基于GSM技术的微控制器家庭安全系统

Raqibull Hasan, Mohammad Monirujjaman Khan, Asaduzzaman Ashek, Israt Jahan Rumpa

摘要

本文提出并分析了基于GSM技术的微控制器家庭安全系统的设计与实现。具有其他外围设备的两个微控制器包括发光二极管（LED），液晶显示器（LCD），蜂鸣器和全球移动通信系统（GSM）模块，负责所提出的安全系统的可靠操作。此外，移动电话通过蓝牙设备与微控制器连接，以便控制系统。此外，手动键盘是锁定或解锁系统的另一种方式。编译器代码Vision AVR用于设计控制系统的程序以及维护所有安全功能。设计的程序应用于Proteus软件进行仿真。最后，实际电路的结果显示了正确的功能，并在合理的成本内验证了可靠的安全性。

关键词

家庭，安全，系统，控制，微控制器，蓝牙，GSM

1. 简介

家庭自动化是通过促进灵活、舒适和安全的环境来提高居民生活质量的过程[1]。家庭安全系统是家庭自动化最突出的特点。传统的基于报警的安全技术在过去几十年中得到了广泛的应用。目前，由于单片机单元的巨大改进和GSM技术的广泛应用，嵌入式系统的设计是为了提供安全性。在文献中，研究人员提出了一些基于新技术的安全系统，如GSM、GPRS（通用分组无线业务）、Internet、USN（无处不在的传感器网络），并通过现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）实现。

本文引用如下：Hasan，R.，Khan，M.M.，Ashek，A。和Rumpa，I.J。 （2015）采用GSM技术的基于微控制器的家庭安全系统。Open Journal of Safety Science and Technology，5,55-62。 http://dx.doi.org/10.4236/ojsst.2015.52007磨碎电路），DSP（数字信号处理）和MCU（微控制器单元）[2]。在[3] [4]中，使用FPGA，GSM，互联网和语音识别解释了家庭自动化系统。在该系统中，家庭网关是需要个人计算机（PC）的因特网。但是，很难管理PC并始终保持打开状态，这也会消耗更多功率。[5]中提出的系统是一个基于互联网的家庭电源管理智能系统，旨在降低能耗。该系统还使用互联网云作为家庭网关，具有与前面描述的相同的限制。在[6]中描述了一种基于Java的移动式家庭自动化系统。尽管该研究提出了嵌入式家庭服务器，但仍需要GPRS的互联网连接。在[7]中，作者提出了一种基于zigbee的家庭网络配置，它通过zigbee-infrared组合和zigbee电源适配器控制所有家用电器。李等人。在[8]中提出了一种在网关和控制设备之间提供双向通信信道的无线网络协议，突出了无线传感器网络在控制家用电器中的重要性。在[9]中，基于PIC18F452单片机的家庭安全系统是在没有GSM技术的情况下设计的。在本文中，已经描述了基于GSM技术的基于ATMEGA16微控制器的家庭安全系统。此外，蓝牙应用程序已被用于控制系统。因此，所提出的系统在合理的成本内提供可靠的安全性并且还消除了电路复杂性。

在这项工作中，首先提出的系统将在第2节中描述，其中包括软件设计过程和实际电路的实现。此外，第3节将介绍结果，并讨论实际电路的功能顺序。最后，第4节将总结整个研究。

1. 提出方案

所提出的基于微控制器的家庭安全系统的总体框图如图1所示。它由三部分组成。这些是输入，控制器和输出部分。首先，控制器部分保持在等待状态，以接收来自输入部分的信号，该输入部分包括蓝牙，4times;4键盘，压力传感器和移动电话。在输入部分，通过蓝牙设备的移动电话已被用于与微控制器连接以锁定或解锁系统的门。因此，手动键盘执行类似功能而无需与蓝牙设备通信。另一方面，压力传感器已经放置在门和窗户处以保护系统。如果有人试图在没有权限的情况下解锁系统，那么这些传感器将激活，控制器将接收到合适的脉冲。根据输入设备的脉冲，控制器部分决定并激活输出部分，包括LCD显示器，GSM模块，伺服电机，LED和蜂鸣器。然而输出设备的输入取决于输入部分的活动，表示用户以权威方式或无权限方式解锁系统。对于权威方式，控制器向伺服电机发送脉冲信号，伺服电机也与放置有门的磁性开关连接。伺服电机旋转90度后，激活磁力开关，用于锁定或解锁系统。同时，LCD上显示一条消息。相反，在没有权威的情况下，控制器同时向LED，蜂鸣器和GSM模块发送信号。LED已经放置在家庭周围，表明系统内发生了错误的事件。因此，蜂鸣器产生声音信号，GSM模块向所有者的手机发出信息。这些活动很容易让所有者和保安人员都知道。结果，他们将检测系统内的错误操作。最后使用复位开关在正常情况下重新获得整个系统。所提出的系统包括两个部分，例如：软件和硬件。在软件部分，根据框图的功能顺序在Code Vision AVR软件中设计了一个程序。根据软件指令，已经为硬件实现指定了合适的电路图。

图1 家庭安全系统的总体框图

2.1软件设计

所提出的家庭安全系统的程序流程图已在图2中示出，其解释了整个软件设计程序。软件代码视觉AVR用作编译器，用于在C语言中设计程序。正确的指令根据流程图顺序执行所需的功能。首先，该程序初始化所有外围设备（磁性触点，蓝牙设备，GSM模块，LCD显示器，键盘，伺服电机和蜂鸣器）。这是微控制器和外围设备之间接口的前提条件。然后程序检查磁性触点的位置是连接还是分开。如果它与门或窗口连接，则程序将授权输入将锁定门的密码。否则，程序指令已被提及用于误操作，因此它会依次向LED，蜂鸣器和GSM模块发送信号以用于其各自的功能。相反，在收到密码程序后，用门解锁密码验证密码。如果结果是肯定的，程序将授权解锁门。否则，在LCD中通过显示错误消息指示错误操作，并且先前的功能保持不变。但是，在获得访问系统的许可后，程序仍处于等待接收门锁密码的状态。类似地，程序验证密码，从而锁定门。否则它会维持误操作直到复位引脚为高电平。然而，程序流程图中的指令已在图2中表示，其为所提出的家庭安全系统的正确操作维持以下过程。 1）开始; 2）初始化磁接触，蓝牙，GSM模块，LCD显示，键盘，伺服电机和蜂鸣器; 3）检测磁开关位置; 4）如果连接了磁性开关，系统将保持等待状态以接收密码。否则，系统将打开报警信号并发送短信给业主的手机; 5）解锁系统，从键盘接收密码; 6）使用程序中提到的解锁密码验证密码。如果输入的密码与系统密码完全相同，脉冲信号将发送到伺服电机，伺服电机将对门加压，从而使系统解锁。否则，LCD显示屏将显示错误的密码，系统将按照步骤4中提到的类似程序进行错误操作，系统将跳转到步骤7. 7）由于锁定系统，从键盘接收密码。打开门后，系统将保持等待状态，以接收指定用于锁门的号码。 8）使用程序中提到的锁定密码验证密码。如果输入密码与关闭门的系统密码完全相同，系统将被锁定并返回步骤3。否则，系统将以错误模式运行，并按照步骤5中提到的类似步骤进行操作.9）检查使能引脚的逻辑条件。如果它保持在低状态，系统将维持误操作并保持等待状态，直到它将获得高逻辑条件。相反，对于使能引脚的高逻辑条件，系统将从步骤2再次启动。

图2家庭安全系统的程序流程图

2.2 硬件设计

使用Proteus软件指定实际电路的实现，如图3所示。此外，在实际实施之前，还使用该软件模拟电路。仿真结果可确保电路正常工作。模拟电路的实际实现如图4所示。在该电路图中，两个微控制器是用于控制其他设备（磁接触，蓝牙设备，GSM模块，LCD显示器，键盘，伺服电机和蜂鸣器）的主要部件。在控制设备中，磁接触用作确定系统当前状态的传感器。当磁性触点的位置由于外部环境的压力而分离时，该装置将工作。蓝牙技术是一种网络协议，允许两个或多个设备通过个人局域网（PAN）相互连接。在这部分中，蓝牙设备被用作微控制器和移动电话之间通信的媒介。伺服电机由三个主要部分组成：电机，控制板和连接到输出轴的电位计（可变电阻）。电机利用一组齿轮同时旋转电位器和输出轴。电位计控制伺服电机的角度，并允许控制电路监控伺服电机的当前角度。如果控制电路检测到角度不正确，它将使伺服电机转到正确的方向，直到角度正确。在该系统中，伺服电机用于控制0到90度之间的角度运动。此外，GSM是欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute）开发的标准。（ETSI）描述移动电话使用的第二代（2G）数字蜂窝网络的协议。因此，GSM模块在所有者和安全系统之间建立了强大的无线通信网络。但是，系统从输入设备（磁性触点，蓝牙设备，键盘）接收信号，并向输出设备（LCD显示器，伺服电机，LED和蜂鸣器）发送信号以保持安全。

图3 模拟电路图

1. 结果

在本节中，首先，图5和图6描述了使用键盘或移动电话锁定或解锁系统的整个过程。然后，错误操作的结果也显示在图7中。

图5（a）示出了家庭安全系统的实际实现，该系统从物理环境接收密码以解锁门。该功能通过与键盘和微控制器连接来实现。此外，密码显示在LCD上，系统保持等待状态，直到密码符合用户端。

图5（b）表示在验证密码后，伺服电机的旋转和磁性触点的分离使系统解锁。同时，LCD上显示确认消息“DOOR OPEN”。这表示有人正在以适当的方式访问系统。但是，系统再次以初始模式返回以接收另一个密码以锁定系统。此密码也会显示在LCD上，直到从控制器部分验证密码。

在图5（c）中，在验证门锁密码后系统已被锁定。为了执行此功能，微控制器向伺服电机和磁性触点发送信号，使伺服电机以相反的顺序旋转，从而使门在连接磁性触点时加压。此外，系统还通过在LCD上显示“DOOR CLOSED”的构造消息来确保功能。此消息还表明系统已被锁定，没有任何错误操作。

在图6中，android应用程序已通过蓝牙设备实现，以便控制系统。在这项工作中，Android手机用于在没有键盘帮助的情况下访问系统。首先，移动电话通过无线介质向蓝牙设备发送信号。然后微控制器从蓝牙设备接收发送信号，蓝牙设备直接与微控制器连接。如果有人输入错误的密码，使用移动键盘，系统将激活安全模式。相反，在获得适当的密码系统后，通过在LCD上显示确认消息来确保正确的功能。手机密码系统已经通过设计Android应用程序的移动应用程序来完成。

图7（a）显示了通过按错密码而发生的错误操作的实际实现。结果，系统激活所有安全系统。这包括向所有者手机发出警报信息，打开蜂鸣器和LED。系统维持危险状态，直到整个系统复位。

在图7（b）中，通过在没有认证的情况下打破门来引入另一个错误操作。在这种情况下，微控制器激活GSM模块，LED和蜂鸣器。因此，系统遵循先前错误条件中描述的类似过程以保持安全性。此外，系统执行类似的安全功能以保护窗口。

4.结论

本文介绍了基于微控制器和GSM的智能家居安防系统的设计和实现，以实现用户友好的应用。该系统足够智能，可以监控安全环境。此外，用户通过GSM网络了解安全漏洞，每当用户远离家乡时，都会提供特殊的机会。但是，Android应用程序是最令人惊叹的功能，以便通过蓝牙设备控制系统。此外，该系统以合理的成本提供可靠的操作并且消除了系统复杂性。在这项工作中，传统的防盗报警模式，LED灯和LCD是用于确保可靠性的有前途的功能。整个系统在实际的家庭安全系统上实现，需要相当大的努力来安装它。因此，由于通用的安全性和

英语原文共 8 页

资料编号：[4005]