圖3 傳感器布局圖

方案一 AT89c51單片機的特點：

   （1）帶負載能力稍弱；

   （2）I/o口上電電平為高阻，降低編程效率；

   （3）需要專用下載器下載程序；

方案二  stc89c51單片機的特點：

   （1）帶負載能力相對普通AT89C51單片機要強；

   （2）上電復位所有IO口默認高電平；

   （3）STC89C51可用單片機上的串口下載程序，不用專門的下載器， 而AT89C51需要專用的下載器才可以燒寫程序；

綜上所述：為提高系統的帶負載能力，降低開發成本，下載成本，故選用stc89c51作為主控，實物圖如下。

     

圖5單片機實物圖

方案一 使用門磁的特點：

   （1）通過兩個磁鐵的靠近還是遠離檢測；

   （2）若通過窗戶入侵則無法檢測；

方案二 使用紅外模塊的特點：

（1）通過熱釋電紅外原理檢測；

（2）設定好靈敏度后方圓幾米的距離均可檢測無法躲避；

綜上所述，故選用方案二 紅外模塊 從而提高入侵檢測的靈敏度和可靠性，實物圖如下。

    圖6 紅外模塊實物圖

方案一 使用3G模塊的特點：

   （1）具備通話、短信、上網功能；

   （2）網絡傳輸速度快；

   （3）成本較高；

方案二 使用GSM模塊的特點:

   （1）具備通話、短信、上網功能；

   （2）網絡傳輸速度相對3G要慢很多；

   （3）成本較低；

綜上所述，本系統不需要網絡通信，若使用3G高速網絡通信沒有意義，只需要撥打電話發送短信，GSM模塊完全能夠滿足要求，故為降低成本選用GSM模塊，實物圖如下。

  圖7 GSM模塊實物圖

方案一 使用2.4G 無線通信模塊的特點：

（1）傳輸速度快；

              （2）使用復雜；

（3）多用于傳輸音視頻信號；

方案二 使用315M 無線通信模塊的特點：

（1）傳輸速度相對2.4G要慢；

（2）使用方便；

   （3）主要用于傳輸開關信息；

綜上所述，經過比較 由于本設計，不需要無線傳輸音視頻信息只需要無線數據傳輸，故選用315M模塊，實物圖如下。

圖8 315M無線模塊實物圖

方案一 使用直流穩壓電源的特點：

（1）體積大，占用空間；

（2）轉換效率低，浪費電能不環保；

（3）電路簡單；

方案二 使用開關電源的特點：

（1）體積小，重量輕；

（2）轉換效率高，節能環保；

（3）電路比直流穩壓電源復雜；

綜上所述，為了提高電源轉換效率減小系統重量和體積，我們采用5V，2A的開關電源為系統供電，實物圖如下。

圖9 電源模塊實物圖

由上述方案對比 我們選用了315無線模塊和熱釋電紅外傳感器連接作為檢測電路，元件原理如下：

熱釋電紅外模塊：是一種可以檢測人或者動物發射的紅外線而輸出電信號的一種傳感器。早在1938年的時候，就有人提出過利用熱釋電效應①探測紅外輻射，但并未受到重視，直到二十世紀六十年代，隨著激光、紅外技術的迅速發展，才又推動了對熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用。熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，它可以作為紅外激光的一種較理想的探測器。由于相對聲光控為靈敏，它目前正在被廣泛的應用到 走廊、樓梯、倉庫、教室、衛生間等場所的自動照明。以及各種對安全要求較高的場合的自動化報警系統。

315M無線數據模塊（帶PT2262/PT2272 編碼解碼芯片）：315M無線模塊廣泛地運用在車輛監控、遙控、遙測、小型無線網絡、無線抄表、門禁系統、小區傳呼、工業數據采集系統、無線標簽、小型無線數據終端、安全防火系統、無線遙控系統、數字圖像傳輸等領域中。采用2ASK調制②發送信號。PT2262/PT2272 是臺灣普城公司生產的一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路， PT2262/PT2272 最多可有 12 位(A0-A11) 三態地址端管腳(懸空, 接高電平, 接低電平),任意組合可提供 531441 地址碼，最多可有 6 位(D0-D5) 數據端管腳, 設定的地址碼和數據碼從 17 腳串行輸出，可用于無線遙控發射電路。常配合315M模塊 用于車輛防盜系統、家庭防盜系統、遙控玩具、其它電器遙控系統中。

  圖10 檢測傳輸電路

檢測傳輸電路如圖10所示，圖中用了四個無線發送模塊分別接到門窗的紅外傳感器上，通過無線傳輸數據減少了布線，入侵信息會通過無線發送模塊發送給與單片機連接的無線接收模塊上。

圖11 接收模塊電路

接收模塊原理圖如圖11所示，接收模塊接收發送模塊發送的數據后，此時接收模塊的H1-H4管腳就會和發送模塊對應管教保持一致，當沒有人闖入的時候H1-H4管腳為低電平，當有人闖入的時候H1-H4管腳為高電平。無線模塊通過四通道或非門連接到單片機的外部中斷1的管腳上，因為使用中斷方法可以提高程序的效率，減少CPU的負擔。 當有一個管腳由低電平跳變為高電平的時候，通過或非門就會變成一個從高電平到低電平的下降沿，此時就會觸發單片機產生外部中斷，單片機就會自動停止當前程序跳轉到中斷服務子程序中，執行相應操作，我們在程序中通過設置標志位就可以使單片機檢測到有人闖入，單片機檢測到闖入后就會執行警報操作。

蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，有源蜂鳴器內部自帶震蕩源，通電就可以產生聲音，無源報警器需要產生震蕩信號才可發聲音。本部分采用有源蜂鳴器作為警報產生電路。

  

圖12 報警電路

如圖12所示，電路采用三極管驅動蜂鳴器提高帶負載能力增加音量，三極管的控制端alarm管腳連接到單片機的P2.7管腳上，當檢測到有人闖入后單片機會啟動警報子程序，控制連接蜂鳴器的管腳P2.7使蜂鳴器鳴叫，產生警報。

本部分采用按鍵和315M無線發送模塊作為發送，315M無線接收模塊作為接收連接單片機，無線發送模塊原理上文中已經敘述，見4.1.1  315M無線模塊介紹。

                        

圖13 無線遙控器電路                                                                                                                                                                       

無線遙控器電路如圖13所示，無線遙控器由無線發送模塊和按鍵組成，用戶可通過按鍵遙控系統撤防布防，當按鍵按下的時候系統布防，蜂鳴器長響一聲，當再按下的時候蜂鳴器短響三聲系統撤防，蜂鳴器的響聲讓用戶更方便的區分撤防布防。遙控器按下按鍵后經過315M無線模塊的發送。

              

  圖14 無線接收模塊電路

無線遙控器接收電路如圖14所示，無線接收模塊的ON管腳與單片機的外部中斷0管腳連接。無線遙控器按鍵按下后，連接著按鍵的無線發送模塊，會把此時的狀態發送給，與單片機相連的無線接收模塊，單片機檢測到后就會產生中斷，進入中斷后單片機會根據此時的狀態撤防或者布防，若此時已經布防，檢測到信號后就會撤防，若此時已經撤防，檢測到信號后就會布防。

GSM原理介紹：GSM是全球通信系統的簡稱，屬于第二代通信系統，具備發送短信撥打電話，GPRS上網功能，本設計采用SIM900A  這款GSM模塊通過串口與單片機通信，從而在單片機的控制下收發短信，撥打電話。

SIM900A是由simcom(芯訊通無線科技有限公司)生產的緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊解決方案，采用功能強大的處理器ARM9216EJ-S內核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發要求。

            

                             圖15 GSM模塊電路

GSM無線模塊與單片機的連接如圖15所示，圖中GSM模塊的TXD（串口發送）管腳接到單片機的RXD（串口接收）管腳上，GSM模塊的RXD（串口接收）管腳接到單片機的TXD（串口發送）管腳上，此時單片機就可以和GSM無線模塊之間通過串口通信收發數據。

GSM與話筒和揚聲器的音頻接口電路如圖16所示，當單片機檢測到有人闖入后，會通知GSM模塊發送短信并且撥打電話給用戶，用戶此時如果接聽電話，GSM模塊就會通過話筒獲取家中的聲音，并且通過揚聲器播放用戶發出的聲音，用戶此時可以通過電話和闖入者對話，警告其離開并盡快自首。若用戶此時沒有接聽到電話，當用戶看到短信后，可以根據情況選擇撥打電話，此時機器檢測到是用戶打來的電話后就會自動接聽。

由于撤防布防所用的無線遙控器采用315M模塊傳輸距離只有幾十米到幾百米，用戶除了使用遙控器遙控撤防布防之外，當用戶離家較遠時也可以通過手機發送短信實現遠程撤防布防。

此外考慮到系統的易用和用戶的界面友好特別增加了 通過發送指令更改用戶手機號碼的功能，傳統的報警器更改用戶手機號碼的時候通過矩陣鍵盤輸入號碼和LCD液晶顯示屏顯示號碼，增加了電路的成本。本設計更加充分的使用了GSM的功能和用戶的手機，降低了電路總體成本，是本設計的亮點之一。用戶可以通過發送 變更用戶 的拼音首字母BGYH+系統密碼+新手機號碼，即可變更用戶手機號。

系統工作流程圖如圖17所示，系統上電工作后會檢測用戶是否發送指令，若用戶發送指令會執行用戶指令，如撤防布防，更換用戶手機號等操作，若沒有收到用戶指令或者執行完指令，就會檢測是否打開報警系統，若沒有打開則繼續等待用戶的指令。若打開報警系統之后，當檢測到有人闖入后蜂鳴器就會警報，并且單片機通知GSM發送短信并且撥打電話通知用戶，結束之后進入等待。

/****************************************/

void  fangyu(void) interrupt 2 //外部中斷1中斷 當無線遙控器按下后產生本中斷

{

   EX1=0;//開外部中斷1

   ON_OFF=~ON_OFF; //打開或者關閉系統的開關，實現撤防布防

   EX1=1;//開外部中斷1

}

/****************************************/

撤防布防部分的子程序如上所示，遙控器按下按鍵后經過315M無線模塊的發送，單片機接收后就會產生外部中斷1的中斷，此時進入本函數執行開關防御系統的功能，在進入中斷后要及時關閉中斷功能防止再次打斷造成干擾，當程序執行完后要打開中斷，等待下一次中斷的產生。

/****************************************/

void  jiance(void) interrupt 0 // 外部中斷0中斷 當檢測到有人闖入后產生本中斷

{

   EX0=0;  //關外部中斷0

   person=1; //進入中斷服務程序 說明檢測到有人觸發中斷

   EX0=1;  //開外部中斷0

}

/****************************************/

檢測部分的子程序如上所示，當紅外傳感器檢測到有人闖入后，就會把管腳置為高電平，此時與紅外模塊連接的315M無線發射模塊就會把這個高電平信號發送給與單片機連接的315M無線接收模塊，此時單片機就會產生外部中斷0的中斷，就會進入本子程序。在本程序中關閉中斷防止再次打斷，然后把標志位設置為1，單片機就可以判斷出此時有人闖入，從而執行相應的程序。然后再打開中斷，等待下一次中斷產生。

/****************************************/

void post_msg() //發送短信

{

              put_str("AT+CMGF=1\r");//設置短信模式

              while(SBUF ！= "ok")  //等待GSM模塊返回接受成功信息

              put_str("AT+CMGS=\"182xxxxxxxx\"\r");//設置發送號碼

              while(SBUF ！= "ok") //等待GSM模塊返回接受成功信息

              put_str("warning\r");//發送內容

}

/****************************************/

發送短信子程序如上所示，本程序是用來通知用戶家中的情況的，是系統與用戶交流的關鍵所在，當單片機經過前面子程序的檢測判斷出有人闖入后就會進入本子程序，發送短信給用戶，首先設置短信模式，然后設置GSM字符集，這樣就可以給用戶發送短信了，然后設置給哪個手機號碼發送短信，在此我們用x表示未知號碼，然后輸入發送的內容，在這里我們用發送warning 報告給用戶。

/****************************************/

void post_call() //撥打電話

{

              put_str("ATD182xxxxxxxx;\r");//

              while(SBUF ！= "ok")  //等待GSM模塊返回接受成功信息

}

/****************************************/

撥打電話給用戶，也是和用戶通信的關鍵，當檢測到有人闖入后，會自動發送短信，撥打電話給用戶，發送短信子程序已經在5.2.3小節介紹，撥打電話子程序如上所示，進入本子程序后單片機就會使用AT指令控制GSM模塊給用戶撥打電話。若用戶接聽則進行通話，和GSM模塊連接的麥克風和揚聲器就會工作，獲取家中的聲音，并播放用戶的聲音，產生非常好的威懾作用。

/****************************************/

void re_call()  //讀取短信，接聽電話  子程序

{

              uchar tel_num[12] = "182xxxxxxxx";

              uchar *close = "close";

              uchar *open = "open";

              uchar *change = "BGYH123456";

              get_str();//調用串口接收子程序 把GSM發來的數據存儲到 數組ring里面

              put_str("AT+CLIP=1\r");//  開啟來電顯示

              if(strstr(ring,tel_num)!=NULL) //如果判斷出是用戶打來的電話

              {

                            put_str("ATA\r");    //自動接聽

              }

              put_str("AT+CMGF=1\r"); //設置文本模式

              put_str("GSM\r"); //設置GSM字符集

              put_str("AT+CNMI=1,1\r"); //讀取新消息

if(strstr(ring,change) !=NULL)//變更用戶號碼

              {

                                          uchar *new_tel_num =strstr(ring,change)+1

                                          uchar  i=0;

                                          for(i=0;i<11;i++)

                                          {

                                                        tel_num[ i]=*new_tel_num++ ;

                                          }

    }

              if(strstr(ring,close)!=NULL)//如果判斷出是用戶發送的關機指令

              {

                            ON_OFF=0;                //關閉防御系統

              }

              if(strstr(ring,open)!=NULL) //如果判斷出是用戶發送的開機指令

              {

                            ON_OFF=1;                                                         //打開防御系統

              }

}

/****************************************/

接收用戶短信和電話子程序是本設計中最重要的一部分，因為GSM遠程撤防布防，手機發送指令更改用戶的手機號碼，接聽用戶打來的電話，都需要通過本程序設置。也是本設計的亮點所在，本程序首先把用戶的電話存儲到一個數組中，把本機密碼存儲到一個數組中，正常情況下發生警報后就會自動發送短信撥打電話給數組中存儲的用戶號碼，當用戶想變更號碼時，需要輸入BGYH+密碼+新手機號，這種設計既可以增加系統安全性，又可以方便用戶更改密碼。

熱釋電效應同壓電效應類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷變化的現象。熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件的兩個表面做成電極，在傳感器監測范圍內溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷ΔQ，即在兩電極之間產生一微弱的電壓ΔV。由于它的輸出 阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷ΔQ會被空氣中的離子所結合而消失，即當環境溫度穩定不變時，ΔT=0，則傳感器無輸出。當有人進入檢測區時，因人體溫度與環境溫度有差別，產生ΔT，則有ΔT輸出；若人體進入檢測區后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以 這種傳感器用來檢測人體或者動物的活動傳感。

為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡由透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內人或動物的行動。菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾發明的，他在1822年最初使用這種透鏡設計用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統——燈塔透鏡。

菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產生一個交替變化的“盲區”和“高靈敏區”，以提高它探測接收的靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發出的紅外線就不斷地交替從“盲區”進入“高靈敏區”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而增強其能量幅度。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射或者反射到紅外傳感器上，第二個作用是將探測區域內分為若干個明區和暗區，使進入探測區域的移動物體能以溫度變化的形式在紅外傳感器上產生變化的熱釋電紅外信號。

2ASK是ASK調制的一個特例，把一個幅度取為0，另一個幅度為非0，就是2ASK。它是以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉。該調制方式的出現比模擬調制方式還要早，Morse碼的無線電傳輸也是使用該調制方式。由于2ASK的抗噪聲性能不如其他調制方式，所以該調制方式在目前的衛星通信、數字微波通信中并沒有被采用，但是由于該調制方式的實現比較簡單，在光纖通信系統中，短距離無線傳輸系統中，振幅鍵控方式卻獲得非常廣泛的應用。

本系統相對于傳統的防盜系統，可以更方便的和用戶互動，系統在檢測到有人闖入后，可以給用戶發送短信，撥打電話，也可以接聽用戶打來的電話和接收短信，并且為了方便用戶，增加了短信更改用戶手機號碼的功能，摒棄了傳統的LCD液晶顯示屏加鍵盤的方法輸入用戶手機號，極大的降低了成本和系統的體積，通過用戶手機即可變更。但是本產品仍然有不足，無線GSM模塊也有可能會受到干擾或者遇到信號不好的時候，雖然這種情況產生的概率比較低。希望未來隨著我國的北斗衛星通信、4G通信、5G通信的發展成熟，能夠為解決家庭防盜這一問題提供更好的解決策略。

圖18 總電路圖

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2019-12-25 18:00 上傳

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