1、2009 年全国技工教育和职业培训 优秀教研成果评选活动参评论文 谈 GSM 模块应用在家庭防盗报警系统中的教学设计2谈 GSM 模块应用在家庭防盗报警系统中的教学设计【摘要】 在职业院校应用电子技术专业的教学中，单片机应用技术已作为新知识、新技术的内容出现。本文基于单片机控制 GSM 模块应用在家庭防盗报警系统中进行教学设计。TC35i 新版西门子工业 GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块，该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的 AT命令接口。结合美国 Atmel 公司 AT89C52 单 片机具有低功耗、高性能的特点，利用红外感应防盗的原理，通过红外专用芯片 BI
2、SS0001 设计的人体传感模块，附加各种报警来达到家庭智能防盗的目的。【关键词】GSM 模块 AT89C52 单片机 红外感应器 家庭防盗一、前言随着我国经济建设的迅速发展和人民群众生活水平的极大提高，入室盗窃也成为一种多发性案件而对社会治安秩序和人们正常工作生活秩序造成一定的威胁。因此，家庭防盗已成为一个常谈的话题，并亟需在技术上不断更新和提高。传统的机械式（防盗网、防盗窗）防盗系统在实际使用中已暴露了很多隐患，例如：给其它没有安装防盗窗的相邻楼层形成被盗隐患；发生火警时不易逃生；影响楼宇美观和市容整洁等等。随着电子技术的飞速发展，防盗报警系统已迫切从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发
3、展。当前，GSM 短信息服务(Text Message Service)已作为 GSM 网络的一种基本业务，基于 GSM 短信模块与单片机相连接应用在的家庭无线防盗报警系统中，3让家庭防盗更及时、更方便，使报警操作不再依赖有线电话执行，而是借助最可靠、最成熟的 GSM 移动网络，以最直观的中文短消息或无线电话形式，直接把案发地点的情况反映到用户的手机屏幕上。同时采用红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形的监控，给家庭防盗提供最直观、高效、可靠的保障。为此，将单片机控制 GSM 模块应用在家庭防盗报警系统中作为职业院校应用电子技术专业的教学内容，既能拓展知识要点，又能及时跟上新知识教
4、学的步伐，从而适应培养高技能人才的需要。二、系统的总体设计及工作原理GMS 家庭防盗系统设计框图如图（一）所示。在反应这部分，有两个不同的设计，其一是 传统的扬声器，这个装置有两个作用：一是引起窃贼的“ 做贼心虚”的心态，让 其产生害怕心理，从而放弃行窃的念头和行为；二是引起室内或室外人员的主意，从而采取相应的措施。第二个设计则是 GSM 模块部分，通过与单片机相连，模 块可以发送一些短信到设定的手机号码，及时通知主人家里出现了什么情况。然而当主人在家的时候，尤其是有青壮年的时候，则不需要设定防盗功能，可以关闭功能；假如主人要离开房屋或夜间睡眠时，则需要打开防护功能。如果采用在主机上安装一些开
5、关来设定“设防” 、“撤防” ，红外检测会随之起作用，以免引起不必要的麻烦和误报。所以，本系统在设防和撤防的选择上，采用流行的无线遥控装置，包括发送和接收两部分,分别采用 PT2272 和 PT2262 模块。GSM 模块采用流行的西门子 TC35i 模块，保证功能稳定性各方面的实现。整个系统中单片机判断检测部分送来的数据，进行相应的操作，比如让扬声器发4声，让 GSM 模块发送短信等，从而实现系统的预想功能。MCU红外传感器遥控布、撤防GSM 模块报警喇叭煤气传感器烟雾传感器GSM手机电源电源图(一 ) 系统总体框图三、系统硬件主要组成的功能及特点1. AT89C52 单片机AT89C52
6、作为普通 51 单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造的 AT89C52 单片机作为主控制芯片。 AT89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。AT89C52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。2. GSM 模块 TC35i目前，西门子 GONGSI 公司的 TC35
7、 系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证，所以本系统选用的是西门子 TC35 系列的 TC35i。这是西门子公司推出的最新的无线模块，功能上与 TC35 兼容，由 Siemens 公司的 GSM模块 TC35i 及其外围电 路构成的移动终端，可以很好的完成短消息收发、数据和5语音通信。TC35i 与 GSM 2/2+兼容、双 频(GSM900/GSMl800)、RS232 数据口、符合 ETSI 标准 GSM0707 和 GSM0705，且易于升级为 GPRS 模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的 AT 命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传
8、输，方便用户的应用开发及设计。3. 热释电红外传感器热释电传感器实质上是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有 T 的变化时，由于有 热释电效应，在两个 电极上会产生电荷 Q，于是在两电极之间产生一微弱的电压V，即当 环境温度稳定不变时，T=0，则传 感器无输出；当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生 T，则传 感器形成输出， 这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅 尔透镜)，其检测距离小于 2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到 10m 左右。放大器将传感器输出的微弱电压信号放大，并由滤波电
9、路将杂波滤掉。放大后的电压输入电压比较器的同相端与反相端的基准电压(阈值电压)相比较：当人体进入检测区时，其放大后的信号电压大于阈值电压，电压比较器输出高电平，当无人体进入检测区，或者环境温度有些变化也产生电压信号，但由于此电压信号较小，虽也经放大其值小于阈值电压，比 较器输出仍为低电平。电压比较器起到鉴别有无人体进入检测区的作用，同时 也消除环境温度变化所产生的干扰。温度补偿电路使输出稳定，有输出时发光二极管发亮。电压比较器输出的高电平经驱动器后输出，输出电压大于 3V。4. 遥控器6为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本系统设 置了遥控器。遥控发射的核心为
10、PT2262 模块，接收的核心为PT2272 模块 。5. 电源电源部分采用典型的电源设计方案，如图（二）所示。其中和是旁路电容,起到抑制干扰的作用,而和 是电解电容，起到滤波的作用； 左右边两个是 12 伏的电源滤波电容，一般大电容旁边并联一个小电容的目的是降低高频内阻，因为 大的电解电容一般采用卷绕工艺制造，所以等效电感较大；小电容可以提供一个小内阻的高频通道，降低电源全频带内阻。这个电路在实际中比较常见， 7805 内部也是非线性器件,一定会出现谐波,所以在输出端还是要再经过滤波才可行。 图（二） 电源部分电路6. 扬声器扬声器部分主要包括一个继电器，当单片机相应端口置为高电平时，驱动继
11、电器，使得 扬声器电路接通，发出声响以起到报警作用。7. 串口通信与 GSM MODEM（1） 串口通信串行端口的本质功能是作为 CPU 和串行设备间的编码转换器。当数据从7CPU 经过串行端口发 送出去时，字 节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。在 Windows 环境(Windows NT. Win98. Windows2000)下，串口是系统资源的一部分。 （2） GSM MODEM 采用西门子工业级 GSM 模块 TC35I 设计开发的 GSM 通讯 MODEM，它可以通过短消息的形式传递数据，具有网络可靠、覆盖面广、通讯费用低廉、工作稳定等优点。(3) 串口
12、控制 GSM MODEM单片机与 GSM 模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种 RS232 电缆方式进行连 接时，数据传输的可靠性较好。RS232 接口方式连接，通过串行接口集成电 路和电平转换电路与 GSM 模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机 89C52 和电平转换芯片 MAX232，是非常常见的接口电路。GSM Modem 与单片机之间采用串口通信的方式， Modem 的 RX、TX 分别为发送、接收端，与单 片机的 TX，RX 连接，组成串口通信，如图（三）所示。图（三） GSM 模块与单片机之间的连接四、软件设计81. 编程系统Ke
13、il C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统， C51 工具包的整体 结构如图（四）所示。其中 uVision 与 Ishell 分别是C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环 境(IDE) ，可以完成编辑、编译、 连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件，然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创 建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。图（四） C51 工具包的
14、整体结构2. 编程语言的教学说明该软件设计采用 C语言编程，主要以查询方式来检测红外传感器是否有相应数据送入，从而采取相应的措施来实现系统要求的功能。3. AT 指令的教学说明AT 指令集是从 TEC(Terminal Equipment)或 DTE (Data Terminal Equipment)向 TA (Terminal Adapter)或 DCE (Data Circuit Terminating Equipment发送的通过 TATE发送 AT 命令来控制 MS (Mobile Station)的功能9与 GSM 网络业务进行交互，用户可以通过 AT 命令进行呼叫短信电话本数据业务
15、补充业务传真等方面的控制。下面列举一些常用的 AT 指令：AT 测试连接是否正确ATE0 关闭回显，程序初始化 AT 部分首先关闭回显ATE1 打开回显，使用超级终端测试命令时打开AT+CGMR 得到版本号AT+CGSN 得到序列号(IMEI)AT+CIMI 得到手机 IMSI 号码AT+CSCS 获取、设置当前字符集，可设置为 GSM 或 UCS2AT+CBC 获取电量AT+CCLK 获取设置手机时钟AT+CNUM 机身号码，分为线路一和线路二AT+CSQ 当前信号AT+COPS 网络营运商AT+CSCA 短信中心号码AT+CPMS 选择短信储存地点，可选择 ME（SIM 卡）和 MT（机身
16、）AT+CMGL 列出指定状态的短信息的 PDU 代码AT+CMGR 列出指定序号的短信息 PDU 代码AT+CMGS 发送短信AT+CMGD 删除指定的短信AT+CMGF 短信格式，分为 Text 模式和 PDU 模式AT+CNMI 设置新短消息通知电脑端AT+CSCA 短信中心AT+IPR? 显示串口波特率AT+IPR=19200 更改串口波特率为 19200目前，发送短消息常用 Text 和 PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式。使用 Text 模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信；而 PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英
17、文短信。PDU 模式收发短信可以使用 3 种编码：7-bit、8-bit 和 UCS2编码。7-bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符，8-bit 编码通常用于发送数据消息，UCS2 编码用于发送Unicode 字符。五、系统功能特点的教学说明和演示1. 该 系统 采用的是芯片式智能工10作原理，属于新一代家庭防盗技术，它具有以下特点：（1）由于该系统设置了遥控器，方便“设防” 和“撤防” ，避免误报；（2）系统中扬声器和软件配合，能迅速而有效地起到报警作用；（3）借助先进稳定、成熟高效的 GSM 移动网络，使得该报警系统更具智能化和集成化，报警方式更显直观性和可靠性；（4）可针对家庭的
18、实际需要开发其他功能，如图（一）所示，可通过增设煤气传感器、烟雾传 感器、震动传感器实现相关的报警功能。2. 系统演示流程如图（五）所示。图（五） 系统总体流程图六、结束语由于系统结构设计合理，AT89C52 单片机与 GSM 模块技术应用到位，功能开始初始化设防键是否按下布防检测是否为高电平GSM 发短信报警扬声器报警NYN Y撤防11电路实现较好，系统性能良好、稳定， 较好地达到了家庭防盗要求的各项指标。而且该系统成本低、实用性和可操作性强，有着一定的应用价值。经过教学实践，可使学生掌握到基于单片机控制 GSM 模块应用在家庭防盗报警系统中的工作原理和功能特色，并能拓展学生对新知识、新技术的应用思维和能力。【参考文献】1 STC89C52 单片机器件手册2 胡汉才单片机原理及其接口技术(第 2 版).北京：清华大学出版社，20043 宋家友电子爱好者集成电子线路设计手册.福州：福建科学技术出版社，2002.54 丁元杰. 单片微机原理及运用（第三版）.北京：机械工业出版社，20065 单片机典型模块设计实例导航 .北京：人民邮电出版社, 2004.56 周航慈. 单片应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社，19907 SIEMENS Mobile, AT Command Set. 2002.118 王玲芳. 短信发送模式详解及其应用. 通信世界, 2001.4
