原创 基于ATmega16的GSM家居安防报警器系统设计

　　摘 要： 当前人们对家居防火、防盗以及对家用电器远程控制的需求日益提升， 同时手机已经成为居民随身携带的通信工具， 基于此设计了一种基于GSM 模块的能够通过手机对家用电器进行远程控制的集火灾、入侵报警于一体的自动短信安防报警系统。该系统由AVR ATmega16 单片机外接GSM 模块作为控制主机， 由短信带密码操作， 可设定8 组用户电话号码， 可中文短信报警， 带有红外微波双鉴防盗和火灾检测无线通信接口， 有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。最后经实测表明系统具有很好的检测效果。

　　0   引言

　　随着我国大量现代化住宅小区的建成， 人们对住宅的防火、防盗以及对家用电器进行远程通断电的需求日益提升， 而在当前社会， 手机已经成为居民每日随身携带的通信工具， 基于此本文设计了一种基于GSM 模块的能够通过手机对家用电器进行远程通断电控制的集火灾、入侵报警于一体的可以自动向主人发送中文报警短信的安防报警系统。

　　1   系统结构

　　如图1 GSM 安防报警系统示意图所示， 本系统由AVR ATmeg a16 单片机外接GSM 模块作为控制主机，主机由短信带密码操作， 可设定8 组用户电话号码， 中文短信报警，系统具有3 路无线探测器（ 红外微波防盗， 烟雾报警） 无线通信接口， 同时有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。3 路无线探测器分别由红外热释电传感器、微波传感器、烟雾传感器以及无线收发模块构成。红外热释电传感器和微波传感器共同构成微波红外复合入侵探测器，烟雾传感器主要用于火灾检测。一旦系统由主人通过手机短信打开后， 如果检测到有人非法入侵或者有火灾发生，该系统将在立刻发短信通知设定好用户号码的主人（ 最多8 个手机号码） 。同时为了方便主人离家能够对家用电器等进行通断电的控制， 本系统还提供两路无线开关用作远程控制通断， 用户可通过短信命令对远程无线开关进行控制。

图1  GSM 安防报警系统示意图

　　如图2 系统主机结构图所示， 系统主机主要由MCU （ AT mega16 单片机） 、GSM（ T C35i） 及电平转换模块、延时接口电路（ 单稳态触发器） 及显示模块（ 12865LCD ） 、315 MH z 发射电路、315 MHz 及433 MHz接收电路以及电源适配模块（ AMS1117 3. 3和KIS3RR3 降压模块） 构成。

图2 系统主机结构图

　　1. 1   GSM 及电平转换模块

　　GSM 模块采用的是西门子工业级GSM 模块TC35i，由于T C35I UART 的电平为2. 9 V T TL电平， 不能直接与AT mega16 相连， 所以如图3 电平转换电路所示， 在RXD 端使用2 个简单的非门做电平转换以及在T XD 端串1 个限流电阻。由于TC35I 对电源要求较高（ 电压下降超过400 mV 将复位） , 并且在发送数据期间电流峰值会达到2. 5 A, 所以在靠近T C35I的地方并联了3 300 uF 的大容量电解电容， 以减少对电源的要求。

图3   电平转换电路

　　1. 2   延时接口电路及显示模块

　　本系统接收外部的无线信号采用的是查询的方式，为了防止信号丢失， 并尽量和市面上相同编码的无线模块兼容， 本文设计了一个单稳态延时接口电路， 该电路的原理图如图4 所示， Q1 基极为高电平时， C2 保存的电量被释放， 比较器输出高点平， 当基极由高电平降为低电平时， C2 通过R3 充电， 比较器的反相端电位缓慢上升， 一旦C2 的电压高过V ref 则比较器翻转， 输出低电平， 从而达到延时的目的。

图4  单稳态触发器延时接口电路

　　显示部分由ST7920LCD 构成， LCD 与MCU 使用SPI 进行连接。当有按键按下时就触发LCD 背光。无线接口部分由于防盗报警， 烟雾报警， 以及短信远程控制同时被触发的概率很小， 故整个系统不必使用过多频点进行通信， 主机使用315 MHz 的无线模块对无线开关进行控制， 而热释电红外和微波位移传感器分别使用315 MHz, 433 MHz 两个不同频率对主机发送报警信号， 这样可以使得报警时互不干扰。烟雾传感器使用315 MHz 的频率对主机发送信号。

　　无线收发模块主要由无线编码芯片SC2262、无线解码芯片PT2272、315 MHz 发射模块以及接收模块组成。主机对无线开关进行控制时使用无线编码芯片SC2262, 地址设置与接收部分PT2272 一致， 且震荡电阻应匹配， 当MCU 上电后或者主机收到远程控制的短信， MCU 先根据EEPROM 内保存的无线开关状态改变PD4~ PD7 电平， 然后MCU 将发送一个宽度为1 s的低电平脉冲至PT2262 的16 引脚（ TE） , 使SC2262对于PD4 ~ PD7 的数据进行编码再从17 脚输出至315 MHz发射模块。

　　由于市面上有些探测传感器的无线发射模块触发时只发高电平“1” ，所以主机解码芯片不能用带锁存的PT 2272L4, 否则PT 2272L4 输出的数据永远都是高电平， 会一直产生误报， 因此为了更好的与市面产品兼容，本系统主机无线接收部分采用了非锁存的PT2272M4芯片分别与315 MH z 和433 MHz 的接收模块连接。

　　这样当有人入侵触发报警时， 两个报警器发出的信号不会因为处在同一频率上而互相干扰而导致解码错误， 避免了检测到有人入侵但主机无报警的情况。烟雾报警器接收部分和微波报警器使用同一个PT2272 M4 和接收模块。由于红外、微波、烟雾报警被触发时发射的信号是不连续且不同步的， 所以接收到信号将由3 路的单稳态触发器做3 s 的高电平， 提高MCU 采样判断的准确性。

　　2   系统软件流程

　　系统的软件流程图如图5 所示。

图5   软件流程图

　　3   系统测试

　　微波感应器、红外感应器贴墙安装， 安装高度在3~5 m。对红外传感器从3 个不同角度进行测试， 分别为正对、前方偏右30℃ 、前方偏右45℃ , 测出有效感应距离分别为图6 中A、B、C 所示。微波传感器从3 个不同角度进行测试， 分别为正对、前方偏右30℃ 、前方偏右135℃ , 测出有效感应距离分别为图7 中A 、B、C 所示。红外感应器的最大感应直线距离达7 m, 最佳使用距离为6 m, 感应角度90℃ 。微波感应器的最大感应直线距离达9 m, 近距离全向有效， 最佳使用距离为5 m。

图6 红外传感器感应距离测试示意图

图7  微波传感器距离感应测试示意图

　　4   结语

　　本文设计的自动短信安防报警系统采用了热释电红外、微波双感应器， 大大减少了误报、漏报， 提高了安防报警系统应用的可靠性。由AVR ATmeg a16 单片机外接GSM 模块作为控制主机， 只要在GSM 网络范围内， 无论用户身在何处， 都能远程报警； 由短信带密码操作， 增加了系统的安全性； 可设定8 组用户电话号码，可中文短信报警； 带有红外微波双鉴防盗无线通信接口， 提供远程无线开关功能， 有2 路无线控制继电器输出端， 可联动电源， 录像等工作。本文的设计使得安防产品的性能得到了提高， 同时降低了系统的成本。