李旺昆 梁喜幸 聶紫懿

【摘 要】本課題設(shè)計(jì)一個(gè)可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)的防盜報(bào)警系統(tǒng)模型，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)的有效性的監(jiān)控，并且可以準(zhǔn)確地進(jìn)行聲光報(bào)警，在家中無(wú)人的時(shí)候可通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由信號(hào)檢測(cè)，單片機(jī)，功能模塊組成。其中信號(hào)檢測(cè)部分主要利用硅光電池來(lái)檢測(cè)激光信號(hào)并且控制單片機(jī)是否發(fā)送報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的采集、傳送以及接收，功能模塊可實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入，語(yǔ)音人機(jī)交互，GSM遠(yuǎn)程發(fā)送報(bào)警短信。

【關(guān)鍵詞】激光；家居防盜；單片機(jī)；模塊

1.引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民的生活水平有了很大的提高，同時(shí)也對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)個(gè)人安全、家庭財(cái)產(chǎn)安全意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)。而目前安防市場(chǎng)中知名品牌大多是進(jìn)口的有線型產(chǎn)品，有線型產(chǎn)品因?yàn)閷＞€專用、性能穩(wěn)定、不存在電源供應(yīng)不足等問題而較少產(chǎn)生誤報(bào)，其產(chǎn)品在整體結(jié)構(gòu)和局部都遇到嚴(yán)峻問題。

激光家居防盜系統(tǒng)主要以維護(hù)家庭住戶人身財(cái)產(chǎn)安全為目的，綜合運(yùn)用安全技術(shù)防范產(chǎn)品及其他相關(guān)產(chǎn)品而形成的以家庭住戶為單位的安全防范和防盜報(bào)警處理的電子監(jiān)控系統(tǒng)。建立和加強(qiáng)高科技防盜報(bào)警系統(tǒng)，是應(yīng)對(duì)目前日趨復(fù)雜的社會(huì)形勢(shì)尤其是對(duì)防范入室盜竊案件，提升家庭防控水平，促進(jìn)安全技術(shù)防范管理工作可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。激光家居防盜系統(tǒng)依托GSM模塊突破了傳統(tǒng)的防盜報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)通知事主的瓶頸，建立了一個(gè)一體化的新型的家庭防控平臺(tái)，是目前家庭安全防范的一個(gè)最佳選擇。

2.激光家居防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)方案

2.1設(shè)計(jì)任務(wù)

本次設(shè)計(jì)的激光防盜報(bào)警系統(tǒng)主要是以STC89C52RC單片機(jī)為處理核心，使用硅光電池為激光信號(hào)接收傳感器，輔以語(yǔ)音模塊提示按鍵操作以及系統(tǒng)狀態(tài)；矩陣鍵盤用來(lái)方便的修改系統(tǒng)設(shè)置、輸入數(shù)字；GSM模塊用來(lái)進(jìn)行無(wú)線短信報(bào)警及密碼發(fā)送。

2.2設(shè)計(jì)方案

本課題以單片機(jī)為主要研究對(duì)象，通過(guò)硅光電池對(duì)激光做信號(hào)采集，并通過(guò)鍵盤、LCD顯示、語(yǔ)音模塊作為人機(jī)交互，使用GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信及密碼，使主人能及時(shí)了解家中安防情況。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖2-1所示。

2.3設(shè)計(jì)說(shuō)明

在本設(shè)計(jì)中，核心控制部分使用了STC89C52單片機(jī)，主要是考慮到芯片的可編程性強(qiáng)以及成本低的優(yōu)勢(shì)。在輸入部分考慮到要體現(xiàn)友好的人機(jī)交互性，選擇了有0～9十個(gè)數(shù)字鍵數(shù)字的矩陣鍵盤；在激光信號(hào)接收部分選擇了硅光電池；顯示部分選用LCD12864模塊，因?yàn)榇四K擁有相對(duì)高的分辨率且內(nèi)置字庫(kù)，可顯示更多的信息；選用了WTD588模塊做為語(yǔ)音模塊，在操作系統(tǒng)的時(shí)候通過(guò)語(yǔ)音反饋拉近人機(jī)距離，使機(jī)器富有活力親和力。另外，本設(shè)計(jì)的一個(gè)亮點(diǎn)就是在主人不在監(jiān)控區(qū)域的時(shí)候監(jiān)控設(shè)備可通過(guò)GSM模塊將報(bào)警信息發(fā)送至事先設(shè)置好的手機(jī)號(hào)上，使主人能及時(shí)的了解監(jiān)控區(qū)域的安全狀況。

3.系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)與分析

3.1單片機(jī)

本設(shè)計(jì)中，對(duì)中央處理器選擇了宏晶公司的STC89C52RC單片機(jī)，此款單片機(jī)是宏晶公司推出的高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)。此款STC89C52RC單片機(jī)中包含了中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊，同時(shí)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊。

3.2時(shí)鐘模塊

3.2.1 DS1302時(shí)鐘模塊介紹

根據(jù)設(shè)計(jì)安排，本設(shè)計(jì)需要在LCD顯示時(shí)間并且需要對(duì)傳感器和GSM進(jìn)行延遲控制，故在時(shí)鐘模塊上選擇DS1302時(shí)鐘芯片，其工作電壓寬達(dá)2.5V～5.5V，采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可以采用突發(fā)方式一次性傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302與單片機(jī)的連接僅需要三條線，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。DS1302由VCC2或VCC1兩者中的較大者供電，當(dāng)VCC2大于VCC1+0.2V 時(shí)，VCC2給DS1302 供電，當(dāng)VCC2小于Vcc1時(shí)，DS1302 由VCC1供電。

3.2.2 DS1302的復(fù)位

通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中置RST為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥2.5V 之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK 為低電平時(shí)，才能將RST 置為高電平。

3.2.3 DS1032的數(shù)據(jù)輸入輸出

在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK 時(shí)鐘上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0 開始。同樣，在緊跟8 位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK 脈沖的下降沿讀出DS1302 的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7。

3.3激光接收模塊

在激光接收模塊上選用了硅光電池作為接收器件，當(dāng)有激光照射時(shí)，硅光電池輸出電壓，使晶體管導(dǎo)通。當(dāng)無(wú)光照射時(shí)，硅光電池?zé)o電壓輸出，晶體管截止不導(dǎo)通。由此使電路得到控制，硅光電池在其中起到一個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用。

3.4語(yǔ)音模塊

WT588D（16P）是一款具有單片機(jī)內(nèi)核的語(yǔ)音芯片，功能強(qiáng)大，是一款可重復(fù)擦除抄寫的語(yǔ)音單片機(jī)芯片。WTD588（16P）在本設(shè)計(jì)中工作在一線串口控制模式下，通過(guò)一根數(shù)據(jù)線發(fā)送串口數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)控制聲音播放、停止、音量調(diào)節(jié)和直接觸發(fā)聲音等功能。一線串口只通過(guò)一條數(shù)據(jù)通信線控制時(shí)序，依照電平占空比不同來(lái)代表不同的數(shù)據(jù)位，先發(fā)拉低RESET復(fù)位信號(hào)5ms，然后置于高電平等待大于17ms的時(shí)間，再將數(shù)據(jù)信號(hào)拉低5ms，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。高電平與低電平數(shù)據(jù)占空比1：3即代表數(shù)據(jù)位0，高電平與低電平數(shù)據(jù)位占空比為3：1代表數(shù)據(jù)位1。高電平在前，低電平在后，數(shù)據(jù)信號(hào)先發(fā)低位再發(fā)高位，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)需先發(fā)送命令碼再發(fā)送指令。D0～D7表示一個(gè)地址或者命令數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中的00H～DBH 為地址指令，E0H～E7H 為音量調(diào)節(jié)命令，F(xiàn)2H 為循環(huán)播放命令，F(xiàn)EH為播放命令。

3.5 LCD模塊

為了更好的體現(xiàn)友好的人機(jī)交互，在LCD模塊的選擇上選用了LCD12864。帶中文字庫(kù)的12864是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，可以顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。

3.6 GSM模塊

3.6.1 TC35 GSM模塊簡(jiǎn)介

TC35是Siemeils公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊，可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真，其工作電壓為3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2w（900M）和1w（1800M）。

TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語(yǔ)音信道編碼；另外，模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式；第三，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測(cè)功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過(guò)ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

3.6.2 單片機(jī)控制GSM的方法

TC35模塊的通訊全部采用AT+xxx完成。

AT指令的定義

char code AT_Tc35[]="AT+"； //連機(jī)

char code Bps_Tc35[]="IPR=38400"； //波特率

char code Text_Tc35[]="CMGF=1"； //文本模式

char code Read_Tc35[]="CMGR="； //讀信息

char code Erase_Tc35[]="CMGD="； //刪除信息

char code Send_Tc35[]="CMGS="； //發(fā)送信息

char code Creg_Tc35[]="CREG？"； //注冊(cè)

單片機(jī)串口設(shè)置成模式1（9600，N，8，1），依次將AT+xxx以ASCII碼形式輸出到UART口。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的激光家居防盜系統(tǒng)是通過(guò)各種器件聯(lián)合使用的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而成的，只有充分了解和掌握有關(guān)單片機(jī)、傳感器及其各部分之間的關(guān)系才能完成設(shè)計(jì)，如硅光電池作為接收端的工作原理、單片機(jī)控制GSM的方法。

整個(gè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是開發(fā)一個(gè)以STC89C52RC單片機(jī)位核心的激光防盜系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，入侵檢測(cè)，入侵報(bào)警，GSM模塊發(fā)送入侵報(bào)警短信等多項(xiàng)功能。通過(guò)整機(jī)調(diào)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，滿足了最初的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。信號(hào)檢測(cè)部分使用的是硅光電池，精度較高，但隨著激光管電源的消耗，激光管發(fā)射的激光亮度會(huì)減弱，最后導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)，此時(shí)就要更換激光管電池，保證激光管發(fā)射的激光的持久性。在今后的研究中，可進(jìn)一步繼續(xù)改善家居防盜系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]華成英 童詩(shī)白 主編. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.北京：高等教育出版社出版，2006.5

[2]閻石 主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）. 北京：高等教育出版社出版，2006.5

[3]張毅剛 主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社出版，2003.3

[4]邱關(guān)源，羅先覺 等編著. 電路（第五版）.北京：高等教育出版社出版，2006.5

[5]張俊 編著. 匠人手記. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社出，2008.4

[6]徐孝凱，賀桂英 編著.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（C語(yǔ)言描述）.北京：清華大學(xué)出版社出版，2004.10

[7]船電技術(shù)， Marine Electric & Electronic Engineering， 編輯部郵箱 2010年 03期

作者簡(jiǎn)介：

李旺昆（1981.11-），男，大學(xué)本科，助教，廣西柳州人。