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基于GSM模塊的家庭安全警報(bào)裝置設(shè)計(jì)

文檔作者：趙勇１賓中立２劉利枚１２文檔來源：１．湖南商學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院２．湖南商學(xué)院新零售虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月07日
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基于GSM 模塊的家庭安全警報(bào)裝置設(shè)計(jì)?
趙　勇１,賓中立２,劉利枚１,２
(１．湖南商學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院,長沙４１０２０５;２．湖南商學(xué)院新零售虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長沙４１０２０５)
摘　要:針對傳統(tǒng)家庭報(bào)警器設(shè)計(jì)繁瑣、成本高等缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款以GSM 模塊為核心的家庭安全警報(bào)裝置.該裝
置能夠在分析各種傳感器采集的數(shù)據(jù)后,將險(xiǎn)情通過GSM 模塊發(fā)送到用戶手機(jī),實(shí)現(xiàn)家庭安全防盜的遠(yuǎn)程控制.
關(guān)鍵詞:GSM 模塊;傳感器;家庭安全警報(bào)系統(tǒng)
中圖分類號:TP２１２．９　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
DesignofHomeSecurityAlarm DeviceBasedonGSM Module?
ZHAOYong１,BINZhongli２,LIULimei１,２　
(１．CollegeofComputerandInformationEngineering,HunanUniversityofCommerce,Changsha４１０２０５,China;２．KeyLaboratory
ofHunanProvinceforNewRetailVirtualRealityTechnology,HunanUniversityofCommerce,Changsha４１０２０５,China)
Abstract:Inviewofthecomplicateddesignandhighcostoftraditionalhomealarmsdesign,ahomesecurityalarmdevice
withGSM moduleasthecorewasdesigned．Afteranalyzingthedatacollectedbyvarioussensors,thedevicecansendthe
dangerthroughtheGSM moduletotheuser??smobilephonetorealizetheremotecontrolofhomesecurityandantiＧtheft．
Keywords:GSM module;sensor;homesecurityalarmsystem
基金項(xiàng)目:感謝學(xué)生國家級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)
劃項(xiàng)目“基于GSM 模塊家庭安全警報(bào)裝置的設(shè)計(jì)”
(２０１４１０５５４００５);教育部人文社科基金(１４YJCZH０９９);湖南省
哲學(xué)社科基金(１２YBB１４５)”.
收稿日期:２０１８Ｇ０７Ｇ１９
作者簡介:趙勇(１９９７—),研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?
０ 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,日常生活中出現(xiàn)了各種各樣的
防盜報(bào)警器.但絕大多數(shù),制造工藝復(fù)雜、設(shè)計(jì)比較繁
瑣、成本比較高,不適合人們?nèi)粘Ｉ畹南M(fèi)需求.早前
的家庭安全警報(bào)裝置都是針對某個(gè)具體的安全隱患而進(jìn)行
設(shè)計(jì)的,比如防盜門、紅外線防盜報(bào)警器、火災(zāi)報(bào)警器
等.這些報(bào)警裝置基本能滿足一般需求,但它們功能比較
單一、無二次報(bào)警功能,性價(jià)比也不是很高[１].例如發(fā)生
匪情或者火情卻無人在家時(shí),單純的警鈴報(bào)警已經(jīng)失去了
意義.隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,將家庭安全警報(bào)裝置
進(jìn)行區(qū)域聯(lián)網(wǎng),實(shí)用性將大大提高.GSM(全球移動(dòng)通信
系統(tǒng))報(bào)警系統(tǒng)采用無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)的數(shù)字處理技
術(shù),以逐步應(yīng)用于數(shù)據(jù)監(jiān)測以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等.本文設(shè)
計(jì)利用GSM 無限移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)短信息數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái),實(shí)
現(xiàn)了遠(yuǎn)距離方便、靈活的無線報(bào)警處理,解決了固定電話
或有線數(shù)據(jù)傳輸模式的局限性,做到全無線報(bào)警.設(shè)計(jì)中
使用各種傳感器對可能出現(xiàn)的火災(zāi)、燃?xì)庑孤⒂腥岁J入
房屋等意外情況進(jìn)行監(jiān)測,然后通過GSM 模塊將特定的
報(bào)警信息發(fā)送給預(yù)定手機(jī)號碼[２].
１ 整體硬件設(shè)計(jì)
１．１ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
智能家庭安全防盜系統(tǒng)框圖如圖１所示,主要由單片
機(jī)模塊、GSM 模塊、溫度傳感器模塊、煙霧傳感器模
塊、紅外模塊等組成,可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)特殊情況發(fā)生時(shí)給戶主
發(fā)送短信的功能.該系統(tǒng)采用STC８９C５２RC 單片機(jī)作為
主控制器,利用串口通信向GSM 模塊發(fā)送AT 指令,從
而達(dá)到給戶主發(fā)送提示短信的功能.
圖１ 智能家庭安全防盜系統(tǒng)框圖
Fig．１BlockdiagramofsmarthomesecurityantiＧtheftsystem
１．２ 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)整體電路圖如圖２所示,由STC８９C５２RC單片機(jī)
最小系統(tǒng)、GSM 模塊、傳感器模塊[３]組成.利用單片機(jī)
的I/O口傳輸信號,當(dāng)傳感器模塊有信號傳輸給單片機(jī)
時(shí),單片機(jī)進(jìn)行分析處理,通過P３．１和P３．２口與GSM
模塊的T_RX和T_TX引腳相連,把接收到的信息轉(zhuǎn)化為
相應(yīng)信號傳給GSM 模塊,然后讓GSM 模塊發(fā)送短信給戶
主,提醒戶主某個(gè)地方發(fā)生了異常,起到了家庭安全防盜
的作用.
１２
電工技術(shù)　自動(dòng)控制
　　
圖２ 系統(tǒng)的整體電路圖
Fig．２ Overallcircuitdiagramofthesystem
２ 主要模塊的電路設(shè)計(jì)
２．１ 溫度傳感器模塊
本設(shè)計(jì)采用的溫度傳感器是DS１８B２０測溫模塊.該模
塊采用單總線的接口方式進(jìn)行發(fā)送或接收信息,所以在單
片機(jī)STC８９C５２RC和溫度傳感器DS１８B２０之間只需要一
條連線.DS１８B２０有兩種工作模式:外部供電模式;數(shù)據(jù)
總線供電模式.本設(shè)計(jì)所用的是外部供電模式,在該模式
下,DS１８B２０啟動(dòng)后將進(jìn)入低功耗等待狀態(tài),當(dāng)需要執(zhí)行
溫度測量和AD轉(zhuǎn)換時(shí),核心控制器單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)指令
完成溫度測量和AD轉(zhuǎn)換,DS１８B２０將產(chǎn)生的溫度數(shù)據(jù)以
兩個(gè)字節(jié)的形式存儲(chǔ)到高速暫存器的溫度寄存器中,然后
繼續(xù)保持等待狀態(tài).在外部電源供電下,總線控制器在溫
度轉(zhuǎn)換指令之后發(fā)起“讀時(shí)隙”, 從而讀出測量到的溫度數(shù)
據(jù),然后通過總線完成與單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊[４].
２．２ 紅外傳感模塊
設(shè)計(jì)采用QT３０cm 對射式傳感器作為紅外傳感器模
塊.它屬于一種對射式光電開關(guān),沒有遮擋時(shí)高電平,有
遮擋時(shí)低電平.對應(yīng)地線和電源共在一起,紅外傳感器輸
出接在單片機(jī)的P２．４口.
２．３ 煙霧傳感器模塊
設(shè)計(jì)中所用的煙霧傳感器是MQＧ２,該傳感器具有信
號輸出指示, 而且是雙路輸出(模擬量和TTL 電平輸
出)[５].模擬量輸出０~５V電壓,濃度越高電壓越高,電
阻值越低;TTL電平輸出有效信號為低電平,即當(dāng)輸出低
電平時(shí),信號燈亮,同時(shí)該傳感器對液化氣,天然氣,城
市煤氣均有較好的靈敏度,而且具有長期的使用壽命和可
靠的穩(wěn)定性,還能快速響應(yīng)恢復(fù)[６].因此非常適用于家庭
的氣體泄漏監(jiān)測裝置,適宜于液化氣、甲烷、丙烷、酒
精、煙霧等.
２．４ GSM 模塊
SIM８００C模塊是一款高性能高性價(jià)比工業(yè)級的GSM/
GPRS模塊[７](開發(fā)板).該模塊采用SIMCOM 公司的工業(yè)
級四頻８５０/９００/１８００/１９００MHzSIM８００芯片,可以低功
耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸.SIM８００C模
塊采用了電源防反接保護(hù)和TVS電源保護(hù)雙重保護(hù)措施,
有效提高模塊的可靠性.該模塊通過TTL控制接口接入電
路和單片機(jī)相連,T_RX連接單片機(jī)的TX引腳,T_TX連
接單片機(jī)的RX 引腳,GND 連接單片機(jī)的GND 引腳,
V_MCU連接單片機(jī)最小系統(tǒng)的電壓５V或３．３V,這會(huì)讓
T_RX 和T_TX 引腳電平邏輯與V_MCU 一致,若接的
５V,則T_RX和T_TX引腳邏輯電平為５V;同理,若接
的３．３V,則T_RX和T_TX引腳邏輯電平為３．３V.該模
塊主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離報(bào)警發(fā)送短信的功能.
在該系統(tǒng)中,GSM 模塊通過串口設(shè)置轉(zhuǎn)換,通過發(fā)
送AT指令來實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信的功能.其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖
３所示,首先進(jìn)行串口初始化,獲取波特率,發(fā)送字符串
“AT＋CMGF＝１”設(shè)置短信模式為文本模式,并發(fā)送“AT
＋CSMP”設(shè)置短消息文本模式參數(shù),發(fā)送“AT＋CSCS＝
UCS２”設(shè)置UCS２編碼字符集,然后設(shè)置戶主手機(jī)號碼,
編寫好所需的短信內(nèi)容,最后發(fā)送“０x１A”,這樣就可以通
過GSM 模塊實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警通知戶主的功能.
圖３ GSM 模塊流程圖
Fig．３FlowchartofGSM module
如: 發(fā)送“AT ＋CMGS＝”００３１００３８００３３００３９００３０００３９
００３４００３６００３５００３１００３８\＂\r\n”就可以設(shè)置戶主手機(jī)號碼為
“１８３９０９４６５１８”.若家中的煤氣突然發(fā)生泄漏,傳感器檢
測到信息, 就會(huì)給戶主發(fā)送一條提示短信, 代碼為
“７A７A６C１４６７０９５F０２５E３８”, 編譯過來就是“空氣有異
?！盵８],這時(shí)戶主就須警惕,是否是家中煤氣泄漏了,可
以提前做好防護(hù)措施.
３ 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)流程圖如圖４所示,在開始部分,先對各個(gè)傳感
器進(jìn)行初始化,當(dāng)各部分傳感器相應(yīng)產(chǎn)生信號變化(即收
集到了不同信息),然后將訊號傳給系統(tǒng)的主控制核心模
塊單片機(jī)STC８９C５２RC,經(jīng)過中央處理器處理后,單片機(jī)
再向GSM 模塊發(fā)送信號,使得GSM 模塊工作,向預(yù)設(shè)好
的電話號碼發(fā)送對應(yīng)的短信,從而達(dá)到預(yù)警的目的.
圖４ 系統(tǒng)流程圖
Fig．４Systemflowchart
(下轉(zhuǎn)第７７頁)
１３
自動(dòng)控制　電工技術(shù)
　　
情況在再生器內(nèi)不同位置安裝多個(gè)支架.對多點(diǎn)熱電偶進(jìn)
行吊裝,將多點(diǎn)熱電偶從再生器頂部開口處送入再生器內(nèi)
部,將法蘭固定.小心地對熱電偶進(jìn)行彎曲,根據(jù)測點(diǎn)分
布圖將熱電偶夾緊在相應(yīng)安裝支架的環(huán)形支撐件的壓板
上,再將熱電偶的端部用耐高溫卡子固定在需要測量的位
置上,需要注意的是熱電偶的檢測位置與容器壁的距離要
符合要求[２].完成安裝后要對多點(diǎn)熱電偶進(jìn)行回路測試,
確保回路暢通、組態(tài)信息正確才可以投用.
圖２ 柔性多點(diǎn)熱電偶的安裝支架
Fig．２SupportbracketofflexiblemultiＧpointthermocouple
３ 柔性多點(diǎn)熱電偶的常見故障處理
再生器內(nèi)部環(huán)境惡劣,條件嚴(yán)苛,多點(diǎn)熱電偶經(jīng)過長
期的使用難免會(huì)出現(xiàn)故障,下面介紹幾種常見故障的處理
方法.
(１)DCS上無示數(shù).這種情況可能是由于設(shè)備的振動(dòng)
導(dǎo)致熱電偶接線柱處的線路接觸不良甚至斷路,也有可能
是中間接線箱或盤后接線斷路,應(yīng)分段檢查,找出斷路
處,將接線重新緊固.也有可能是熱電偶損壞,這種情況
需要重新更換熱電偶.
(２)顯示數(shù)值偏低.若發(fā)生這種情況可以檢查一下補(bǔ)
償導(dǎo)線在熱電偶端是否接反,若接反應(yīng)將正負(fù)極調(diào)轉(zhuǎn).也
有可能是由于多點(diǎn)熱電偶接線盒內(nèi)接線柱間進(jìn)入鐵屑或進(jìn)
水生銹導(dǎo)致短路,應(yīng)清理干凈,將導(dǎo)線重新接好,同時(shí)保
證接線盒密封良好.
(３)接線錯(cuò)誤導(dǎo)致故障.由于多支熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線
均接到一個(gè)接線盒內(nèi),易發(fā)生導(dǎo)線錯(cuò)接到其他熱電偶上導(dǎo)
致示值錯(cuò)誤的情況,故安裝和維護(hù)時(shí)要做好標(biāo)記,在多點(diǎn)
熱電偶投用前要做好回路的聯(lián)校工作,避免由于接線錯(cuò)誤
導(dǎo)致故障.
(４)熱偶鎧管泄漏、密封開焊等故障.由于多點(diǎn)熱電
偶整體封裝在再生器內(nèi)部,且不易拆卸,再生器運(yùn)行過程
中不能動(dòng)焊,所以其中一部分發(fā)生損壞無法單獨(dú)在線更
換,須停車、退料,將再生器清理完畢后進(jìn)行檢修或更
換.
４ 結(jié)語
在催化劑再生裝置中,再生器各床層溫度是反應(yīng)過程
的關(guān)鍵參數(shù),柔性多點(diǎn)熱電偶以其測點(diǎn)數(shù)量多、安裝開口
少、響應(yīng)速度快、可靠性好等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了再生器床層溫度
的安全、準(zhǔn)確測量,保障了反應(yīng)的有效進(jìn)行,從而得到了
廣泛的應(yīng)用.
參考文獻(xiàn)
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[２]魏予都,翟娟娟．多點(diǎn)熱電偶安裝與調(diào)試[J]．中國科技博覽,
２０１４(７):３７．
(上接第１３頁)
４ 結(jié)語
該家庭安全警報(bào)裝置在一定程度上減少和避免了戶主
的損失,和以往的傳統(tǒng)式防盜門防盜窗相比,具有一定的
優(yōu)勢,利用了高科技的智能化和自動(dòng)化,采用無線短信通
知的方式,將所檢測到的情況轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的短信并發(fā)送到
戶主手機(jī)上,不需要考慮周圍環(huán)境的影響,減少了人力物
力和財(cái)力,提高了其能動(dòng)性.當(dāng)然,本設(shè)計(jì)還存在一些不
足,比如可以通過增加斷電保護(hù)電路,增加無線藍(lán)牙模塊
等方式去改進(jìn)該裝置.
參考文獻(xiàn)
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７７
傳感檢測及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)　電工技術(shù)

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