基于ATmega16的红外微波双鉴GSM报警器

1、文章编号:1008-0570(2011)07-0035-03嵌入式与SOC基于ATmega16的红外微波双鉴GSM报警器ATmega16BasedInfraredandMicrowaveDualSensingGSMAlarmSystem(东莞职业技术学院)杨润丰卞建勇杨洋YANGRun-fengBIANJian-yongYANGYang摘要:随着当前人们对家居、小区及企业等防盗防入侵需求的日益提高,安防报警系统得到广泛应用。超声波探测器、热释电红外探测器、微波探测器等这些单一技术的报警探测器都会受到环境干扰而影响探测性能,导致增加了误报率。本文介绍的热释电红外微波复合的探测器把微波和红外感应探

2、测技术运用在一体,相互弥补了这两种感应探测技术的不足,提高了实际探测的可信度并减少了误报率。现今,手机已经成为人们随身携带的通讯工具,基于此,本项目设计了一种应用热释电红外微波复合的探测器和应用GSM模块与手机通信的基于ATmega16的低成本高效安防报警系统。关键词:热释电红外探测器;微波探测器;GSM;ATmega16中图分类号:T文献标识码:BAbstract:Thedemandofsecurityforhome,communityandbusinessetc.iscurrentlygrowing.Theftandintruderalarmsystemhasbeenwidelyused.

3、Thedetectionperformanceforultrasonicorpyroelectricinfraredormicrowavedetectorisusuallyaffectedbyinter-ferencefromtheenvironment,whichincreasesfalsealarmrate.Microwaveandinfrareddetectorhavingdualsensingcapabilitycanmadeuptheinsufficiencyofusingsingledetector,henceincreasingthealarmsystemreliabilitya

4、ndreducingthefalsealarmrate.Asmobilephoneisapopularandportablecommunicationtoolforresidence,theproposedalarmsystemisdesignedwithusingdualmi-crowaveandinfrareddetectorandcoupledwithGSMtechnologyformobilephonecommunication.Keywords:pyroelectricinfrareddetector;microwavedetector;GSM;ATmega161绪言当前家居、小区及

5、企业等对防盗防入侵的需求非常大。报警探测器由传感器和信号处理组成,也包括了电子与机械部件装置,它用于探测入侵者行为,是安防报警系统的关键。而感应器是在报警探测器关键部分。当前以应用单一的感应技术(如:微波位移、热释电红外、超声波等)的安防报警系统较多。安防报警系统要求快速报警响应,并且是准确的报警。而单一的感应技障碍物、术都存在各自的缺点,特别是在环境影响下(如:温度、烟、灰尘、强光等)灵敏度会降低,使感应的性能下降,从而产生误报、漏报。本文介绍的热释电红外-微波复合的探测器结合被动红外与微波的优点,在感应探测性能方面互相补偿,大大降低了误报率,从而提高了安防报警系统应用的可靠性。手机已经成为

6、人们随身携带的通讯工具并且现时GSM技术成熟,其应用非常广泛。应用于安防报警器的GSM短信遥控模块成本逐渐降低和流行。基于此,本项目设计了一种应用热释电红外微波复合的探测器和应用GSM模块与手机通信的基于ATmega16的低成本高效安防报警系统。本安防报警系统是以短信报警的方式,并以短信的方式来进行远程遥控。用户可根据报警信息通过发手机短信的方式来采取措施,如:启动摄像机、开灯等。本系统采用Atmel公司的AVR单片机ATmega16作为控制核心,实现安防报警系统功能的同时成本也比较低。基于GSM模块通过手机进行远程控制的自动短信入侵报警系统。如图1所示,系统主要由AVRATmega16单片机

7、外接GSM模块作为控制主机。控制方式是通过手机控制。对已授权手机通过特殊短信命令控制、未授权的手机通过代密码的短信命令报警信息以中文短信GSM方式向1-8部手机传送。系统控制。采用了两个带有无线传输模块的传感器用于入侵防范,分别是热释电红外传感器、微波位移传感器。还可以支持添加其它传感器作为安防报警系统探测部分的扩展功能。本系统还提供了两路无线开关来联动摄像机和灯光,由监控中心或用户手机进行远程控制。技术创新2系统分析与设计本项目设计了一种应用热释电红外微波复合的探测器并杨润丰:博士讲师图1GSM入侵报警系统微波位移传感器是一种将微波收、发设备合置的探测器,工作原理是基于多普勒效应。微波的波长

8、很短,在1mm1000mm之间,绕射能力差,所以它遇到各种障碍物时较容易地反射。微波在传输过程中受烟、灰尘、强光等的环境因素影响很小,因此微波有良好的传输特性。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应,即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移,此时可认为报警产生,并通过发射电路将报警信号发送至主机。邮局订阅号：82-946120/年-35-PLC技术应用200例嵌入式与SOC热释电红外传感器工作时不需要产生任何形式的能量,只被动红外报是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化,并能使监控报警器产生报警信号,从而

9、完成报警功能。当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,产生温差,则传感器有输出;假如人体进入检测区后不动,温度没有变化,则传感器没有输出。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时,电路中的传感器将输出电压信号,并通过发射电路将报警信号发送至主机。探测器应避开强光直接照射,避免尘土影响灵敏度以及避免环境温度较大的变化而造成误报。红外微波复合双鉴探测器把红外和微波探测技术集中运用于一体。在控制范围内,只有这两种探测技术的传感器都产生报警信号时,才输出报警信号。其中任何一种提供报警信息,都不触发报警。从实际的可信度和误报率来看,红外微波复合双鉴探测器性能最佳,其误报

10、率是单一技术探测器的420倍,是其它复合技术探测器的270倍。系统主机如图2所示,主要由MCU(ATmega16单片机)、延时接口电路(单稳态触发器)及GSM(TC35i)及电平转换模块、显示模块(12865LCD)、315MHZ发射电路、315及433MHZ接收电路以及电源适配模块(AMS1117-3.3和KIS3RR3降压模块)构成。微计算机信息2011年第27卷第7期慢上升,一旦C2的电压高过参考电压Vref则比较器翻转,输出为低电平,从而达到延时的目的。图3电平转换电路技术创新图4单稳态触发器延时接口电路图5PT2262编码无线发射电路图图2系统主机结构图本系统采用了Atmel公司的A

11、VR单片机ATmega16作为控制核心。显示部分由一块ST7920LCD构成,LCD与MCU使用SPI进行连接。GSM模块采用的是西门子工业级GSM模块TC35i,它能快速安全地实现系统方案中的短消息服务(ShortMessageService)。TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、天线接口等六部分组成。ZIF连接器、该模块集射频电路和基带于一体,向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音和短消息供快速、可靠、安全的传输。由于TC35IUART的电平为2.9VTTL电平,不能直接连接ATmega16,所以如图3电平转换电路所示,在RXD端需要两个简单的非门做电

12、平转换以及TXD端需要串一个限流电阻。由于TC35I对电源要求较高(电压下降超过400mV将复位),并且在发送数据期间电流峰值会达到2.5A,所以在靠近TC35I的地方并上了3300F的大容量电解电容,以减少对电源的要求。由于使用被动红外复合的检测方式,当微波位移传感器和红外传感器被触发时,两者输出的报警信号有可能不是同步的,所以在单片机输入信号前端加入了如图4所示的单稳态触发器,以满足在单片机扫描I/O口时两者信号同时为高点平(高点平为报警),并且降低了对系统实时性的要求。图4中Q1基极为高电平时,C2保存的电量被释放,比较器输出高点平,当基极由高电平降为低电平时,C2通过R3充电,比较器的

13、反相端电位缓-/年：图6PT2272接收解码电路主机使用315MHz的无线模块对无线开关进行控制,而热释电红外和微波位移传感器分别使用315MHz、433MHz两个不同频率的频道对主机发送互不干扰的报警信号。主机对无线开关进行控制时使用的无线编码IC为SC2262,地址设置与接收部分PT2272一致,且震荡电阻应匹配,当MCU上电后或者主机收到远程控制的短信和手动按发送键时,MCU先根据EEPROM内保存的无线开关状态改变PD4PD7电平,然后MCU将发送一个宽度为1秒的低电平脉冲至PT2262的16引脚(TE),使SC2262对于PD4PD7的数据进行编码再从17脚输出至无线发射电路原理图如

14、图5所示。由于市面315MHz发射模块。上有些探测传感器的无线发射模块触发时只发高电平“1”,所以主机解码IC不能用带锁存,否则输出的数据永远都是高电平,会一直产生误报。为了更好地与市面产品兼容,无线接收部分采用了非锁存的PT2272M4芯片分别与315MHz和433MHz的接这样当有人入侵触出发报警时,两个报警器发出的受模块连接。信号不会因为处在同一频率上而互相干扰而导致解码错误,避免了检测到有人入侵但主机无报警的情况。由于红外、微波报警被触发时发射的信号是不连续且不同步的,所以接受到信号将由3路的单稳态触发器做3秒的高电平,提高MCU采样判断现场总线技术应用200例嵌入式与SOC联动电源,

15、录像等工作。本项目的设计使安防产品性能得到提高,使功能增加,还使成本得到降低。本文无抄袭,作者全权负责版权事宜。参考文献1徐庆华,李涛等.基于GSM的无线智能控制器的设计与应用J.微计算机信息.2010,3-2:62-632"DopplerandtheDopplereffect",E.N.daC.Andrade,EndeavourVol.XVIIINo.69,January19593杨波陈忧先热释电红外传感器的原理和应用仪表技术2008,64PeterT.Martin,YuqiFeng,andXiaodongWang,DetectorTechnologyEvaluation

16、,TheMountain-PlainsConsortium(Nov.2003,MPC-03-154,Project#232)作者简介:杨润丰(1979-)男(汉),广东东莞人,东莞职业技术学院,博士,讲师。研究方向为无线通信,超宽带(UWB),调制解调,数字信号处理算法研究和FPGA硬件实现。Biography:YANGRun-feng(1979-),Male,Guangdong,DongguanPolytechnic,PHD,Lecturer.Researchareainwirelesscommunication,UWB,modulation,DSPandFPGA.(523808东莞东莞职业

17、技术学院电子工程系)杨润丰卞建勇杨洋的准确性。无线接收电路原理图如图6所示。主机上电后,首先对串口和液晶显示屏初始化并启动GSMTC35I模块,然后访问ATmege16内部EEPROM,来读取手机号码,并判断是否为首次使用,若为首次使用,则要求用户发送添加带指令的短信至主机来删除GSM模块内所保存的前10条信息,否则系统不工作。如果联系人已经存在则复制EEPROM内的号码和开关闭合状态到RAM,以便访问。主机完成对手机号码的处理后,将向GSM模块发送读取所有短信的AT指令,用于判断是否有新短信并获取首条短信的索引,无新短信则需判断是否有报警信号,有报警信号则再通过已经设置好的报警状态判断是否需

18、要报警。接受到新短信时则判断RAM内是否存有该短信的发送手机号码,若是则将执行相应操作,否则将判断是否为可识别的添加号码或删除号码指令(方便丢失手机后重新设置主机),如果短信内容不能被主机识别则进行删除处理,接着再判断是否有新信息,每一个无线开关、所有联系人、报警功能的设置都保存在MCU的EEPROM里。主机的软件按上述流程要求编写。3系统性能测试微波感应器、红外感应器应贴墙安装,安装高度在35米左右。红外传感器从三个不同角度进行测试,分别为正对、前方偏右30度、前方偏右45度并测量出有效感应距离,分别如图7中A、B、C所示。微波传感器从三个不同角度进行测试,分别为正对、前方偏右30度、前方偏

19、右135度并测量出有效感应距离,分微波感应器的最大感应直线距离达9别如图8中A、B、C所示。米,近距离全向有效,最佳使用距离5米。红外感应器的最大感应直线距离达7米,最佳使用距离6米,感应角度90度。这是单独测试的结果,为使报警有效,应使各感应器在最佳感应距离内。经测量感应距离应在6米左右,感应面积在30平方米左右。被动红外检测方向为横向,而微波检测方向为径向,构成一个相当完善的三维空间,大大减少了探测死角。两个感应器感应方向应互相垂直方能达到最佳效果。(DepartmentofElectronicEngineering,DongguanPolytechnic,Dongguan523808,C

20、hina)YANGRun-fengBIANJian-yongYANGYang通讯地址:(523808东莞东莞职业技术学院电子工程系)杨润丰(收稿日期:2010.11.08)(修稿日期:2011.02.08)技术创新图7红外传感器感应距离测试示意图图8微波传感器距离感应测试示意图(上接第226页)路,并利用VB程序实现此算法,同时克服了VB实现技术中图数据选择、电压源电流源转换、数据的输入输出及计像的引入、算等难点问题。作者对本文版权全权负责,无抄袭。参考文献1唐介,电工学M,北京:高等教育出版社20052韦源,于平.VisualBasic程序设计基础M.北京:清华大学出版社,2001.3林永.VisualBasic6.0用户编程手册M.北京:人民邮电出版社,2001.4梁普选.新编VisualB