基于SIM300的智能家居防盗系统的设计

随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火安保设备的需求量日益增长，报警系统也从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。本文设计的智能家居防盗系统采用STC12C系列高速1T单片机作为整个系统的控制核心，负责对家居内的各个智能防盗模块进行控制管理，若出现异常物体或者人员侵入，在启动高强度声音报警的同时，还可控制本系统中的GPRS模块SIM300自动拨打设定的电话或者发短信，实现系统的智能远程报警。同时远程控制者还可以通过拨打电话或者短信方式实现对系统的远程控制，对受控区域的电源或者其他装置进行控制管理，从而保护个人的家居财产安全。

1 系统原理分析

系统由单片机主控单元、智能防盗监控单元、无线数据通信单元和SIM300远程报警监控等四个模块构成。由高速1T单片机加上内置的硬件看门狗组成的控制核心，负责整个系统的子系统数据通信，信息辨别处理，GPRS通信模块的数据链接，家居防盗执行电路等;智能防盗监控单元，由热释电红外探测模块，门窗红外对射式传感器，振动传感器三种防盗报警单元构成，可以对门窗意外被闯入，夜间盗贼入室，必要家居的微振动等情况进行监控，实现系统的全方位智能化;无线数据通信单元用作智能防盗模块与主系统之间的数据通信，无线通信方式使该系统使用更加方便;SIM300 GPRS通信模块用作系统的远程报警和远程控制，防盗系统若出现报警，在启动相应家居内声光报警的同时，还可以自动拨打或发信息给设定的手机，使用户及时了解家居内的情况，并可通过特定信息远程控制本系统，以作相应的后继处理。系统外置一块12864的LCD显示屏用作系统工作状态的信息显示。

图1 系统整体框图

2 系统硬件分析

2.1 GPRS通信模块

本设计中GPRS通信模块采用的是SIMCOM公司生产的一款三频段GSM/GPRS模块SIM300，适合于开发一些GSM/GPRS的无线应用产品，如移动电话，无线MODEM卡，无线POS机，无线抄表系统以及无线数据传输业务，应用范围十分广泛。

SIM300模块具有一套标准的AT命令集，包括一般命令、呼叫控制命令、网络服务相关命令、电话本命令、短消息命令、GPRS命令等。本系统中与GPRS模块的通信是通过串口连接，通过处理相应的AT命令，来实现系统与模块的数据通信。法古

本系统中，我们专门设计了SIM300模块的相应接口板电路，该电路板主要包含SIM300必要的外围电路 ， 4.2V电压供给电 路 ， SIM卡座以及RS232串口电平转换电路等。该模块的功能是通过天线接收手机发过来的信息，并且通过串口与系统主控CPU通信，判断是否有读短信的AT命令，等单片机读短信成功，由系统主控CPU对信息进行分析后，做出相应的处理。同样，当防盗系统发出报警信号时，由主控CPU发出报警信息(电话或短信)，控制SIM300模块实现相应的信息发送。

图2SIM300外围接口部分电路

图3CPU及部分外围电路

2.2 CPU模块

本系统中使用了STC高速增强型1T单片机STC12LE5A60S2，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8位A/D/转换(300K/S)，特别适合一些电机控制，强干扰的场合。

主要的特点有：与MCS-51单片机完全兼容;高保密性：无法读出，因此无法解密，保护知识产权的首选;超强抗干扰能力;宽温度范围：-40oC~85oC、高可靠性、低电磁辐射，工程应用的首选;超低功耗;高速度：0~80MHz，最高达90MHz;该单片机还内置了ISP在线下载单元，用户仅需通过普通的RS232接口即可实现软件的编程下载，节约了编程器，仿真器的硬件投资，同时也使用户系统的升级维护更加方便快捷。

为使CPU与GPRS模块实现I/O电平匹配，本系统采用的是STC12CLE系列低电压单片机，图3为本系统的CPU外围相关电路。

2.3 无线通信模块

为了使该系统很方便的应用在当前的各类家居中，系统中的防盗报警单元与主控CPU之间的通信采用无线方式。模块选择当前应用较为广泛的nRF24L01通信模块。该模块是一款新型 单片射频收发器件， 工作于2.4GHz~2.5GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

本系统中模块通过4线SPI通信方式与系统CPU进行数据通信。各种传感器模块将探测信号输出至无线通信子模块，由子模块的nRF24L01通过无线方式与主控CPU之间完成信息交换。无线传感器探测通信子模块采用锂电池单独供电，可以方便的放置在距离主机较远的家居门窗等位置，使该系统的实用性大大增强。

2.4 防盗报警模块

本系统采用红外热释电人体探测模块、门窗红外对射式传感器、微振动传感器三种传感器模块作为系统的防盗探测单元。红外热释电传感器主要用来探测闯入家居的人体，用于盗贼的侵入式检测，探测精确不易导致误报警;门窗红外传感器主要用来检测门窗等意外闯入，若有外来物体或者人体闯入，遮挡了红外传感器，即发出报警信号;微振动传感器主要用来对一些贵重家居的监测，若触动相应的物品，即可发出报警信息。

三种传感器模块通过一个低功耗的单片机以及无线通信模块与主系统进行数据通信，主系统也可以通过综合判断，来确定报警信息的准确性，从而大大提高了系统的可靠性。

2.5 其它电路

外置键盘输入装置和LCD液晶显示屏，用来对系统的各个参数进行设置和状态指示;CPU外置RTC实时时钟电路，使系统报警时间有较为精准的记录;系统外置了大功率声光报警装置，用来震慑外来侵入者;内置MAX810硬件看门狗，实时监测系统软件的运行情况，增加了系统的可靠性。

3 软件系统的设计与调试。

本次设计使用Keil uVision3作为系统软件的编译调试软件，uVision3是KeilSoftware公司推出的一款可用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE除了增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，uVision3还提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。

3.1 系统主程序

系统程序运行后先进行串口初始化，包括串口通信设置和打开串口，串口设置 ： 8位数据位和1位停止位、无奇偶校验; 波特率可以用9600bPs或115200bPs.软件启动SIM300模块，通过P3.0口输出低电平，控制模块启动。在初始化模块之前一定要检测SIM卡是否有效。

图4 软件主流程图

系统程序通过SIM300模块写入不同的AT指令来控制和使用模块，完成读取SIM卡上电话号码、发送SMS消息、接收SMS消息等多种功能。如图4.

限于篇幅，在此不再详述具体软件语句。

3.2 串口通信子程序

GPRS SIM300模块和微机进行通信时，运用串口调试工具。首先要设置串行口的波特率为115200bPs，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。

在主程序中，通过编写相关AT命令程序，实现单片机对SIM300模块的控制。

3.3 其他相关软件调试

单片机系统的程序编写采用C51语言在Keil Uvision3破解版编程环境下进行。编程调试后生成HEX文件，由ISP下载软件写入STC12CLE5A60单片机。

4 结语

系统硬件电路板完全自行设计，整机经过多次反复调试，系统运行可靠，所有控制功能均已实现。在有异常出现情况下，系统可以迅速报警，并拨打初始设定的手机号码，并同时伴随相关报警信息的发送。用户通过编写特定的英文短信息，可以实现对家居系统的远程控制。下阶段将深入研究更为实用的智能家居远程控制系统，使本系统尽早的产品化，更好的服务于我们的生活。