引言
　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，防盜報(bào)警系統(tǒng)已從原來(lái)的簡(jiǎn)單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話(huà)撥號(hào)、寬帶網(wǎng)等。但是，利用固定電話(huà)撥號(hào)實(shí)現(xiàn)的報(bào)警器易遭受破壞并存在處于通話(huà)狀態(tài)時(shí)可能無(wú)法報(bào)警的隱患。而寬帶網(wǎng)同樣面臨著線(xiàn)路被切斷的隱患，且不易普及。
　　本文提出了一種借助可靠、成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短消息或電話(huà)形式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和監(jiān)控的智能家居報(bào)警系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的安全監(jiān)控。它采用紅外傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并配備煙霧傳感器和燃?xì)庑孤﹤鞲衅?，可?shí)現(xiàn)防火、防燃?xì)庑孤┑淖饔谩в蠫SM網(wǎng)絡(luò)功能的安防系統(tǒng)，使用戶(hù)無(wú)論身在何處，都可以通過(guò)短信設(shè)防、撤防或查詢(xún)安防系統(tǒng)的情況。
　　系統(tǒng)的構(gòu)成及主要功能
　　該家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)主要有GSM網(wǎng)絡(luò)模塊、紅外傳感器、燃?xì)庑孤﹤鞲衅鳌熿F傳感器、ATmega128單片機(jī)、聲光報(bào)警器和Flash存儲(chǔ)器等，其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
 
　　圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
　　系統(tǒng)的前端感應(yīng)器主要有防盜、防火和防煤氣泄漏等傳感器，根據(jù)需要選用并安裝在適當(dāng)?shù)牡胤?，用于收集非法入侵和危險(xiǎn)信號(hào)并傳送給單片機(jī)；單片機(jī)負(fù)責(zé)接收、處理感應(yīng)器信號(hào)，判別是否有險(xiǎn)情發(fā)生。單片機(jī)不斷對(duì)各種傳感器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)到高電平，系統(tǒng)控制GSM網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)短消息報(bào)警，將報(bào)警信息通過(guò)GSM服務(wù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)上，同時(shí)根據(jù)需要啟動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)。如已實(shí)現(xiàn)小區(qū)聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)還會(huì)給聯(lián)網(wǎng)中心的小區(qū)保安處發(fā)送報(bào)警信息；戶(hù)主還可以通過(guò)發(fā)送短信打開(kāi)主機(jī)上的*話(huà)筒，進(jìn)一步確認(rèn)家中是否發(fā)生險(xiǎn)情。本系統(tǒng)能有效地達(dá)到防盜、報(bào)警的目的。
　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　ATmega128功能特性描述
　　本系統(tǒng)采用了Atmel公司的AVR單片機(jī)ATmega128作為控制核心。ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega128具有如下特點(diǎn)：128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、4K字節(jié)的EEPROM、4K字節(jié)的SRAM、53個(gè)通用I/O口線(xiàn)、32個(gè)通用工作寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T/C)、兩個(gè)USART、面向字節(jié)的兩線(xiàn)接口TWI、8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器、SPI 串行端口、I2C、與IEEE 1149.1規(guī)范兼容的JTAG測(cè)試接口，以及六種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式。
　　GSM模塊的結(jié)構(gòu)及通信接口
　　GSM模塊采用的是西門(mén)子工業(yè)級(jí)GSM模塊TC35i，它可以快速安全地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的短消息服務(wù)(Short Message Service)。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線(xiàn)接口等六部分組成。它設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了產(chǎn)品體積，與GSM2／2+兼容，符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，模塊的工作電壓為3.3~4.8 V，兼容雙頻（GSM 900/GSM l800）工作，具有RS232數(shù)據(jù)通信口。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸。TC35i有40個(gè)引腳通過(guò)ZIF連接器引出。
　　由于PC機(jī)的RS232電平與TC35i的電平不匹配，TC35i的串口通訊遵循RS232標(biāo)準(zhǔn)，所以通過(guò)串口的電平轉(zhuǎn)換電路MAX232可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與TC35i的連接通信。本系統(tǒng)ATmega128單片機(jī)與TC35i之間通過(guò)串行口進(jìn)行通信，ATmega128與TC35i都是TTL電平，ATmega128工作電壓范圍是2.7~5.5V，TC35i工作電壓范圍是3.3~4.8V，可以直接加電阻連接，但一般要經(jīng)接口電路連接，接口電路用7407緩沖／驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)，接口電路如圖2所示。
　　傳感器的選型及接口電路
　　防盜、防火、防燃?xì)庑孤┑劝卜拦δ鼙仨毎惭b相應(yīng)的傳感器才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于防盜傳感器，本設(shè)計(jì)采用紅外線(xiàn)反射型傳感器。
　　將紅外線(xiàn)反射型傳感器安裝在門(mén)窗的兩側(cè)或通道的位置，當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)紅外線(xiàn)反射型傳感器就會(huì)檢測(cè)出來(lái)，給單片機(jī)送去高電平，啟動(dòng)防盜報(bào)警系統(tǒng)工作。紅外線(xiàn)反射型傳感器甚至可組成對(duì)射的檢測(cè)系統(tǒng)，以提高控制范圍。紅外線(xiàn)反射型傳感器與ATmega128單片機(jī)接口電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。
 
　　本設(shè)計(jì)選用半導(dǎo)體氣敏傳感器作為燃?xì)庑孤﹤鞲衅?。它是利用待測(cè)氣體與半導(dǎo)體(主要是金屬氧化物)表面接觸時(shí)，產(chǎn)生的電導(dǎo)率等物性變化來(lái)檢測(cè)氣體。此外，本設(shè)計(jì)選用離子式煙霧傳感器（NIS-09C），它被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能優(yōu)于氣敏電阻類(lèi)的火災(zāi)報(bào)警器。
　　存儲(chǔ)部件介紹
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)設(shè)電話(huà)號(hào)碼的存儲(chǔ)、報(bào)警信息的記錄、以及對(duì)中英文字符的字模點(diǎn)陣的存儲(chǔ)，本系統(tǒng)采用了能夠保證掉電數(shù)據(jù)不丟失的片外Flash存儲(chǔ)器AT24C1024。該芯片是一種I2C總線(xiàn)的存儲(chǔ)器，和MCU的數(shù)據(jù)通信只需要兩個(gè)引腳SDA和SCL即可，和通常的并行存儲(chǔ)器相比，可以大大節(jié)約MCU的端口引腳資源和PCB的布線(xiàn)面積。I2C閃存同單片機(jī)接口電路如圖4所示。AT24C1024使用二線(xiàn)制協(xié)議串行總線(xiàn)（I2C總線(xiàn)）及其傳輸規(guī)約進(jìn)行雙向傳輸。
　　GSM短信發(fā)送原理及流程
　　對(duì)TC35i的操作均采用AT指令，它包含了GSM語(yǔ)音和短信息的控制。為了支持中文短信，本設(shè)計(jì)中采用PDU模式發(fā)送和接收短信，漢字采用十六進(jìn)制Unicode編碼字符。短信模塊發(fā)送短信是由AT指令控制的，發(fā)送的短信格式有兩種：文本格式和PDU格式，前者只能發(fā)送字符和字母，而后者可發(fā)送字符、字母和漢字。為使用戶(hù)方便地讀取短信內(nèi)容，本文選擇采用PDU格式。發(fā)送采用8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率19200bps。發(fā)送短消息的基本命令如下：
　　1、設(shè)置短消息服務(wù)中心地址AT+CSCA="+8613753485894"（太原）
　　2、設(shè)置短消息發(fā)送格式（0-PDU，1-文本）AT+CMGF=1；
　　3、發(fā)送短消息(短消息內(nèi)容為“test”)AT+CMGS="13753485896"(目的地址) >test^z
　　4、列出所有的短消息AT+CMGL=
　　“ALL”
　　5、讀取短信息內(nèi)容(Once more)，假設(shè)INDEX＝6，AT+CMGR=6
　　6、刪除短消息AT+CMGD=
　　發(fā)送短信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示，首先初始化串口，利用AT指令檢查GSM模塊是否連接成功，如果成功接收單片機(jī)檢測(cè)到紅外、燃?xì)庑孤?、煙霧等傳感器的高電平，則對(duì)相應(yīng)的高電平所反應(yīng)的信息按一定的編碼方式進(jìn)行編碼，再根據(jù)短信息中心號(hào)碼、接收短信息目的用戶(hù)號(hào)碼、編碼方式以及短信息有效期生產(chǎn)PDU格式數(shù)據(jù)。最后利用AT指令[AT+CMGS]來(lái)發(fā)送短信息到用戶(hù)手機(jī)上。
 
　　系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用AVR系列單片機(jī)的C語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件部分重點(diǎn)在于對(duì)傳感器報(bào)警信號(hào)的檢測(cè)和對(duì)TC35i短信模塊的控制。系統(tǒng)主程序及中斷程序流程圖如圖6所示。系統(tǒng)首先對(duì)單片機(jī)的串口、中斷和TC35i短信模塊初始化，ATmega128單片機(jī)不斷對(duì)其余傳感器接口電路的I/O口循環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到有傳感器的開(kāi)關(guān)量為1（高電平）時(shí)，則說(shuō)明需要報(bào)警，開(kāi)中斷進(jìn)入中斷處理子函數(shù)，中斷處理子函數(shù)完成對(duì)相應(yīng)防盜、防火、防燃?xì)庑孤┑仁录亩绦畔l(fā)送，同時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警器。利用ATmega128通過(guò)UART0串口通信向TC35i GSM模塊發(fā)送一系列AT指令，就能實(shí)現(xiàn)基于GSM 的短信息SMS的收發(fā)、查尋和管理。
 
 　　圖6 主程序及中斷程序流程圖
　　結(jié)論
　　本文論述了一種基于ATmega128和TC35i的短消息防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，證明使用TC35i短消息進(jìn)行報(bào)警是完全可行的，該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)聲光報(bào)警的缺陷，為用戶(hù)提供了一種方便實(shí)用的家用防盜報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)功能模塊的增加或減少以及單片機(jī)固件的修改可以制作出其他場(chǎng)合的監(jiān)控防盜，比如汽車(chē)防盜、倉(cāng)庫(kù)防盜液位報(bào)警等。

STM32/STM8

意法半導(dǎo)體/ST/STM