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基于GSM模块的家庭安全警报装置设计

文档作者：赵勇１宾中立２刘利枚１２文档来源：１．湖南商学院计算机与信息工程学院２．湖南商学院新零售虚拟现实技术湖南省重点实验室,		点击数：	更新时间： 2021年01月07日
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基于GSM 模块的家庭安全警报装置设计∗
赵　勇１,宾中立２,刘利枚１,２
(１．湖南商学院计算机与信息工程学院,长沙４１０２０５;２．湖南商学院新零售虚拟现实技术湖南省重点实验室,长沙４１０２０５)
摘　要:针对传统家庭报警器设计繁琐、成本高等缺点,设计了一款以GSM 模块为核心的家庭安全警报装置.该装
置能够在分析各种传感器采集的数据后,将险情通过GSM 模块发送到用户手机,实现家庭安全防盗的远程控制.
关键词:GSM 模块;传感器;家庭安全警报系统
中图分类号:TP２１２．９　　文献标识码: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
基金项目:感谢学生国家级大学生研究性学习和创新性实验计
划项目“基于GSM 模块家庭安全警报装置的设计”
(２０１４１０５５４００５);教育部人文社科基金(１４YJCZH０９９);湖南省
哲学社科基金(１２YBB１４５)”.
收稿日期:２０１８Ｇ０７Ｇ１９
作者简介:赵勇(１９９７—),研究方向为智能信息处理.
０ 引言
随着科学技术的发展,日常生活中出现了各种各样的
防盗报警器.但绝大多数,制造工艺复杂、设计比较繁
琐、成本比较高,不适合人们日常生活的消费需求.早前
的家庭安全警报装置都是针对某个具体的安全隐患而进行
设计的,比如防盗门、红外线防盗报警器、火灾报警器
等.这些报警装置基本能满足一般需求,但它们功能比较
单一、无二次报警功能,性价比也不是很高[１].例如发生
匪情或者火情却无人在家时,单纯的警铃报警已经失去了
意义.随着互联网技术的不断发展,将家庭安全警报装置
进行区域联网,实用性将大大提高.GSM(全球移动通信
系统)报警系统采用无线移动网络及相关的数字处理技
术,以逐步应用于数据监测以及远程监控系统等.本文设
计利用GSM 无限移动通讯网络短信息数据传输平台,实
现了远距离方便、灵活的无线报警处理,解决了固定电话
或有线数据传输模式的局限性,做到全无线报警.设计中
使用各种传感器对可能出现的火灾、燃气泄漏、有人闯入
房屋等意外情况进行监测,然后通过GSM 模块将特定的
报警信息发送给预定手机号码[２].
１ 整体硬件设计
１．１ 系统设计原理
智能家庭安全防盗系统框图如图１所示,主要由单片
机模块、GSM 模块、温度传感器模块、烟雾传感器模
块、红外模块等组成,可以实现当特殊情况发生时给户主
发送短信的功能.该系统采用STC８９C５２RC 单片机作为
主控制器,利用串口通信向GSM 模块发送AT 指令,从
而达到给户主发送提示短信的功能.
图１ 智能家庭安全防盗系统框图
Fig．１BlockdiagramofsmarthomesecurityantiＧtheftsystem
１．２ 系统的整体设计
系统整体电路图如图２所示,由STC８９C５２RC单片机
最小系统、GSM 模块、传感器模块[３]组成.利用单片机
的I/O口传输信号,当传感器模块有信号传输给单片机
时,单片机进行分析处理,通过P３．１和P３．２口与GSM
模块的T_RX和T_TX引脚相连,把接收到的信息转化为
相应信号传给GSM 模块,然后让GSM 模块发送短信给户
主,提醒户主某个地方发生了异常,起到了家庭安全防盗
的作用.
１２
电工技术　自动控制
　　
图２ 系统的整体电路图
Fig．２ Overallcircuitdiagramofthesystem
２ 主要模块的电路设计
２．１ 温度传感器模块
本设计采用的温度传感器是DS１８B２０测温模块.该模
块采用单总线的接口方式进行发送或接收信息,所以在单
片机STC８９C５２RC和温度传感器DS１８B２０之间只需要一
条连线.DS１８B２０有两种工作模式:外部供电模式;数据
总线供电模式.本设计所用的是外部供电模式,在该模式
下,DS１８B２０启动后将进入低功耗等待状态,当需要执行
温度测量和AD转换时,核心控制器单片机发出相应指令
完成温度测量和AD转换,DS１８B２０将产生的温度数据以
两个字节的形式存储到高速暂存器的温度寄存器中,然后
继续保持等待状态.在外部电源供电下,总线控制器在温
度转换指令之后发起“读时隙”, 从而读出测量到的温度数
据,然后通过总线完成与单片机的数据通讯[４].
２．２ 红外传感模块
设计采用QT３０cm 对射式传感器作为红外传感器模
块.它属于一种对射式光电开关,没有遮挡时高电平,有
遮挡时低电平.对应地线和电源共在一起,红外传感器输
出接在单片机的P２．４口.
２．３ 烟雾传感器模块
设计中所用的烟雾传感器是MQＧ２,该传感器具有信
号输出指示, 而且是双路输出(模拟量和TTL 电平输
出)[５].模拟量输出０~５V电压,浓度越高电压越高,电
阻值越低;TTL电平输出有效信号为低电平,即当输出低
电平时,信号灯亮,同时该传感器对液化气,天然气,城
市煤气均有较好的灵敏度,而且具有长期的使用寿命和可
靠的稳定性,还能快速响应恢复[６].因此非常适用于家庭
的气体泄漏监测装置,适宜于液化气、甲烷、丙烷、酒
精、烟雾等.
２．４ GSM 模块
SIM８００C模块是一款高性能高性价比工业级的GSM/
GPRS模块[７](开发板).该模块采用SIMCOM 公司的工业
级四频８５０/９００/１８００/１９００MHzSIM８００芯片,可以低功
耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输.SIM８００C模
块采用了电源防反接保护和TVS电源保护双重保护措施,
有效提高模块的可靠性.该模块通过TTL控制接口接入电
路和单片机相连,T_RX连接单片机的TX引脚,T_TX连
接单片机的RX 引脚,GND 连接单片机的GND 引脚,
V_MCU连接单片机最小系统的电压５V或３．３V,这会让
T_RX 和T_TX 引脚电平逻辑与V_MCU 一致,若接的
５V,则T_RX和T_TX引脚逻辑电平为５V;同理,若接
的３．３V,则T_RX和T_TX引脚逻辑电平为３．３V.该模
块主要负责实现远距离报警发送短信的功能.
在该系统中,GSM 模块通过串口设置转换,通过发
送AT指令来实现发送短信的功能.其系统结构框图如图
３所示,首先进行串口初始化,获取波特率,发送字符串
“AT＋CMGF＝１”设置短信模式为文本模式,并发送“AT
＋CSMP”设置短消息文本模式参数,发送“AT＋CSCS＝
UCS２”设置UCS２编码字符集,然后设置户主手机号码,
编写好所需的短信内容,最后发送“０x１A”,这样就可以通
过GSM 模块实现短信报警通知户主的功能.
图３ GSM 模块流程图
Fig．３FlowchartofGSM module
如: 发送“AT ＋CMGS＝”００３１００３８００３３００３９００３０００３９
００３４００３６００３５００３１００３８\＂\r\n”就可以设置户主手机号码为
“１８３９０９４６５１８”.若家中的煤气突然发生泄漏,传感器检
测到信息, 就会给户主发送一条提示短信, 代码为
“７A７A６C１４６７０９５F０２５E３８”, 编译过来就是“空气有异
常”[８],这时户主就须警惕,是否是家中煤气泄漏了,可
以提前做好防护措施.
３ 系统的软件设计
系统流程图如图４所示,在开始部分,先对各个传感
器进行初始化,当各部分传感器相应产生信号变化(即收
集到了不同信息),然后将讯号传给系统的主控制核心模
块单片机STC８９C５２RC,经过中央处理器处理后,单片机
再向GSM 模块发送信号,使得GSM 模块工作,向预设好
的电话号码发送对应的短信,从而达到预警的目的.
图４ 系统流程图
Fig．４Systemflowchart
(下转第７７页)
１３
自动控制　电工技术
　　
情况在再生器内不同位置安装多个支架.对多点热电偶进
行吊装,将多点热电偶从再生器顶部开口处送入再生器内
部,将法兰固定.小心地对热电偶进行弯曲,根据测点分
布图将热电偶夹紧在相应安装支架的环形支撑件的压板
上,再将热电偶的端部用耐高温卡子固定在需要测量的位
置上,需要注意的是热电偶的检测位置与容器壁的距离要
符合要求[２].完成安装后要对多点热电偶进行回路测试,
确保回路畅通、组态信息正确才可以投用.
图２ 柔性多点热电偶的安装支架
Fig．２SupportbracketofflexiblemultiＧpointthermocouple
３ 柔性多点热电偶的常见故障处理
再生器内部环境恶劣,条件严苛,多点热电偶经过长
期的使用难免会出现故障,下面介绍几种常见故障的处理
方法.
(１)DCS上无示数.这种情况可能是由于设备的振动
导致热电偶接线柱处的线路接触不良甚至断路,也有可能
是中间接线箱或盘后接线断路,应分段检查,找出断路
处,将接线重新紧固.也有可能是热电偶损坏,这种情况
需要重新更换热电偶.
(２)显示数值偏低.若发生这种情况可以检查一下补
偿导线在热电偶端是否接反,若接反应将正负极调转.也
有可能是由于多点热电偶接线盒内接线柱间进入铁屑或进
水生锈导致短路,应清理干净,将导线重新接好,同时保
证接线盒密封良好.
(３)接线错误导致故障.由于多支热电偶的补偿导线
均接到一个接线盒内,易发生导线错接到其他热电偶上导
致示值错误的情况,故安装和维护时要做好标记,在多点
热电偶投用前要做好回路的联校工作,避免由于接线错误
导致故障.
(４)热偶铠管泄漏、密封开焊等故障.由于多点热电
偶整体封装在再生器内部,且不易拆卸,再生器运行过程
中不能动焊,所以其中一部分发生损坏无法单独在线更
换,须停车、退料,将再生器清理完毕后进行检修或更
换.
４ 结语
在催化剂再生装置中,再生器各床层温度是反应过程
的关键参数,柔性多点热电偶以其测点数量多、安装开口
少、响应速度快、可靠性好等特点实现了再生器床层温度
的安全、准确测量,保障了反应的有效进行,从而得到了
广泛的应用.
参考文献
[１]王京慧．多点铠装热电偶在加氢反应器床层温度测量中的应
用[J]．石油化工自动化,２００９(６):５９Ｇ６２．
[２]魏予都,翟娟娟．多点热电偶安装与调试[J]．中国科技博览,
２０１４(７):３７．
(上接第１３页)
４ 结语
该家庭安全警报装置在一定程度上减少和避免了户主
的损失,和以往的传统式防盗门防盗窗相比,具有一定的
优势,利用了高科技的智能化和自动化,采用无线短信通
知的方式,将所检测到的情况转化成相应的短信并发送到
户主手机上,不需要考虑周围环境的影响,减少了人力物
力和财力,提高了其能动性.当然,本设计还存在一些不
足,比如可以通过增加断电保护电路,增加无线蓝牙模块
等方式去改进该装置.
参考文献
[１]苗振腾．基于GSM 远程控制的智能家居系统开发[J]．电脑
与电信,２０１７,３２:４３Ｇ４５．
[２]刘云．基于GSM 及单片机的智能远程温控系统[J]．电脑知
识与技术,２０１７,２３:１４７Ｇ１４９．
[３]张洪润．传感器技术大全(上册)[M]．北京:北京航空航天大
学出版社,２０１０．
[４]杨博．基于５１单片机的温度检测系统的设计与探讨[J]．电
子世界,２０１６(０６):４０．
[５]陈亚光,陈云,侯建成,等．基于单片机的烟雾报警器设计与
实现[J]．辽宁科技学院学报,２０１６,１８(０５):４Ｇ６．
[６]刘秉锟,刘慧妍,冷泽宇,等．基于GSM 网络的天然气井天然
气浓度远程实时监测报警装置的设计[J]．电子技术,２０１７,
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[７]廖雄,罗正华,唐毅谦,等．基于GSM 短消息的远程温度监控
系统的设计与实现[J]．成都大学学报(自然科学版),２０１７,
３６(１):７１Ｇ７３．
[８]江杰,宋宏龙．基于GSM 短信的烟雾传感报警系统[J]．测控
技术,２０１４,３３(０１):１Ｇ３．
７７
传感检测及物联网系统　电工技术

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