基于单片机和GSM的家庭防盗系统设计

　　目前市场上家用报警系统多数是通过电话线实现报警功能的， 当电话线被恶意剪断时， 系统就会失去报警功能。针对此问题， 将移动通信技术引入本系统设计中， 避免了此类问题的发生， 依据性价比及实际功能要求， 本系统采用单片机及移动通信技术进行总体方案的设计。把GSM/GPRS 模块和单片机、摄像头模块及语音模块有机地结合起来， 完成单片机与GSM/GPRS 模块的通信及与摄像头模块的通信， 设计出功能强大的家庭网络防盗系统。

　　1 系统总体方案设计

　　系统中的移动通信模块采用广州谱泰科技有限公司的PT39I 模块。外围电路自行设计， 通过单片机的RS232串口与移动通信模块进行连接。根据性价比以及系统的实际功能要求等， 系统采用STC89C58 单片机作为控制器， 通过STC89C58 标准的全双工串口与移动通信模块进行通信。首先将传感器采集到的报警信号发送至单片机， 单片机通过判断， 发送控制指令到通信模块， 通信模块接到指令后调用设计好的报警短信息， 利用GSM 网络发送到用户手机， 实现报警功能[ 1].用户接到报警的短信息后， 可以回复短信息到报警系统， 系统根据用户回复的短信息内容进行相应的判断， 从而发出相应的防盗指令给控制系统的执行机构。使用STC89C58 单片机作为控制中心， 配有警情采集模块、移动通信模块、报警模块、执行机构、摄像头、语音等模块。系统总体硬件框图如图1 所示。

　　2 系统硬件组成模块

　　2.1 PT39I 模块

　　PT39I 是一款非常典型的无线通信GSM 模块， 可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据功能、语音功能、短消息服务功能和传真功能。工作电压为3.4 V~4.3 V,实际使用中建议的电压值为3.8 V~4.0 V.工作在900MHz 和1 800 MHz 以及1 900 MHz 三个频段， 所在频段功耗分别为2 W（900 MHz ） 和1W（1 800 MHz 和1 900 MHz） .

　　图2 中恒压芯片为LM2941S , 根据PT39I 的电气规范可知其允许的电压范围为3.4 V~4.3 V, 因此可以将单片机的IO 引脚直接接在PT39I 模块上ZIF 连接器的15 脚上， 启动模块需要加载一个至少100 ms 的低电平信号。通过延时的方法实现PT39I 模块的启动。

　　2.2 单片机选型

　　在设计时经过综合分析， 需要一款内存较大的单片机， 因此选中STC89C58 , 内存为1 KB RAM 空间，32 KBROM 空间。设计时划分了201 个短信数据交换空间，206 个彩信数据交换空间。采用22.118 4 MHz 的晶振频率有两个原因， 一是匹配波特率， 二是提高单片机数据的处理速度。

　　2.3 SIM 卡电路设计

　　SIM 卡是带有微处理器的芯片， 内含5 个模块， 每个模块对应一个功能：CPU, 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 个模块被集成在一块集成电路中。因此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） .如图3 所示。

　　2.4 摄像头模块

　　选择GXT-M201 摄像头， 它可以直接输出JPEG 格式， 便于GMS/GPRS 模块发送彩信。

　　2.5 语音电路设计

　　语音合成芯片采用科大讯飞公司生产的XF-S3111 ,该芯片内嵌多种合成方式。且体积较小， 使用方便， 主要是面向中低端应用， 符合本系统的成本要求。本系统中需要使用其提示音合成的功能。

　　将单片机的P32 连接到语音的TXD 引脚上， 单片机用模拟串口的方式将数据传给语音芯片。RST 与单片机的P15 相连， 在本系统中对GB2312 和Unicode 格式编码的信息进行报读。在完成一种语音的播报后就进行模块重启， 此时就用到芯片的复位信号。这样方便另一种语音的播报。该芯片采用3.3 V 电源供电， 原理图中J2 为3.3 V 稳压芯片。8 脚为模拟音频信号输出点， 接音频放大电路。

　　2.6 单片机与GSM 模块通信电路设计

　　74LS04 内部有6 个反相器， 图4 只用到其中的4个。在该电路的设计中利用其驱动作用，保证单片机与GSM 模块间的通信数据不丢失。在实际应用过程中做过相关的调试， 没有该驱动模块时通信数据是乱码，加入该器件通信数据正常， 通信过程准确无误。原理图如图4 所示：1TXD 、1RXD 分别连接单片机的TXD 和RXD,74LS04 的13 和4 脚分别连接ZIF40 的RXD0 （18）和TXD0（19） .这样的连接使信号得到了放大， 增强了传输过程中的驱动能力。

　　2.7 存储电路设计

在由单片机控制的仪器仪表、家用电器、工业监控等系统中， 对某些状态参数， 不仅要求能够在线修改， 而且断电后能保持， 以备上电后恢复系统的初始状态。为此