件,2018,39(6):105-108.

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