Mechanical Engineering and Design December 2013, Volume 2, Issue 4, PP.24-29
Intelligent Home Anti-theft System Based on MCU and GSM Chao Huang #, YuLong Li, Jianhua Cai Hunan University of Arts and Science, Hunan, Changde, 415000
#Email: 247367397@qq.com Abstract In view of the drawback of present household anti-theft system that cannot take feedback about the timely and accurate home situation to owners, a smart home security system that was put forward in this paper based on MCU and GSM; consisted of the single chip processor as the controller, GSM network module, camera module, voice alarm module, etc., n combination with
user
mobile phone module , which can inform the home information in real time via mobile phone network, thus the function of the remote intelligent household security can be achieved. Keywords: A-Range-Theft; MCU; GSM Communication
基于单片机和 GSM 的智能家居防盗系统 黄超#，李玉隆, 蔡剑华 湖南文理学院，湖南省 常德市 415000 摘
要：针对目前的家居防盗系统无法及时准确的将家门口情景反馈给户主本人的问题，本文提出了一种基于单片机和 GSM
的智能家居防盗系统。该以单片机为控制器，由 GSM 网络模块 、摄像头模块、语音报警模块等组成，并和用户手机模块有机 相结合，及时将家门口情景通过手机网络发送到户主手机，能达到远程智能家居防盗的功能。 关键字：单片机；远程防盗；GSM 通信
引言 随着社会的发展，人们对防盗、防劫等安全防范的意识也不断加强。由于传统的防盗系统功能较为简单， 很难满足现在用户的需求，因此对新型智能家居防盗系统的需求成为了人们关注的焦点。同时，GSM 网络在 全国范围内也实现了联网和漫游，网络性能强，为远程数据传送提供了一个强大的支持平台。基于单片机和 GSM 的智能家居防盗系统结合 GSM 模块和反射型光电探测器、摄像头模块、按键、显示屏以及用户手机模 块，实现了系统的远程报警，有效的保证了用户家庭的安全，很好的满足用户的需求。
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系统的工作原理 系统由单片机主控模块、智能防盗监控模块、无线数据通信模块和 SIM300 远程报警监控模块等四大主
要模块构成。首先，用户启动系统，传感器进行监测，采集到报警信号后，单片机将调用报警短信，利用 GSM 网络发送至用户手机，用户手机显示该信息并请求是否查看可疑图片，若用户回复“0”，则控制器根 据事先植入的代码进行判断后，启动摄像头模块进行现场图片捕捉，并将采集到的图片通过解码、存储到单 片机模块中，然后通过彩信形式发给用户。 在发送手机彩信之后，如果用户回复“2”，本系统将不再发送图片；如果用户回复“1”,系统将自动拨 打报警号码，同时蜂鸣器报警模块启动，进行现场报警；如果没有得到答复，本系统会根据用户个人的设置， 资助：湖南省大学学生创新实验项目，湖南文理学院学生创新实验项目资助
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在可疑信号存在的情况下，按固定时间间距继续捕捉图片并发送。系统的总体硬件框图如图 1 所示[1]：
图 1 系统总体硬件框图
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系统的硬件平台
2.1 单片机主控模块 根据系统的实际需求和性价比的分析，本系统选用 STC12C5A60S2 单片机为控制器[2]，通过标准的全双 工串口与移动通信模块进行通信。 该芯片是增强型单时钟/机器周期 51 单片机，是高速低功耗超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码 完全兼容传统的 8051，但执行速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路，2 路 PWM，8 路高速 10 位 A/D 转换，转换速度可达 250K/S，针对电机控制，强干扰场合。
2.2 GSM 模块 GSM 模块，是整个系统的通信模块，功能实现的核心的部件。根据性价比与实际需求的分析，本系统采 用 SIM300 模块来实现 GSM/GPRS 网络传输的功能。 SIM300 是一款三频段 GSM/GPRS 模块，可在全球范围内的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三种频率下工作。SIM300 结构小巧，几乎可满足所有对产品尺寸有要求的工业应用，比如智能电 话，掌上电脑和其他移动设备。模块与移动应用设备通过一个 60 引脚的板板连接器相连，它提供了模块与 开发板的所有硬件接口。 键盘和 SPI 类型的 LCD 接口，方便用户开发自己的应用设备。具有调试和数据输出两个串口，帮助开发 人员更容易开发产品。SIM300 具有低功耗设计，睡眠模式下的电流消耗仅为 2.5mA。SIM300 内部集成了 TCP/IP 协议栈，并且扩展了 TCP/IP、AT 指令，使用户利用该模块开发数据传输设备变得非常简单方便。
2.3 智能防盗监控模块 当用户收到捕捉到的图片并回复“1”（即输入端为高电平时），蜂鸣器报警模块将启动。蜂鸣器的参 考电路如图 2：
图 2 蜂鸣器的参考电路 - 25 www.ivypub.org/med/
同时，本系统选择 GXT-M201 摄像头，它有低成本、低功耗，高分辨率图像，支持多种图像分辨率、支 持不同分辨率可变 JPEG 编码质量设置的特点，便于 GMS/GPRS 模块发送彩信。
2.4 无线数据通信模块 SIM 卡是带有微处理器的芯片，内有 5 个模块，每个模块对应一个功能：CPU(8 位/16 位/32 位)、程序存 储器 ROM、工作存储器 RAM、数据存储器 EEPROM 和串行通信单元，这 5 个模块集成在一块集成电路中。 SIM 卡在与手机连接时，最少需要 5 个连接线：电源(VCC)、时钟(CLK)、数据 I/O 口(Data)、复位(RST)、接 地端(GND)。图 4 是 SIM 卡的连接图，其 I/O 口接 SIM_VDD、CLK 接 SIM_DATA 口、RES 接 SIM_RET 口。
图 3 SIM 卡的连接图
图 4 SIM300 与单片机的连接
参数如下： 测量距离有效范围：10~80 cm 工作电压：5V 平均电流：I=50mA
图 5 传感器工作原理图 - 26 www.ivypub.org/med/
SIM300 模块与单片机连接： SIM300 模块的 RXD 端连接单片机的 P3.0 口，SIM300 模块的 TXD 端连接单片机的 P3.1 口。通过并行 连接，使 SIM300 模块和单片机互相通信。图 5 为单片机与 GSM 的连接示意图[3,4]：
2.5 其他模块 键盘单元实现的主要功能是输入，用户可以通过键盘设置系统密码和手机号码。采用 3*4 矩阵键盘,主要 分布“0~9”十个数字键，“确定”，以及“取消”键。显示模块，主要显示当前系统状态和设置密码和号 码起一定的提醒作用。使用的主要器件是 LCD1602 屏幕，16 字节×2 行显示。 本系统选择了 sharp 品牌的 GP2D12 红外测距传感器。其原理是：三角测量原理。红外发射器按照一定 的角度发射红外光束，当遇到物体后，光束会发射回来，如下图所示。反射回来的红外光线被 CCD 检测器 监测到以后，会获得一个偏移值 L，利用三角关系，在知道了发射角度 a,偏移距 L，中心距 X，以及滤镜的 焦距 f 以后，传感器到物体的距离 D 就可以通过几何关系计算出来了。传感器工作原理如图 3：
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系统软件设计 主程序由初始化子函数，设定系统密码和手机号码子函数，短信收发子函数，彩信发送子函数以及传感
器组检测子函数构成。初始化子函数，主要功能为初始化单片机、GSM 模块，显示屏，以及传感器组的相关 数据设定。短信收发子函数主要实现报警功能和控制功能，发生非正常情况时，用户会收到由该函数控制 GSM 模块发送过来的短信，用户也可以回复短信进行控制。 单片机通过串口发送 AT 命令对 SIM300 进行控制，与 GSM 网络业务进行信息交互[5]。本系统主要采用 基于 AT 指令的 PDU 编码方式，使其支持中英文短信。本系统涉及的主要 AT 指令如表 1： 表 1 系统主要应用的 AT 指令
利用 PC 和串口助手对 SIM300 进行基本功能调试和测验（串口助手：超级终端，GSM 串口调试助手等）。 使用 SIM300 模块，得先准备一张已开通的 SIM 卡。启动系统时，对 SIM300 模块进行初始化设置。主要的 - 27 www.ivypub.org/med/
设置工作有：使用“AT+CMGF=0”命令设置短信模式为 PDU 模式；使用“AT+CSCA=861387516xxxx”将 服务中心号码设置为 1387516xxxx 等。通过 PC 测试一切显示正常之后，就可以进行与单片机的测试。 与单片机相连接，并系统初始化之后，用户可以模拟可疑人员触发传感器模块，使其发送报警信号给单 片机，进而命令 SIM300 发送短信给用户，此时，用户回复“0”，SIM300 接收信息并进行判断后便启动摄 像头进行捕捉拍照，通过解码、存储至单片机模块后通过彩信形式发送至用户。用户可以通过回复“1”或 “2”来进行相应的控制，回复“1”，则系统通过调用报警代码自动报警；回复“2”,系统将不再发送图片， 同时摄像头单元关闭，传感器模块继续保持监控状态。系统工作流程图如图 6。
图 6 系统工作流程图
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结语 本系统的创新点在于能把软，硬件有机的结合，不同于市面上只能发送声音、光、或电的报警系统，它
能使用户及时准确的掌握自己家门口的情况。同时，本系统开发了键盘输入和显示模块，使用户更加了解当 前系统的状态。将单片机与 SIM300 功能模块相结合， 充分利用了技术成熟的 GSM 移动通信网络，克服了 普通监控系统中的诸多局限性。可被广泛的应用到汽车、银行、居家、商场等重要安防场所。其创新性和实 用性强、市场开发前景广阔。
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【作者简介】 黄超（1991- ），男，汉，湖南岳阳人，
李玉隆（1990- ），男，汉，湖南娄底人，本科学历，现主
本科学历，现主要从事单片机硬件周边，
要从事单片机硬件周边，嵌入式研发等方面的研究。
软件研发等方面的研究。
Email: 1606569576@qq.com
Email: 247367397@qq.com
蔡剑华（1979- ），男，汉，湖南桂阳人博士学历。现主要 从事信号处理和硬件研发等方面的研究和教学工作。发表科 研论文 20 篇（其中 SCI 收录 1 篇，EI 收录 10 篇）。 Email: cjh1021cjh@163.com
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