摘 要： 本設計采用STC公司增強型高速單片機STC12LE5A60S2為控制器、SIM300作為無線GPRS通信模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制，各防盜模塊與系統(tǒng)之間采用無線模塊來通信。系統(tǒng)可通過撥打指定手機或發(fā)送短信等方式，實現(xiàn)對各個模塊的狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，異常情況可遠程操作該系統(tǒng)實施相應的控制命令。

　　0 前言

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對防盜、防劫、防火安保設備的需求量日益增長，報警系統(tǒng)也從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。本文設計的智能家居防盜系統(tǒng)采用STC12C系列高速1T單片機作為整個系統(tǒng)的控制，負責對家居內(nèi)的各個智能防盜模塊進行控制管理，若出現(xiàn)異常物體或者人員侵入，在啟動高強度聲音報警的同時，還可控制本系統(tǒng)中的GPRS模塊SIM300自動撥打設定的電話或者發(fā)短信，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能遠程報警。同時遠程控制者還可以通過撥打電話或者短信方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程控制，對受控區(qū)域的電源或者其他裝置進行控制管理，從而保護個人的家居財產(chǎn)安全。

　　1 系統(tǒng)原理分析

　　系統(tǒng)由單片機主控單元、智能防盜監(jiān)控單元、無線數(shù)據(jù)通信單元和SIM300遠程報警監(jiān)控等四個模塊構(gòu)成。由高速1T單片機加上內(nèi)置的硬件看門狗組成的控制，負責整個系統(tǒng)的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，信息辨別處理，GPRS通信模塊的數(shù)據(jù)鏈接，家居防盜執(zhí)行電路等；智能防盜監(jiān)控單元，由熱釋電紅外探測模塊，門窗紅外對射式傳感器，振動傳感器三種防盜報警單元構(gòu)成，可以對門窗意外被闖入，夜間盜賊入室，必要家居的微振動等情況進行監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)的全方位智能化；無線數(shù)據(jù)通信單元用作智能防盜模塊與主系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，無線通信方式使該系統(tǒng)使用更加方便；SIM300 GPRS通信模塊用作系統(tǒng)的遠程報警和遠程控制，防盜系統(tǒng)若出現(xiàn)報警，在啟動相應家居內(nèi)聲光報警的同時，還可以自動撥打或發(fā)信息給設定的手機，使用戶及時了解家居內(nèi)的情況，并可通過特定信息遠程控制本系統(tǒng)，以作相應的后繼處理。系統(tǒng)外置一塊12864的LCD顯示屏用作系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息顯示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

　　2 系統(tǒng)硬件分析

　　2.1 GPRS通信模塊

　　本設計中GPRS通信模塊采用的是SIMCOM公司生產(chǎn)的一款三頻段GSM/GPRS模塊SIM300,適合于開發(fā)一些GSM/GPRS的無線應用產(chǎn)品，如移動電話，無線MODEM卡，無線POS機，無線抄表系統(tǒng)以及無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，應用范圍十分廣泛。

　　SIM300模塊具有一套標準的AT命令集，包括一般命令、呼叫控制命令、網(wǎng)絡服務相關(guān)命令、電話本命令、短消息命令、GPRS命令等。本系統(tǒng)中與GPRS模塊的通信是通過串口連接，通過處理相應的AT命令，來實現(xiàn)系統(tǒng)與模塊的數(shù)據(jù)通信。

　　本系統(tǒng)中，我們專門設計了SIM300模塊的相應接口板電路，該電路板主要包含SIM300必要的外圍電路 , 4.2V電壓供給電 路 , SIM卡座以及RS232串口電平轉(zhuǎn)換電路等。該模塊的功能是通過天線接收手機發(fā)過來的信息，并且通過串口與系統(tǒng)主控CPU通信，判斷是否有讀短信的AT命令，等單片機讀短信成功，由系統(tǒng)主控CPU對信息進行分析后，做出相應的處理。同樣，當防盜系統(tǒng)發(fā)出報警信號時，由主控CPU發(fā)出報警信息（電話或短信），控制SIM300模塊實現(xiàn)相應的信息發(fā)送。

圖2SIM300外圍接口部分電路

圖3CPU及部分外圍電路

　　2.2 CPU模塊

　　本系統(tǒng)中使用了STC高速增強型1T單片機STC12LE5A60S2,該芯片是增強型單時鐘/機器周期51單片機，是高速低功耗超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051,但執(zhí)行速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM,8路高速8位A/D/轉(zhuǎn)換（300K/S），特別適合一些電機控制，強干擾的場合。

　　主要的特點有：與MCS-51單片機完全兼容；高保密性：無法讀出，因此無法解密，保護知識產(chǎn)權(quán)的；超強抗干擾能力；寬溫度范圍：-40oC~85oC、高可靠性、低電磁輻射，工程應用的；超低功耗；高速度：0~80MHz,達90MHz;該單片機還內(nèi)置了ISP在線單元，用戶僅需通過普通的RS232接口即可實現(xiàn)軟件的編程，節(jié)約了編程器，仿真器的硬件投資，同時也使用戶系統(tǒng)的升級維護更加方便快捷。

　　為使CPU與GPRS模塊實現(xiàn)I/O電平匹配，本系統(tǒng)采用的是STC12CLE系列低電壓單片機，圖3為本系統(tǒng)的CPU外圍相關(guān)電路。

　　2.3 無線通信模塊

　　為了使該系統(tǒng)很方便的應用在當前的各類家居中，系統(tǒng)中的防盜報警單元與主控CPU之間的通信采用無線方式。模塊選擇當前應用較為廣泛的nRF24L01通信模塊。該模塊是一款新型 單片射頻收發(fā)器件， 工作于2.4GHz~2.5GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。

　　本系統(tǒng)中模塊通過4線SPI通信方式與系統(tǒng)CPU進行數(shù)據(jù)通信。各種傳感器模塊將探測信號輸出至無線通信子模塊，由子模塊的nRF24L01通過無線方式與主控CPU之間完成信息交換。無線傳感器探測通信子模塊采用鋰電池單獨供電，可以方便的放置在距離主機較遠的家居門窗等位置，使該系統(tǒng)的實用性大大增強。

　　2.4 防盜報警模塊

　　本系統(tǒng)采用紅外熱釋電人體探測模塊、門窗紅外對射式傳感器、微振動傳感器三種傳感器模塊作為系統(tǒng)的防盜探測單元。紅外熱釋電傳感器主要用來探測闖入家居的人體，用于盜賊的侵入式檢測，探測不易導致誤報警；門窗紅外傳感器主要用來檢測門窗等意外闖入，若有外來物體或者人體闖入，遮擋了紅外傳感器，即發(fā)出報警信號；微振動傳感器主要用來對一些貴重家居的監(jiān)測，若觸動相應的物品，即可發(fā)出報警信息。

　　三種傳感器模塊通過一個低功耗的單片機以及無線通信模塊與主系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，主系統(tǒng)也可以通過綜合判斷，來確定報警信息的準確性，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　2.5 其它電路

　　外置鍵盤輸入裝置和LCD液晶顯示屏，用來對系統(tǒng)的各個參數(shù)進行設置和狀態(tài)指示；CPU外置RTC實時時鐘電路，使系統(tǒng)報警時間有較為精準的記錄；系統(tǒng)外置了大功率聲光報警裝置，用來震懾外來侵入者；內(nèi)置MAX810硬件看門狗，實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件的運行情況，增加了系統(tǒng)的可靠性。

　　3 軟件系統(tǒng)的設計與調(diào)試。

　　本次設計使用Keil uVision3作為系統(tǒng)軟件的編譯調(diào)試軟件，uVision3是KeilSoftware公司推出的一款可用于多種8051MCU的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），該IDE除了增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uVision3還提供了一個配置向?qū)Чδ埽铀倭藛哟a和配置文件的生成。

　　3.1 系統(tǒng)主程序

　　系統(tǒng)程序運行后先進行串口初始化，包括串口通信設置和打開串口，串口設置 : 8位數(shù)據(jù)位和1位停止位、無奇偶校驗; 波特率可以用9600bPs或115200bPs.軟件啟動SIM300模塊，通過P3.0口輸出低電平，控制模塊啟動。在初始化模塊之前一定要檢測SIM卡是否有效。

圖4 軟件主流程圖

　　系統(tǒng)程序通過SIM300模塊寫入不同的AT指令來控制和使用模塊，完成讀取SIM卡上電話號碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等多種功能。如圖4.

　　限于篇幅，在此不再詳述具體軟件語句。

　　3.2 串口通信子程序

　　GPRS SIM300模塊和微機進行通信時，運用串口調(diào)試工具。首先要設置串行口的波特率為115200bPs,8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。

　　在主程序中，通過編寫相關(guān)AT命令程序，實現(xiàn)單片機對SIM300模塊的控制。

　　3.3 其他相關(guān)軟件調(diào)試

　　單片機系統(tǒng)的程序編寫采用C51語言在Keil Uvision3破解版編程環(huán)境下進行。編程調(diào)試后生成HEX文件，由ISP軟件寫入STC12CLE5A60單片機。

　　4 結(jié)語

　　系統(tǒng)硬件電路板完全自行設計，整機經(jīng)過多次反復調(diào)試，系統(tǒng)運行可靠，所有控制功能均已實現(xiàn)。在有異常出現(xiàn)情況下，系統(tǒng)可以迅速報警，并撥打初始設定的手機號碼，并同時伴隨相關(guān)報警信息的發(fā)送。用戶通過編寫特定的英文短信息，可以實現(xiàn)對家居系統(tǒng)的遠程控制。下階段將深入研究更為實用的智能家居遠程控制系統(tǒng)，使本系統(tǒng)盡早的產(chǎn)品化，更好的服務于我們的生活。

參考文獻:

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[2]. SIM300 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/SIM300_1135859.html.
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[5]. MAX810 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/MAX810_1019165.html.
[6]. MCS-51 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/MCS-51_477840.html.