摘 要： 分析了常見報警系統的局限性，運用單片機和全球通模塊TC35i設計了一種報警系統，通過合理選擇方案、設計硬件接口和軟件實現了安裝簡便、工作可靠、運行成本低廉的報警器。該安防報警裝置可廣泛應用于庭院、居室、小區等防區，實用效果顯著。
關鍵詞： 安防報警系統；單片機；GSM；熱釋電紅外線探測器；TC35i；AT指令
隨著社會經濟的發展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財產安全越來越重視，采取了許多措施來保護家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網，但有礙美觀，不符合防火要求，不能有效地防止壞人的入侵。電子信息技術的發展使安居工程的實現成為可能，家庭電子安全防范報警系統應運而生。這些家庭安全防范報警系統一般在案情發生時，由電子電路探測信號，控制器通過有線通信方式實現遠程報警，這需要先期投資安裝綜合布線系統，造價高、工期長。對于大量缺少綜合布線設計的老式建筑需要進行布線等改建工程，有礙安居、舒適、美觀，因而現有的安防系統很不實用[1]。本文采用單片機和GSM無線模塊設計一種實用的安防報警系統，能夠自動探測居室盜情，立即進行本地報警以嚇阻盜賊，同時通過GSM無線模塊發送短信或撥打預先設定的電話號碼實現遠程報警。
1 系統總體方案設計
實用型安防報警系統硬件電路包括報警控制器、警情探測電路、本地報警電路、遠程報警電路和報警預設置通信接口4個部分。軟件部分包括驅動控制軟件和上位機可視化報警設置軟件，通過RS-232接口電路可與PC機通信，通過運行于PC機上的報警設置軟件預先設置遠程報警電話號碼。系統總體方案構成如圖1所示。整機系統整合了Atmel系列單片機(89s51)、GSM通信模塊(TC35i)、遮擋式紅外線探測及熱釋電紅外探測轉換電路，通信接口電平轉換電路(MAX232)等等。TC35i是Siemens公司推出的GSM無線通信工業模塊，在系統報警控制器的AT指令控制驅動下檢測充值的SIM卡，并將啟動信息輸送至該通信模塊實現激活網絡狀態，發送報警信息通過微波天線實現短信息發射，甚至撥打預先設定的接警電話號碼[2]。安防報警系統在上電復位后執行初始化程序完成整機系統啟動、進入待警狀態、GSM模塊啟動等任務，當發生防區入侵時由主動與被動紅外線探測器、門磁開關等電路探測并轉換為開關信號，由單片機作為系統控制器進行判斷，并觸發系統本地報警和遠程報警功能，最后可通過設定的工作開關消除警報并切換到布防待警狀態。
2 安防報警系統電路設計
用于安全防范報警系統的探測器有無線式和有線式，例如紅外線對射管、人體熱釋電被動式紅外線感應探測器，以及超聲波探測式、微波探測式等屬于無線式探測電路；有線式如門磁開關、易斷金屬線網和銅排踩踏探測器等。本系統以單片機為安防報警控制器，運用紅外線對射管、人體熱釋電被動紅外線感應探測器、門磁開關、金屬網斷線等探測器設計警情探測電路，運用NE555構成振蕩電路來模擬警燈和警笛實現本地報警，運用GSM模塊和RS-232通信接口構成無線遠程報警電路和報警預設置電路。
2.1 警情探測電路
警情探測電路將入侵轉換為電平信號，作為報警控制器的外部中斷輸入信號。本系統采用紅外線對射式探測器、熱釋電探測器、門磁和易斷金屬線網探測器實現布防探測。各部分電路結構如圖2、圖3、圖4所示，均在發生入侵異常時輸出高電平。
2.2 安防報警控制器電路
安防報警系統設置工作開關，接入P3.6，當開關接通時P3.6變為低電平系統進入待警工作狀態，開關斷開時系統消除警報或停止工作。將4路警情探測電路信號通過7425雙路4輸入或非門復合后送入外部中斷0，由硬件電路實現警情識別，一旦有人入侵布防區域立即啟動聲光報警電路嚇阻犯罪分子，并及時通知接警人員。同時將4路信號接入普通I/O口P1.0～P1.3用于擴展防區顯示電路。限于篇幅本任務略去。由控制器I/O口P2.0驅動的LED燈用于指示防區安全與系統正常工作狀態。P3.7用作本地報警啟動控制輸出，P3.0、P3.1用于通信，P1.5、P1.6用于控制GSM模塊，控制器接口電路見圖5。
2.3 本地聲光報警電路
本地報警電路由兩片NE555組成振蕩電路，輸出振蕩信號驅動LED和揚聲器聲光報警，如圖6所示。圖中，IC1和R5、R6、C3組成頻率固定的低頻振蕩器，輸出驅動LED燈閃爍。IC2和R8、R9、C4組成另一振蕩器，因其參考電壓經PNP發射極耦合取自電容器C3的充放電端電壓，一旦起振輸出頻率變化的信號，驅動揚聲器發出如同警笛一般的鳴響。
2.4 遠程無線通信及報警預設置通信電路
采用西門子工業級全球通(GSM)模塊TC35i實現系統的遠程無線報警，由供電模塊(ASIC)、閃存、零阻力插座ZIF(Zero Insertion Force)連接器、天線接口等部分組成，支持中文短信息，可傳輸語音和數據信號，在EGSM900和GSM1800雙頻段工作[2]。TC35i的數據接口采用CMOS電平，通過AT命令可雙向傳輸指令和數據，可選波特率為300 b/s～115 kb/s，默認為9.6 kb/s，支持Text和PDU格式的短消息SMS(Short Message Service)，可通過AT指令實現重啟和故障恢復。TC35i模塊的40個引腳通過ZIF連接器引出，劃分為5類，即電源、數據輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制，其中15腳是啟動腳IGT，系統加電后由控制器P1.5給IGT加低電平持續時間大于100 ms且電平下降時間不可超過1 ms的低脈沖使TC35i進入工作狀態。Tc35i模塊的16～23腳構成一個串行異步收發器，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0，支持標準的AT命令集，符合ITU-T RS232接口標準，即8位數據位和1位停止位，無校驗位，波特率在300 b/s~115 kb/s之間可選，其中RTS0/CTS0硬件握手信號用控制器P1.6管腳提供，18腳RxD0、19腳TxD0通過電平轉換電路和單片機UART交叉連接。TC35i使用外接式SIM卡，24～29為SIM卡引腳，當SIM卡插好后ZIF的CCIN引腳輸出高電平，否則為低電平[3]。本應用設計中通過三極管Q3控制LED指示GSM模塊的工作狀態：LED熄滅表明TC35i處于關閉或睡眠狀態，以LED 600 ms亮/600 ms熄表示SIM卡沒有插入或TC35i正在進行網絡搜尋、登錄、用戶身份鑒定；以75 ms亮/3 s滅，表明TC35i網絡注冊成功處于待機狀態。無線遠程報警及報警設置電路如圖7所示。
3 安防報警系統程序設計
軟件部分主要分為系統主程序、中斷服務子程序、上位機設置程序。其中主程序實現初始化和系統工作狀態切換。初始化部分完成對單片機串行口、中斷系統、待警狀態的初始化和GSM模塊的啟動。其中串口工作于異步收發模式(UART)，實現遠程報警及報警預設置；警情探測電路在探測到入侵時輸出高電平，經7425或非門轉換為低電平信號送入單片機的外部中斷0。該電平信號不能自行消除，故外部中斷0須設置為脈沖下降沿觸發方式；本系統以位寄存器F0記錄安全與入侵狀態，0為安全，1為入侵。GSM模塊由控制器發送AT指令完成啟動和注冊網絡。系統工作狀態切換是無限循環，一方面檢測系統工作開關的狀態決定啟動或關閉報警器，另一方面根據入侵情況控制防區安全指示LED燈閃爍。主程序工作流程見圖8。
當檢測到防區入侵后進入中斷服務程序，需完成入侵標志位置位、報警電路啟動控制、關閉平安指示LED燈、發送報警短信等任務，流程如圖9所示。其中發送報警短消息子程序是通過發送AT聯機指令和“CMGS=”信息，經聯機成功GSM模塊返回“OK”字符串，檢測之后再發送“AT+CMGF=1”字符串設置短信模式，然后發送命令字22H和接警電話號碼到GSM模塊，最后通過命令字0DH開始以英文文本的ASCII碼方式發送短信息內容，接收到“>”字符后以1AH命令字結束遠程報警通信控制[4]。
當系統通過RS-232接口與PC機連接時可通過上位機的報警預設置軟件向系統控制器發送接警電話號碼，上位機程序用VB開發，通過MSCOMM串口操作控件將文本框中填入的電話號碼發向單片機，單片機串口接收中斷服務程序收到電話號碼后以ASCII碼方式存放在RAM緩沖區以供發送短信時調取。
本系統基于單片機和GSM模塊設計實用型安防報警系統，安裝靈活，可免除布線等改建工程，運行費用低廉，是家庭安居工程的實用選擇。
參考文獻
[1] 韓戴男.智能化家居：離我們有多遠[N].中國建設報，2006-09-07(11).
[2] Sony Ericsson Mobile Communications. GR47/GR48 Design Guidelines. 2003.
[3] Sony Ericsson Mobile Communications. GR47/GR48 AT Commands Manual. 2003.
[4] 徐藝文.GPRS模塊GR47在數據傳輸方面的應用設計[J].現代電子技術，2005(15)：23-25.