论文部分内容阅读
摘要：安防技术是当前智能家居和智慧社区的重要发展方向，随着电子通信技术的发展，GPRS无线传输和红外检测等先进技术不断得到应用。本文以AT89S52单片机为核心，以RE200B热释电红外传感器和SIM300C芯片为关键器件，设计了一款基于GPRS的无线红外防盗报警系统，该系统具有稳定可靠、性价比高等优点，完全满足智能家居和智慧社区的安防应用需求，具有一定的推广应用价值。
关键词：GPRS；红外探测；防盗报警器
随着物联网技术的迅速发展，各类智能家居设备层出不穷，其中以安防为目的的各类报警器更是成为智能家居和智慧社区等应用领域的重点[1]。但从当前的家庭安防技术体系来看，许多报警器还存在着价格高、故障率高、功能单一等问题，使智能家居体验受到严重影响。在电子技术的推动下，单片机、红外探测传感器和GPRS无线通信模块等电子器件的性能迅速提高，成为家庭安防系统的重要组成部分[2]。以此为背景，本文设计了一款基于GPRS的无线红外防盗报警器，以期为相关应用领域提供有用的参考。
1 GPRS概述
随着无线通信技术的发展，GPRS网络已经得到广泛应用，尤其是在数据传输领域更是具有很大的优势[3]。GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的简称，它可以实现在任何时间、任何地点与任何人进行通信。GPRS具有传输速率高、接入时间短、频谱效率高、支持协议多、兼容性能好、业务体系丰富、资源利用率高、传输速率高等特点，已经成为当前点对点网络业务、数据业务的主流应用技术[4]。
2 系统总体设计
本系统以单片机为核心，以GPRS发送模块、红外检测等模块为关键组件，以信息采集模块、转换模块等为外围辅助部分，共同完成基于GPRS的无线红外防盗报警功能。首先，单片机在主程序的控制下完成各模块的初始化，并启动红外检测装置对目标区域进行监测，当有入侵者闯入监测区域时，红外检测单元立即产生一个脉冲信号，经转换模块的变换后传输至单片机，单片机一方面发出报警信号，另一方面调用GPRS模块向用户发送报警短信，从而使主人能及时了解到非法入侵行为。
3 关键器件选型
考虑到大批量生产的需要，采用了ATMEL公司研发的AT89S52单片机芯片为主控单元，以RE200B热释电红外传感器作为检测单元，同时采用BIS0001对红外传感器采集的信号进行处理，上述芯片价格较国低廉，但性能可满足防盗报警的需求，因而具有较高的性价比。为了提高系统性能，采用了台湾普城公司研发的PT2262 芯片作为无线门磁信号的发射电路，可完成信号的编码与解码工作，由于该芯片采用了CMOS工艺，因此在功耗上可以大大节省，该芯片在无线通讯领域中应用十分广泛。振动信号的采集选用南京远拓公司生产的YT-JB3芯片，它可以实现地址编码，具有体积小、质量轻、低功耗、高性能等优点，并且在公安部有合法備案，有助于商业化推广。GPRS 模块采用Simcom公司研发的SIM300C芯片，可以实现短信发送、语音通话和远程数据传输。
4 系统硬件设计
本系统的设计可分为硬件设计和软件设计，其中硬件系统主要由红外感应电路、无线门磁电路、振动探测电路、无线发射电路、串口通信电路、以及电源电路等六大模块。
4.1 红外感应电路设计
红外感应电路以RE200B双元件型热释电红外传感器为核心器件，传感器在平静无扰动的环境中工作时，其电压保持恒定。当有人进入目标区域时，RE200B的感应信号由于受到干扰，会立即产生一个交变的红外辐射信号，该信号经过电磁感应后变成一个微弱跳变的电压脉冲，经过BISS0001芯片的功率放大和整形处理后向外输出，使后级电路可以对其进行进一步的处理。
4.2 无线门磁电路设计
从结构上看，本文设计的无线门磁电路由磁铁部件和开关部件两部分构成，它是通过对开关和磁铁之间的距离来决定信号变化的，当由于环境变化造成两者距离不断加大，达到某一阈值后会引开关的动作，该动作会被感应电路所接收，并将电平拉低，并由PT2262芯片的14引脚传入，再通过内部处理后从17脚输出调制脉冲信号，最终由AT89S52单片机的P1.0引脚进入主控单元，从而为后续单元的工作提供了信号。
4.3 振动探测电路设计
振动探测传感器YT-JB3由12V外接电源供电，当目标区域有人非法入侵时，环境会相应产生一定的振动信号，并触发振动探测器报警。YT-JB3具有2路输出，分别完成不同的任务，其中第一路输出是开关信号，在正常情况下，继电器处于常闭状态，报警器处于常开状态；第二路输出是12V电平信号，具有较强的驱动能力，能够直接驱动报警器发出报警信号。报警信号采用低电平设计，由单片机接收并处理。
4.4无线通信电路设计
AT89S52单片机内部采用TTL电平进行工作，但外部器件由串口输出的信号通常不是标准TTL电平，因此无法由单片机直接处理，因而本文设计了一个转换模块，信号的转换由MAX232芯片完成，以满足信号处理的要求。GPRS模块主要完成无线传输功能，其通信能力需要借助SIM卡来实现，因此GPRS电路设计关键是SIM卡电路的设计，本文将SIM300C芯片集成到系统中，通过单片机写入AT指令，实现其短信发送、语音通话和远程数据传输等功能。
4.5 电源模块设计
电源模块为系统各单元提供电力支持，其稳定性影响到整个系统的性能。为了保证供电可靠，本文采用直流稳压电流进行供电，其内部包含电源变压器、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分，其中电源变压器可以把220V交流电转换为更低的电压值，接着由格式整流电路把交流电转换为直流电，但此时的直流仍有一定的波动，因此通过滤波电流去除高频成分，得到更加平稳的直流电压，最后由稳压电路将其稳定在各功能模块所需要的电压水平。
5 系统软件设计
软件代码采用C语言设计，应用模块化的编程思想，对各功能模块的代码进行设计。与硬件系统功能相对应，软件系统可以分为红外感应子程序、无线门磁子程序、振动探测子程序、无线发射子程序、串口通信子程序、以及电源监测子程序等六大模块。单片机的运行受主程序控制，按照一定的顺序调用各功能模块，完成红外监测和防盗报警功能。电源模块向单片机供电，然后各设备启动，在初始化程序的操作下完成初始化工作，然后单片机进入循环扫描，对外部的检测报警信号进行监测。一旦有报警信号传入，单片机会立即对其进行处理，调用GPRS模块向用户发送短信。
6 结语
本文设计的基于GPRS的无线红外防盗报警器在某小区内进行了大范围应用，其工作稳定可靠，完全满足实际应用需求。由于本系统具有体积小、质量轻、低功耗、高性能、低成本等优点，有着很高的性价比和竞争力，因而具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]王智峰，邹峰，侯菲，李白萍.家庭智能安防报警系统的研究[J].仪表技术，2018（07）：31-33+36.
[2]关雯馨，王新蕊.智能家居安防GPRS无线远程监测报警系统设计[J].电子世界，2018（01）：121-122.
[3]史振江，谷勇，王渝.基于物联网和GPRS的公寓安全智能管理系统设计[J].电子测试，2017（20）：68-70.
[4]田仲富，王述洋.基于物联网近程无线组网技术的嵌入式智能家居监控系统设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2017，31（01）：79-86.
作者简介：陈亮（1996.10.21）男，汉族，安徽马鞍山市当涂县人，本科学历，现就读于：河海大学文天学院
关键词：GPRS；红外探测；防盗报警器
随着物联网技术的迅速发展，各类智能家居设备层出不穷，其中以安防为目的的各类报警器更是成为智能家居和智慧社区等应用领域的重点[1]。但从当前的家庭安防技术体系来看，许多报警器还存在着价格高、故障率高、功能单一等问题，使智能家居体验受到严重影响。在电子技术的推动下，单片机、红外探测传感器和GPRS无线通信模块等电子器件的性能迅速提高，成为家庭安防系统的重要组成部分[2]。以此为背景，本文设计了一款基于GPRS的无线红外防盗报警器，以期为相关应用领域提供有用的参考。
1 GPRS概述
随着无线通信技术的发展，GPRS网络已经得到广泛应用，尤其是在数据传输领域更是具有很大的优势[3]。GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的简称，它可以实现在任何时间、任何地点与任何人进行通信。GPRS具有传输速率高、接入时间短、频谱效率高、支持协议多、兼容性能好、业务体系丰富、资源利用率高、传输速率高等特点，已经成为当前点对点网络业务、数据业务的主流应用技术[4]。
2 系统总体设计
本系统以单片机为核心，以GPRS发送模块、红外检测等模块为关键组件，以信息采集模块、转换模块等为外围辅助部分，共同完成基于GPRS的无线红外防盗报警功能。首先，单片机在主程序的控制下完成各模块的初始化，并启动红外检测装置对目标区域进行监测，当有入侵者闯入监测区域时，红外检测单元立即产生一个脉冲信号，经转换模块的变换后传输至单片机，单片机一方面发出报警信号，另一方面调用GPRS模块向用户发送报警短信，从而使主人能及时了解到非法入侵行为。
3 关键器件选型
考虑到大批量生产的需要，采用了ATMEL公司研发的AT89S52单片机芯片为主控单元，以RE200B热释电红外传感器作为检测单元，同时采用BIS0001对红外传感器采集的信号进行处理，上述芯片价格较国低廉，但性能可满足防盗报警的需求，因而具有较高的性价比。为了提高系统性能，采用了台湾普城公司研发的PT2262 芯片作为无线门磁信号的发射电路，可完成信号的编码与解码工作，由于该芯片采用了CMOS工艺，因此在功耗上可以大大节省，该芯片在无线通讯领域中应用十分广泛。振动信号的采集选用南京远拓公司生产的YT-JB3芯片，它可以实现地址编码，具有体积小、质量轻、低功耗、高性能等优点，并且在公安部有合法備案，有助于商业化推广。GPRS 模块采用Simcom公司研发的SIM300C芯片，可以实现短信发送、语音通话和远程数据传输。
4 系统硬件设计
本系统的设计可分为硬件设计和软件设计，其中硬件系统主要由红外感应电路、无线门磁电路、振动探测电路、无线发射电路、串口通信电路、以及电源电路等六大模块。
4.1 红外感应电路设计
红外感应电路以RE200B双元件型热释电红外传感器为核心器件，传感器在平静无扰动的环境中工作时，其电压保持恒定。当有人进入目标区域时，RE200B的感应信号由于受到干扰，会立即产生一个交变的红外辐射信号，该信号经过电磁感应后变成一个微弱跳变的电压脉冲，经过BISS0001芯片的功率放大和整形处理后向外输出，使后级电路可以对其进行进一步的处理。
4.2 无线门磁电路设计
从结构上看，本文设计的无线门磁电路由磁铁部件和开关部件两部分构成，它是通过对开关和磁铁之间的距离来决定信号变化的，当由于环境变化造成两者距离不断加大，达到某一阈值后会引开关的动作，该动作会被感应电路所接收，并将电平拉低，并由PT2262芯片的14引脚传入，再通过内部处理后从17脚输出调制脉冲信号，最终由AT89S52单片机的P1.0引脚进入主控单元，从而为后续单元的工作提供了信号。
4.3 振动探测电路设计
振动探测传感器YT-JB3由12V外接电源供电，当目标区域有人非法入侵时，环境会相应产生一定的振动信号，并触发振动探测器报警。YT-JB3具有2路输出，分别完成不同的任务，其中第一路输出是开关信号，在正常情况下，继电器处于常闭状态，报警器处于常开状态；第二路输出是12V电平信号，具有较强的驱动能力，能够直接驱动报警器发出报警信号。报警信号采用低电平设计，由单片机接收并处理。
4.4无线通信电路设计
AT89S52单片机内部采用TTL电平进行工作，但外部器件由串口输出的信号通常不是标准TTL电平，因此无法由单片机直接处理，因而本文设计了一个转换模块，信号的转换由MAX232芯片完成，以满足信号处理的要求。GPRS模块主要完成无线传输功能，其通信能力需要借助SIM卡来实现，因此GPRS电路设计关键是SIM卡电路的设计，本文将SIM300C芯片集成到系统中，通过单片机写入AT指令，实现其短信发送、语音通话和远程数据传输等功能。
4.5 电源模块设计
电源模块为系统各单元提供电力支持，其稳定性影响到整个系统的性能。为了保证供电可靠，本文采用直流稳压电流进行供电，其内部包含电源变压器、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路等部分，其中电源变压器可以把220V交流电转换为更低的电压值，接着由格式整流电路把交流电转换为直流电，但此时的直流仍有一定的波动，因此通过滤波电流去除高频成分，得到更加平稳的直流电压，最后由稳压电路将其稳定在各功能模块所需要的电压水平。
5 系统软件设计
软件代码采用C语言设计，应用模块化的编程思想，对各功能模块的代码进行设计。与硬件系统功能相对应，软件系统可以分为红外感应子程序、无线门磁子程序、振动探测子程序、无线发射子程序、串口通信子程序、以及电源监测子程序等六大模块。单片机的运行受主程序控制，按照一定的顺序调用各功能模块，完成红外监测和防盗报警功能。电源模块向单片机供电，然后各设备启动，在初始化程序的操作下完成初始化工作，然后单片机进入循环扫描，对外部的检测报警信号进行监测。一旦有报警信号传入，单片机会立即对其进行处理，调用GPRS模块向用户发送短信。
6 结语
本文设计的基于GPRS的无线红外防盗报警器在某小区内进行了大范围应用，其工作稳定可靠，完全满足实际应用需求。由于本系统具有体积小、质量轻、低功耗、高性能、低成本等优点，有着很高的性价比和竞争力，因而具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]王智峰，邹峰，侯菲，李白萍.家庭智能安防报警系统的研究[J].仪表技术，2018（07）：31-33+36.
[2]关雯馨，王新蕊.智能家居安防GPRS无线远程监测报警系统设计[J].电子世界，2018（01）：121-122.
[3]史振江，谷勇，王渝.基于物联网和GPRS的公寓安全智能管理系统设计[J].电子测试，2017（20）：68-70.
[4]田仲富，王述洋.基于物联网近程无线组网技术的嵌入式智能家居监控系统设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2017，31（01）：79-86.
作者简介：陈亮（1996.10.21）男，汉族，安徽马鞍山市当涂县人，本科学历，现就读于：河海大学文天学院