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家居安防无线监控报警系统家居安防无线监控报警系统 作者：潘丹 武汉邮电科学研究院光纤通信技术和网络国家重点实验室 摘要：摘要：本文介绍了一种家居安防无线监控报警系统的硬件电路设计方法，它以SM89516A单片机为核心，通过控制由解码芯片PT2272、射频接收模块组成的接收电路，对感应器采集到的报警信息（烟、火、盗窃等信息）进行处理，通过控制TC35模块以GSM短消息的方式实现合法用户手机与监控报警系统之间的指令与数据接收和发送。该报警器具有现场警笛报警和无线报警功能。本文阐述了无线监控报警系统的工作原理、总体设计方案，并对系统内各模块进行了分析与设计。该系统具有实时性、可靠性高、安装、维护及操作简单等优点。引言引言 随着社会的发展，生活条件的改善，人们对安全问题越来越关注了，尤其是在家居安全方面。入室盗窃、煤气泄漏、火灾发生等情况时有发生，在家里安装安全报警装置是家庭安全保障发展的趋势。本文研究一种家庭安全监控报警系统，系统的核心是单片机，由它监控处理各种警情，对感应器采集到的报警信息采用两种报警方式,即声光报警和短消息报警。报警设备在实现就地报警的同时把各种警情通过短信方式发送到手机，使警情得到及时的处理。结合射频无线通信技术和单片机网络控制技术，使本家居安防无线监控报警系统经济、可靠、组网灵活，家庭无需为传感器布线，具有广阔的市场发展前景。1 工作原理 1 工作原理 无线监控报警系统主要由 GSM 短信模块、监控者手机和智能监控模块组成，GSM模块主要提供系统和用户之间的通信信道。智能监控模块及其外围电路可实现对周围数据的采集和监控，如果监控对象正常的话就继续循环监测，如果出现问题，微控制器即采用 AT 命令通过 GSM 短信模块发送短信息给监控者，监控者也可用短信息的命令形式去设置以微控制器为核心的智能模块，以及发送短信消息查询命令和监控情况，从而达到无线监控的目的。 2 总体设计方案 2 总体设计方案 220v转9v电源适配器 220v 后备电源 单 片 机 蜂鸣器 PT2272 LED TC3 5 电源转换芯片 射频接收模块 晶振天线 SIM 卡 5v 图 1 总体设计框图 本系统主要由电源、单片机、GSM 短信模块 TC35、解码器 PT2272、射频接收模块构成，由门磁、窗磁、烟雾感应器和燃气泄漏感应器等采集报警信息，通过无线方式传输给由单片机控制的 GSM 短信模块 TC35，实现短信报警，同时伴有声光报警。220v 的市电经电源适配器输出电压 9v，再经电源转换芯片转换为 5v 为单片机、TC35、PT2272、射频接收模块、LED、蜂鸣器等供电，一旦掉电则启用备有电源，以保持电路正常工作。单片机是整个系统的核心，PT2272、TC35 都是在它的控制下完成相应的功能，并控制蜂鸣器、LED 发声发光，它启动的条件是电源和晶振正常工作。PT2272 是与 PT2262 的配对解码芯片（遥控系统里使用 PT2262），可组成接收器，射频接收模块将本地警情通过 PT2272 上报给单片机。TC35 通过其 RXD0、TXD0 脚与单片机之间进行串行通信，通过一系列的 AT 命令，就能达到控制 TC35 读写 SIM 卡与手机进行短消息通信的目的。3 3 系统各模块分析与设计 系统各模块分析与设计 3.13.1 电源部分 电源部分 电源模块包括外部电源模块和内部电源模块。内部电源模块主要包括可充电电池 和充电电路，主要任务是在监状态下外部断电时供给整个电路正常工作并发出报警短消息 其充电也是由微控制器控制完成的，在外部电源供电状态下，低于下限电平时自动接通充电电路，高于上限电平时将自动断开充电电路。该系统选用 220V 转 9V 的电源适配器，由于该系统的各组成部分都需要 5V 的工作电压，因此宜选用一块输入可以为 9V，输出为 5V 的开关电源芯片进行电压转换，为系统供电，备用电源采用 6V 的充电电池。3.2 单片机及其外围 3.2 单片机及其外围 利用单片机的中断功能可对外界的突发事件进行监测。中断源中断后，单片机应用系统就会发出指令执行相应的报警程序，通过 RS232 异步串行通信写入 TC35，通过 AT 命令，以短消息的形式发送到监控者手机上，以便用户采取相应的处理措施，同时鸣笛，LDE 发光，实现防盗、防火、防燃气泄漏的作用。监控者也可用短信息的命令形式去设置以单片机为核心的智能模块，以及发送短消息查询命令查询其监控情况，从而达到无线监控的目的。本系统中采用的单片机型号是 SyncMOS 公司的 SM89516A，它是内置 64KB 闪存、1KB 的片上 RAM 的 8 位单片机，是 8052 单片机家族的派生产品，有 5 路内部 SPWM，可以通过“段映射直接寻址模式”的方式方便快速的访问扩展 RAM。选用 44 脚的 PLCC 封装形式，最多可提供 36 个 I/O 口，可有效控制外围接口电路。3.3 PT2272 组成的接收电路 3.3 PT2272 组成的接收电路 PT22622272 配对使用可组成遥控发射和接收电路。其中 PT2262 组成遥控器，PT2272 组成接收器，它们必须工作在同一频段（如本系统中射频收发模块都选用 315MHz 频段），地址编码必须完全相同才能配对使用（设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分至于设置什么样的地址码完全由用户配置）。发射电路用来发射 3I5MHz 的高频载波，将编码后的地址码、数据码、同步码随同载波一起发射出去，接收电路将发射电路发射出的信号有效地接收过来，经过放大后，再送入解码电路解码后，变成所需的电信号。当解码芯片 PT2272 接收发送过来的信号时，VT 脚输出一个正脉冲，经 9014 取反后向单片机产生一个中断请求，CPU 接到中断信号后读取 PT2272 芯片的内容，与此同时，相应的数据脚也输出高电平。如果发送端按键一直被按住，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不会与电源连通，所以 315MHz 的高频发射电路不工作。PT2272 组成的接收电路设计图见图 2。PT2272 解码芯片分为锁存输出（L 表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变）和非锁存输出（M 表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应）。后缀数字 n 表示有 n 路并行的控制通道（n 一般为 4 和 6），当采用 n 路并行数据时，对应的地址编码应该是（12-n）位。地址输入端，有三种状态可供选择：悬空、 接电源、接地；数据输出端，只有两种状态可供选择：接电源、接地。本次设计选用 PT2272-M4，即采用非锁存输出、地址码 8 位、数据码 4 位。A01A12A23A34A45A56D5/A67D4/A78VSS9D310D211D112D013DIN14OSCO15OSCI16VT17VDD18U6PT2272VCCR81.5MP0.0P0.1P0.2P0.3VCC9014R710KVCCP3.211223344U8射频接收模块天线P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7 图 2 PT2272 及射频接收模块组成的接收电路 3.4 TC35 模块 3.4 TC35 模块 TC35 主要由 GSM 基带处理器、GSM 无线模块、电源模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口6部分组成，共有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force)连接器引出。这 40 个引脚可以划分为 5 类，即电源、数据输入输出、SIM 卡、音频接口和控制。第 114 脚为电源部分，其中 15 为电源电压输入端 Vbatt+，610 为电源地 GND，11、12 充电引脚，13 对外输出电压(供外电路使用)，14为 ACCUTEMP 接负温度系数的热敏电阻；2429 为 SIM 卡引脚；3340 为语音接口用来接电话手柄；15、30、31 和 32 脚为控制部分；1623 位数据输入输出。TC35 模块及其外围设计电路图见图 3。使用 TC35 这个模块时需要注意以下几点：（1）模块上电 10ms 后(电池电压须大于 3V)，为使之正常工作，必须在 15 脚(IGT)加时长至少为 100ms 的低电平信号，且该信号下降沿时间小于 1ms。启动后，15 脚的信号应保持高电平。（2）SIM 引脚中的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。当插入 SIM 卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。（3）TC35 的 SYNC 引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示 TC35 的工作状态。本模块使用的是后一种功能，即当 LED 熄灭时,表明 TC35 处于关闭或睡眠状态； 当 LED 为“600ms 亮/600ms 熄”时，表明 SIM 卡没有插入或 TC35 正在进行网络登录；当 LED 为“75ms 亮/3s 熄”时，表明 TC35 已登录到网络，处于待机状态。VCC3VIGTDSR0RING0CTS0RTS0DTR0DCD0CCINCCRSTCCIOCCCLK3.3KR12C81nFC7C6100nFL210mHR61KC9100uFCCVCC1CCRST2CCCLK3CCGND4CCIN5CCIO6A1SIMCCVCCCCGNDCCVCCCCRSTCCCLKCCGNDCCIOA11Y12A23Y24A35Y36GND7VCC14A613Y612A511Y510A49Y48U27407RXD0TXD0VCCRXD0TXD0RXDTXDD4LED4R41KP3.3IGTCCINSIM卡正向驱动R1510kR161kQ?9014VCCVbatt+15GND610POWER1112VDD13AKKU_TEMP14/IGT15DSR016/RING017RXD018TXD019CTS020RTS021DTR022DCD023CCIN24CCRST25CCIO26CCCLK27CCVCC28CCGND29RTC backup30Power down31SYNC32EPP233EPN234EPP135EPN136MICP137MICN138MICP239MICN240TC3540ZIF 图 3 TC35 模块及其外围电路 4 结束语 4 结束语 本文系统介绍了无线监控报警系统的工作原理、总体设计框图，对系统的内部组成部分电源、单片机、PT2272、TC35 进行了阐述，并给出了 PT2272 和 TC35的具体设计电路图。这篇文章是针对家庭安全设计的一款无线监控报警系统，也可用于其它场合。借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，直接将警情以短消息（短消息是全球移动通信系统中最简便的数据通信方式。随着短消息业务的日益完善，短消息已具备承载重要数据信息的能力）的形式反映到用户手机显示屏上，具备可靠性强、体积小和功耗低等特点。参考文献：参考文献：1 张毅刚等.MCS51 单片机应用设计M.哈尔滨工业大学出版社，1990 2 李华.MCS51 单片机实用接口技术M.北京航空航天大学出版社，1993 3 何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天大学出版社，1996 4 韩广兴电子元器件与实用电路基础M北京：电子工业出版社，2002 5 程龙兴，胡协和，冯冬芹等.基于短消息的远程数据采集系统J.仪表技术与传感器.2005(1)：1719 6 吴文佳PT2262PT2272编解码IC在无线智能报警系统中的应用J世界电子元器件，2004，15(12)：45-46 7 崔占琴，马虎山一种无线报警器的设计与实现J现代电子技术，2006，30(6)：32 8 康厚强等用于短消息收发的TC35终端的硬件设计与实现J电子技术，2002(8)：122-125 9 叶丹霞，王家礼GSM模块TC35及在远程监控系统中的应用J，现代电子技术，2005，28(5)：62-64