基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文（通用4篇）

篇1：基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

引言

GSM（Global System for Mobile Communication）是目前全球使用最为广泛的2G移动电话系统，技术成熟可靠；尽管在数据传输速率上远不及3G和4G系统，但在网络覆盖、资费、互操作性等方面仍具有一定的优势，被广泛应用于远程无线数据传输系统，如远程防盗、智能电表、自动售货机、车队管理等领域。本文将介绍基于GSM的远程红外报警系统的设计及PDU编码过程。系统整体设计

如图1所示，系统主要由控制单元（AT89C2051）、GSM模块（TC35i）、红外探测器、报警器、电源等组成。红外感应器用于探测目标区域是否存在人或其它物体移动，并将探测信号送至控制单元，控制单元根据信号来控制报警器报警，并通过GSM模块向指定手机发送报警信号。系统硬件设计

3.1 GSM模块（TC35i）

TC35i是西门子公司推出的一款支持中文短信的工业级GSM模块，集射频电路和基带于一体，并支持标准的AT命令集。TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU格式的SMS，并可通过AT指令或关断信号实现重启或故障恢复。

TC35i模块具有40个引脚，分为电源、数据传输、SIM、音频接口和控制5大类。本设计中主要引脚使用情况为：（具体电路连接见图1所示）

1～5作为电源正输入，6～10作为电源负接地，电压范围为3.5～4.8V（推荐为4.2V），设计时要求供电电压不得低于3.3V，峰值电流（2A）时压降不得大于0.4V，否则系统会自动关机，因此要求供电模块内阻+连线电阻应小于200mΩ。

15为启动脚IGT，31为关闭脚（PD），这两个引脚作为单片机控制TC35i模块开、关机的控制引脚。另外需要说明的是：系统供电后，需要给15脚（IGT）加一个大于100ms的低脉冲（电平下降持续时间要求小于1ms），TC35i才能进入工作状态。若需要关闭TC35i，则只需将31脚（PD）维持至少3.5秒的低电平即可。

18脚（RXD）和19脚（TXD）作为与单片机连接的串口通讯脚，波特率设为9600。由于TC35i的COMS电平与单片机的TTL电平之间的差异，实际连接时需要进行电平转换，由MAX232芯片完成。

24～29为专用的SIM卡引脚，用于外接SIM卡，其中24（CCIN）引脚用于检测SIM卡是否插好，连接好输出高电平，否则输出低电平。

32引脚SYNC作为TC35i工作状态指示灯的控制端口。

3.2 控制单元（AT89C2051）

AT89C2051是美国ATMEL公司生产的一款低电压、高性能CMOS 8位单片机，能够与标准的MCS-51指令兼容。本设计中主要引脚使用情况为：P1.0为报警器控制端口；P3.0/RXD和P3.1/TXD作为与TC35i的通讯口，分别通过MAX232与TC35i的18和19引脚相连。P3.2和P3.3作为红外感应器的控制端口，分别用于红外线发射驱动和红外信号接收。

3.3 红外感应器

本次设计采用主动式红外探测器，由红外线发射管和红外接收头两部分组成。红外发射管D3选用L5IR5型红外发射管，由AT89C2051的P3.2端口经三级管Q1来驱动；为指示红外感应器工作状态，在电路上串联一个发光二极管D4。接收端选用带有内置信号放大电路的LF0038型红外接收头，其信号输出端引脚3与AT89C2051的P3.3端口连接。

3.4 电源设计

系统电源需求包括+5VDC（供控制单元、红外感应器及报警器用）和+4.2VDC（GSM供模块用）。由于TC35i对电源要求较高，设计中采用单片降压式开关稳压器LM2576-ADJ实现+12VDC到+4.2VDC的转换；而+5VDC则由7805稳压管实现转换。具体电路见图3所示。AT指令

AT指令是GSM模块的底层指令，用来控制GSM模块进行无线通信。GSM的AT指令集，是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等厂家共同为GSM系统研制的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息（SMS）命令、补充业务命令、数据命令、传真命令和串口命令。本设计主要用到GSM的短信发送功能，涉及的主要AT指令见表1所示。

一条完整的报警短信发送的AT指令流程为：

控制单元：AT＼r // “＼r” 代表ASCII字符中的回车字符，值为0x0D，下同。

GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n//“＼n” 代表ASCII字符中的换行符，值为0x0A，下同。

控制单元：AT+CMGF=0＼r//设置为PDU模式。

GSM返回：＼r＼nOK＼r＼n

控制单元：AT+CMGS=019//发送一条长度为19的短信，长度计算见PDU编码过程。

GSM返回：＼r＼n >＼r＼n

控制单元：***6F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目标手机（***）发送“警报”的报警信息（本地SIM卡号码为***）的PDU编码，该编码必须以“ctrl_z”结束，值为0x1A。5 PDU编码过程

目前，GSM短信编码常用Text和PDU两种模式。Text模式代码简单，但不支持中文短信；PDU模式不仅能发送英文短信，也能发送中文短信，因而应用广泛。PDU模式收发中文短信时，采用的是UCS2编码发送Unicode字符。一般的PDU编码由SMSC地址、基本参数、消息类型、目标地址、协议鉴别符、信息编码方式、有效期、用户信息长度和用户信息九项组成。下面以前面所述向目标手机（***）发送“警报”的报警信息（本地SIM卡号码为***）为例，说明PDU编码过程：

SMSC地址：08（地址信息长度，共8个字节数，含91和F），91（TON/NPI国际格式，“+”），683118325476F8（短信中心号码，由86***每两位取反得到，最后若为奇数位，则补F后取反）

基本参数TP-MTI/VFP：11（TP-VP用相对格式）

消息类型TP-MR：00（00表示为短消息）

目标地址：0D（目标地址信息长度，共13个十进制数，这点与SMSC地址信息长度定义不同，且不含91和F），91（TON/NPI国际格式，“+”）683176563412F0（短信中心号码，由86***每两位取反得到，最后若为奇数位，则补F后取反）

协议鉴别符TP-PID：00（普通GSM点到点类）

信息编码方式TP-DCS：08（UCS2）

有效期TP-VP：00（5分钟）

用户信息长度TP-UDL：04（4个字节）

用户信息TP-UD：8B6662A5（“警报”的 Unicode码）

前面所述“AT+CMGS=019”指令中，短信长度19。结束语

本文基于AT89C2051单片机和TC35i模块构建了基于GSM的远程红外报警系统，系统构成简单，实现容易，可广泛应用于家庭、小区、工厂、商场、酒楼、汽车等领域防盗报警及危险警戒区安全报警。

韩斌杰，杜新颜，等.GSM原理及其网络优化（第2版）.北京：机械工业出版社.2009.于园园.基于GSM的远程家居智能控制研究.长春：长春理工大学.2009.SIEMENS.TC35i Celluar Engine Hardware Interface Description.Siemens Version00.03.

篇2：基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

GSM (Global System for Mobile Communication) 是目前全球使用最为广泛的2G移动电话系统, 技术成熟可靠;尽管在数据传输速率上远不及3G和4G系统, 但在网络覆盖、资费、互操作性等方面仍具有一定的优势, 被广泛应用于远程无线数据传输系统, 如远程防盗、智能电表、自动售货机、车队管理等领域[1]。本文将介绍基于GSM的远程红外报警系统的设计及PDU编码过程。

2 系统整体设计

如图1所示, 系统主要由控制单元 (AT89C2051) 、GSM模块 (TC35i) 、红外探测器、报警器、电源等组成。红外感应器用于探测目标区域是否存在人或其它物体移动, 并将探测信号送至控制单元, 控制单元根据信号来控制报警器报警, 并通过GSM模块向指定手机发送报警信号。

3 系统硬件设计

3.1 GSM模块 (TC35i)

TC35i是西门子公司推出的一款支持中文短信的工业级GSM模块, 集射频电路和基带于一体, 并支持标准的AT命令集。TC35i的数据接口 (CMOS电平) 通过AT命令可双向传输指令和数据, 它支持Text和PDU格式的SMS, 并可通过AT指令或关断信号实现重启或故障恢复[2]。

TC35i模块具有40个引脚, 分为电源、数据传输、SIM、音频接口和控制5大类。本设计中主要引脚使用情况为: (具体电路连接见图1所示)

1~5作为电源正输入, 6~10作为电源负接地, 电压范围为3.5~4.8V (推荐为4.2V) , 设计时要求供电电压不得低于3.3V, 峰值电流 (2A) 时压降不得大于0.4V, 否则系统会自动关机, 因此要求供电模块内阻+连线电阻应小于200mΩ。

15为启动脚IGT, 31为关闭脚 (PD) , 这两个引脚作为单片机控制TC35i模块开、关机的控制引脚[3]。另外需要说明的是:系统供电后, 需要给15脚 (IGT) 加一个大于100ms的低脉冲 (电平下降持续时间要求小于1ms) , TC35i才能进入工作状态。若需要关闭TC35i, 则只需将31脚 (PD) 维持至少3.5秒的低电平即可。

18脚 (RXD) 和19脚 (TXD) 作为与单片机连接的串口通讯脚, 波特率设为9600。由于TC35i的COMS电平与单片机的TTL电平之间的差异, 实际连接时需要进行电平转换, 由MAX232芯片完成。

24~29为专用的SIM卡引脚, 用于外接SIM卡, 其中24 (CCIN) 引脚用于检测SIM卡是否插好, 连接好输出高电平, 否则输出低电平。

32引脚SYNC作为TC35i工作状态指示灯的控制端口。

3.2 控制单元 (AT89C2051)

AT89C2051是美国ATMEL公司生产的一款低电压、高性能CMOS 8位单片机, 能够与标准的MCS-51指令兼容[4]。本设计中主要引脚使用情况为:P1.0为报警器控制端口;P3.0/RXD和P3.1/TXD作为与TC35i的通讯口, 分别通过MAX232与TC35i的18和19引脚相连。P3.2和P3.3作为红外感应器的控制端口, 分别用于红外线发射驱动和红外信号接收。

3.3 红外感应器

本次设计采用主动式红外探测器, 由红外线发射管和红外接收头两部分组成。红外发射管D3选用L5IR5型红外发射管, 由AT89C2051的P3.2端口经三级管Q1来驱动;为指示红外感应器工作状态, 在电路上串联一个发光二极管D4。接收端选用带有内置信号放大电路的LF0038型红外接收头, 其信号输出端引脚3与AT89C2051的P3.3端口连接。

3.4 电源设计

系统电源需求包括+5VDC (供控制单元、红外感应器及报警器用) 和+4.2VDC (GSM供模块用) 。由于TC35i对电源要求较高, 设计中采用单片降压式开关稳压器LM2576-ADJ实现+12VDC到+4.2VDC的转换;而+5VDC则由7805稳压管实现转换。具体电路见图3所示。

4 AT指令

AT指令是GSM模块的底层指令, 用来控制GSM模块进行无线通信。GSM的AT指令集, 是由NOKIA、MOTOROLA、ERICSSON和HP等厂家共同为GSM系统研制的。AT命令包括一般命令、呼叫控制命令、网络业务命令、安全性命令、电话本命令、短消息 (SMS) 命令、补充业务命令、数据命令、传真命令和串口命令[2]。本设计主要用到GSM的短信发送功能, 涉及的主要AT指令见表1所示。

一条完整的报警短信发送的AT指令流程为:

控制单元:ATr//“r”代表ASCII字符中的回车字符, 值为0x0D, 下同。

GSM返回:rn OKrn//“n”代表ASCII字符中的换行符, 值为0x0A, 下同。

控制单元:AT+CMGF=0r//设置为PDU模式。

GSM返回:rn OKrn

控制单元:AT+CMGS=019//发送一条长度为19的短信, 长度计算见PDU编码过程。

GSM返回:rn>rn

控制单元:0891683118325476F811000D91683176563412F0000800048B6662A5//向目标手机 (13676543210) 发送“警报”的报警信息 (本地SIM卡号码为13812345678) 的PDU编码, 该编码必须以“ctrl_z”结束, 值为0x1A。

5 PDU编码过程

目前, GSM短信编码常用Text和PDU两种模式。Text模式代码简单, 但不支持中文短信;PDU模式不仅能发送英文短信, 也能发送中文短信, 因而应用广泛。PDU模式收发中文短信时, 采用的是UCS2编码发送Unicode字符。一般的PDU编码由SMSC地址、基本参数、消息类型、目标地址、协议鉴别符、信息编码方式、有效期、用户信息长度和用户信息九项组成[5]。下面以前面所述向目标手机 (13676543210) 发送“警报”的报警信息 (本地SIM卡号码为13812345678) 为例, 说明PDU编码过程:

SMSC地址:08 (地址信息长度, 共8个字节数, 含91和F) , 91 (TON/NPI国际格式, “+”) , 683118325476F8 (短信中心号码, 由8613812345678每两位取反得到, 最后若为奇数位, 则补F后取反)

基本参数TP-MTI/VFP:11 (TP-VP用相对格式)

消息类型TP-MR:00 (00表示为短消息)

目标地址:0D (目标地址信息长度, 共13个十进制数, 这点与SMSC地址信息长度定义不同, 且不含91和F) , 91 (TON/NPI国际格式, “+”) 683176563412F0 (短信中心号码, 由8613676543210每两位取反得到, 最后若为奇数位, 则补F后取反)

协议鉴别符TP-PID:00 (普通GSM点到点类)

信息编码方式TP-DCS:08 (UCS2)

有效期TP-VP:00 (5分钟)

用户信息长度TP-UDL:04 (4个字节)

用户信息TP-UD:8B6662A5 (“警报”的Unicode码)

前面所述“AT+CMGS=019”指令中, 短信长度19。

6 结束语

本文基于AT89C2051单片机和TC35i模块构建了基于GSM的远程红外报警系统, 系统构成简单, 实现容易, 可广泛应用于家庭、小区、工厂、商场、酒楼、汽车等领域防盗报警及危险警戒区安全报警。

参考文献

[1]韩斌杰, 杜新颜, 等.GSM原理及其网络优化 (第2版) [M].北京:机械工业出版社.2009.

[2]于园园.基于GSM的远程家居智能控制研究[D].长春:长春理工大学.2009.

[3]SIEMENS.TC35i Celluar Engine Hardware Interface Description.Siemens Version00.03.

[4]张明杰.基于AT89C2051单片机的大气温度采集和记录系统[J].微机处理.2010 (2) :121-123.

篇3：基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

项目概述

行业背景：物联网组成了是新一代信息技术的重要部分。物联网就是物物相连的互联网，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。即建立在互联网基础上的，实现物与物之间进行信息交流和通信的网络。

物联网通过智能感知、识别技术、云技术、广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是基于互联网发展的应用拓展，应用创新是发展的关键。安全运行是智能互联系统得以发挥作用的保障。

国家政策：2013年9月，国家发改委、工业和信息化部、科技部三部委联合印发了《物联网发展专项行动计划》。明确将智能家居作为战略性新兴产业来培育发展，将智能家居列入9大重点领域应用示范工程中。（详见发布的《物联网发展专项行动计划》，9大应用领域分别是工业、农业、运输流通、生态环境、交通管理、安全生产、公共安全、城市基础设施管理、智能家居等领域）。

市场背景：目前智能家居应用范围及功能分析。

智能灯光、插座控制。通过多种方式，如手动、遥控、平板电脑、智能手机、个人电脑、定时等方式对灯光插座进行单开、单关、全开、全关以及情景控制。

智能安防监控。实时监控一一通过平板电脑、智能手机实时显示摄像机视频监控画面；将监控视频数据存储在SD卡上；

场景定时。把设置好的场景模式进行定时开启与关闭，让其自动运行。

场景控制。将灯光、窗帘、空调和其它家用电器的若干个设备任意组合，形成场景模式，一键启动，一键关闭。

智慧健康。支持血压计、人体秤、脂肪秤的数据采集、自动生成报表、智能健康诊断、健康建议等功能，报表内容包括体重、脂肪率、水分率、肌肉量、脂肪等级、血压、脉搏。让你远在天边也能及时、随时地关注家中老人的身体健康状况。

综合起来就是三个方面：第一是实现简单的家电控制；第二是安防监控。随着社会的发展，安防是老百姓的刚需；第三是家庭健康监护的产品。

产品思考：智能设备作为职能家具的一部分，每个智能家电或者设备终端拥有各自的智能化功能是，这就需要一个智能家居的中控系统将各个智能家电集成到一个平台上面。需要有一个兼容性强、安全稳定，方便使用的智能家居系统。

产品简介

产品设计思路：随着智能化的应用与发展，生活中逐渐出现了很多实用且方便的智能化系统。现代社会，

移动与无线通信发展迅速。通过研究，我们把红外遥控控制技术、智能路由器和GSM短信功能应用于我们的家庭中，制作一个通过普通遥控器实现近程控制、无线路由器的链接和短信发送实现远程控制的智能系统。

产品创新点：基于GSM网络的智能家居系统采用GSM模块进行短信息提醒，解决了发生问题，用户设备无移动通信链接时无法接受信息的问题。

智能路由器实现用户调控，以单片机为控制核心，进行信息反馈和远程控制，实现了远程报警、远程遥控等功能。更加方便以及可视化。

系统工作原理：图1为智能家居系统的工作原理图。系统在正常工作时处于监控状态，如果传感器检测到异常信号，单片机通过从不同传感器接收到的信号同预先存储在ROM中的数据信息进行对比，判断出异常的问题（如盗窃、火警、煤气等）时，确定发生警情，然后提示信号由串口传送给GSM模块，最后将提示短信发送给用户。或者几秒钟后，用户的手机上就可以接收到报警短信，提醒用户采取措施。另外用户可通过移动端网页，智能路由模块接收，经单片机解码后，驱动系统中的电器控制电路去控制相应的家电，从而实现远程控制电器工作的目的。

系统的主要功能

家电控制功能：接收用户发送来的控制命令，实现短信的译码功能，智能路由器直接控制智能设备实现不同家电工作及停止功能。

自动报警功能：当用户住宅出现异常情况时，系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户，按照设定频率发送提示，直至解决问题为止。系统提供备用充电电池，在断电时可继续工作，可以防止部分不法分子利用断电进行盗窃，克服了停电时不能报警等缺点。

主要功能模块

单片机控制模块。系统的控制器选用STC89C54RD+单片机。选用具有低功耗、存储容量大、运行稳定、价格便宜等特点8的位STC89C54RD+单片机。其支持的最高时钟为80MHz.内部包括程序存储器ROM、1kB的数据存储器、16kB的Flash程序存储器ROM、1kB的数据存储器RAM，具有ISP在线编程功能，可节省购买编程器的额外投入，大大减少了开发复杂度。2.2GSM模块

本系统设计使用是可以快速安全地实现数据、语音的传输、短信息服务（sMS）和传真等功能的GSM模块。是Siemens公司的TC35I.TC35I是Siemens公司推出的新一代无线通讯模块，可以工作在GSM 900 kHz和1800kHz两个频段，RS232数据口符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实現电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输；TC35I模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六个部分组成。TC35I构成框图如图2所示。通过ZIF连接器及50 n天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。该模块向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

传感器模块。本系统传感器模块由一组功能不同的传感器构成，用于各种异常情况监测。

a.防盗窃使用红外线反射型传感器，将红外线反射型传感器安装在通道的位置或门窗的两侧，当有人进入时红外线反射型传感器就会检测出来，检测信号通过转换电路转换成低电平，然后送去给单片机，单片机对应引脚检测到送来低电平后就会启动防盗报警系统工作。endprint

b.燃气传感器使用金属氧化物半导体传感器（或称MOS）。MOS也可以用来检测毒性水平。它由一个金属氧化物半导体的传感器件（如氧化物Sn02）构成。在新鲜空气条件下，它的电导较小，而一旦接触还原性气体或者易燃易爆气体，电导会增加，引发检测电路电平跳变从而启动报警系统工作。

c.防火使用离子式烟雾传感（SS-668），通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，当一定量烟雾进入烟雾传感器的反应腔，引起电路电平变化。离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，为火灾预防和早期发现提供帮助。

硬件接口电路设计。本系统硬件接口电路主要由单片机与GSM模块的接口电路和系统安防电路及控制电路构成。单片机与TC35I的连接图如图3所示，TC35I的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-TRS-232接口电路标准，工作在CMOS电平（2.65v）。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，可以在300-115×103bps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35I数据接口工作在CMOS电平，而STC单片机工作在TTL电平，工作电压范围一般比TC35I宽，故应在单片机和TC35I之间加电平转换电路。本设计使用TI公司的MAX232芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。

系统软件的设计。系统的软件设计采用c语言编写，系統安防主程序及中断程序流程图如图5所示。系统首先对单片机的串口、中断和TC35I短信模块初始化，STC单片机不断对传感器接口电路的I/O口循环进行检测，当检测到有传感器的开关量变化时，则说明报警信息产生，开中断进入中断处理子程序。

中断处理子程序完成对相应防盗、防火、防煤气泄漏等事件的短信息发送。利用STC单片机通过UART串口向GSM模块发送一系列AT指令，就能实现基于GSM的短信息的收发、查寻和管理。

篇4：基于GSM红外报警系统设计和PDU编码的技术分析论文

关键词 单片机 GSM模块 红外传感器 报警电路

中图分类号：TP311.1 文献标识码：A

1 设计任务与要求

（1）根据市场需求及技术发展趋势，模拟为一工厂仓库设计基于GSM模块的被动式红外防盗报警系统。本设计分软件、硬件两部分，分别划分为检测模块、声光报警模块、串口模块、GSM模块。

（2）系统可实现功能。工厂仓库经常处于无人状态，需要不断监控是否有人入侵。当有人入侵时，热释电红外传感器将探测到动作产生电信号，经信号处理电路处理放大后送入单片机，启动中断服务程序（报警功能），分别进行声光报警和GSM报警。

（3）被动式热释电红外传感器能探测出针对人的红外波段，能区别于其他红外波段，尽量减少误报漏报，同时检测范围大，检测形式隐蔽，不易被外人察觉。

（4）通过proteus软件和Keil软件对所设计的系统进行模拟仿真，初步检测系统的正确性。

2 总体设计思路

本设计包括硬件、软件两部分。模块可划分为检测模块、报警模块和控制模块。电路结构可划分为热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路。软件结构有循环检测、中断报警两个功能。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心元件，所以次系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括系统功能分析、硬件设计、软件设计等几个阶段。

处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路等最终输入单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号，利用控制信号进行报警等，当报警解除时可以人工手动接触报警 。

3 主程序工作流程图设计

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图1所示。

4 结论