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作者：郑州轻工业学院 侯文标 路世英 杨帅
指导教师：郑安平 陈志武

　　作品简介

　　随着社会的发展，电能需求越来越大，电力变压器的使用也变得越来越多。由于铜价的过快上涨，而大多数电力变压器分散于街道、城乡结合部和农村等地，近年来，发生了大量的变压器被盗案件，给电力部门带来很大的经济损失。尤其是变压器被盗走后，造成大面积停电，给人们的生产生活带来了极大的不便，间接造成的经济损失更是无法估算。为此，我们设计了一款能有效解决上述问题的基于GSM的变压器的防盗报警装置(如图1所示)。　　

 　　该装置以STC15F2K61S2单片机为控制核心，把检测装置和报警装置集成在一起，大大的提高了系统的稳定性和可靠性。其中检测装置由热释电检测模块，断线检测模块和震动检测模块三部分构成，通过热释电检测可以监视到变压器周围人员的活动情况，通过断线检测确定变压器的铜线是否被盗割，通过振动开关检测检测变压器以及报警系统装置是否被非法移动，这样有效的实现了多重保护;报警装置由语音报警模块以及基于GSM的短信报警模块构成，当上述的任意一种检测设备检测到异常时，现场的语音报警模块会播放出事先录好的报警声来恐吓盗贼，同时通过GSM短信接发模块向指定手机上发送不同的报警短信。

　　报警器使用说明：
　　1、将手机SIM卡插入GSM模块。
　　2、给报警器提供+5V的直流电源，该电源可以是普通5V直流电源，也可以由电脑的USB提供5V电源。
　　3、录报警音。按住录音按钮，通过麦克将报警音录入语音报警模块，松开录音按钮。
　　4、打开GSM电源开关，给GSM模块上电。
　　5、当指定手机收到：“The equipment is OK!”的短信时，设备运行正常。

　　报警信息说明：
　　当手机收到“Attention please，someone closed to transformer”信息时，说明热释电检测到可能有人靠近变压器;当手机收到 “Attention please，transformer occurred vibration ,someone might be knocking it!”时,说明变压器可能正在被移动;当手机收到 “Alarming!Alarming!The transformer is being stolen!” 时，说明可能有人正在割断变压器上的铜线。

　　平台选型说明

　　STC15F2K61S2单片机开发板

　　设计说明

　　1、系统组成与工作原理
　　变压器防盗报警装置系统组成框图如图2所示。该系统主要是由防盗检测装置、报警执行装置以及显示装置组成。防盗检测装置由热释电红外数字传感器模块、断线检测模块、震动检测模块组成，通过监测变压器的外部信号，由单片机进行相应的逻辑判断，进而监控变压器的安全状况。报警执行装置主要由语音报警模块和GSM短信报警模块两部分组成。语音报警模块采用的是ISD1420P语音芯片，通过它及其外围电路来驱动高音喇叭;GSM模块利用GTM900通讯模块进行短信报警;显示模块用于显示当前系统的运行状态。　　

 　　2、硬件设计
　　变压器防盗报警装置硬件电路包括单片机最小系统，防盗检测模块,报警执行模块和其他电路模块。

　　2.1 防盗检测模块
　　防盗检测模块由人体热释电红外传感器、断线检测、振动开关三部分组成，任意模块检测到盗窃信号，都会触发单片机报警，并发出相应的信息提示。

　　1、热释电红外传感器电路设计
　　热释电红外传感器电路设计如图3所示。热释电红外传感器是一种能检测人或动物身体发射的红外线而输出电信号的传感器。 P3.3接单片机外部中断，当无人时LHI968默认输出低电平，BISS0001输出低电平，经反相器74LS00后P3.3输出高电平，有人时P3.3端口电平由高变低，触发外部中断，单片机输出相应信号控制语音模块，使其发出报警音，同时，GSM模块向指定手机发送信息。　　

 　　2 、断线和震动检测电路设计
　　断线和震动检测电路设计如图4所示。AB导线缠在变压器上，一端固定死接地;P3.6端平时为低电平，表示无人盗窃变压器，不会触发单片机报警;变压器被盗时，导线AB必然被剪短，此时P3.6端电平由低变高，从而触发单片机外部中断，使语音模块报警，同时GSM模块发送相应信息，等有关人员赶到现场关闭SW1，即可解除警报。S7为震动开关，当变压器发生震动时，S7闭合，单片机控制语音模块报警，同时GSM模块发送相应信息。　　

 　　2.2报警执行电路设计
　　报警执行电路由语音报警电路模块和GSM通讯模块组成。

　　1、语音报警模块
　　语音报警电路如图5所示。语音报警模块采用了ISD1420P语音芯片，最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少数电阻电容。可实现录放音操作，事先录好警报音，当有人盗窃变压器时，由单片机控制其报警。　　

 　　2、GSM短信收发电路
　　GSM短信收发模块的接口电路如图6所示。GSM短信发收模块电路主要由GTM900以及监控手机构成，当GTM900接收到单片机发出的AT控制命令时，它将会把报警信息发送到监控手机。　　

　　IGT是GTM900模块的启动信号输入端，当GTM900模块开机上电后，首先需要把该引脚拉低电平到地，并且至少维持100ms。GTM900模块才能正常启动开始工作，模块已正常启动的信号通过LED2引脚输出，并通过Q1驱动LED1发光。GTM900模块工作过程中的状态信号通过LED1以不同的方式闪烁。引脚TXD1，RXD1与微控制器STC15F2K61S2的异步串行口连接，STC15F2K61S2通过异步串行口并利用AT命令控制GTM900模块，进而实现GTM900模块接入GSM网络、并通过GSM网络完成与监控手机之间的信息传输功能。

　　3、其他电路设计
　　其他电路包括单片机最小系统和显示模块，显示模块为LCD12864液晶显示屏，单片机最小系统是大赛指定的以STC15F2K61S2芯片为核心的单片机开发板，内部自带高精度时钟和复位部分，可彻底省掉昂贵的外部晶振及外部复位电路。

　　3.软件设计

　　3.1 AT指令
　　GTM900模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口，提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口向数据终端设备发送指示消息，数据终端设备可以使用GSM.AT指令通过串口向GSM模块发送各种命令。通过AT指令(见表1)，可以控制SMS消息的接收与发送。　　

 　　3.2 SMS消息的发送与接收
　　SMS消息的发送一般采用PDU(protocol dataunit)模式，如图7所示。　　

 　　在消息发送前，要将消息中的ASCII字符及汉字统一编码成UCS2码，以PDU数据包的形式发送。接收到的数据是以7b的编码形式存储在GSM模块内，在数据读取时直接从GSM模块中得到符合GSM规范的数据，经过提取得到7b编码的有用数据。然而，这些7b编码数据是以ASCII字符的形式存在的，要转换成8位的十六进制形式的7b编码，再解码成可用的ASCII码数据，这样即可得到发送来的原始数据。

　　3.3 PDU格式发送短信息
　　GTM900支持Text和PDU(protocol data unit)2种消息模式，TEXT模式是基于ASCII码形式字符的一种结构模式，代码较为简单，但不支持中文字符。PDU模式也是基于十六进制形式字符的，数据和代码都经过编码，所以无法直接读懂;但PDU模式同时支持中英文两种短信，PDU模式收发短信包括3种编码：7位、8位和UCS2编码。7位编码用于发送普通的ASCII字符;8位编码用于发送数据信息;UCS2编码用于发送Unieode字符。一般的PDU编码由A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M共13项组成。例如，发“监控系统已开启!”到用户手机15826652893，对应用的数据编码为：M：76D1 63A7 7CFB 7EDF 5DF2 5F00 542F FF01为用户数据，Unicode字符(监控系统已开启)。

　　3.4 报警发送主程序
　　报警发送主程序流程图如图8所示：上电后，先对单片机及液晶进行初始化操作，当手机接收到“The equipment is OK!”说明初始化成功，之后单片机扫描各个检测模块状态，判断是否发生盗窃，若发生盗窃则触发报警，否则继续扫描。　　

 　　作品特色

　　本设计有以下几个特点：
　　1.多点检测：该报警系统具有多点检测功能，当热释电模块、震动模块、断线检测模块中的任意一个检测到异常时，单片机都会做出相应逻辑判断，使语音报警模块发出报警音，同时GSM模块发出相应短信。
　　2.在线录音：该报警模块的报警音可任意更改，增加了报警的灵活性。
　　3.远程监控：由于我国偏远地区的变压器大多安装在野外，导致变压器被盗事件不能及时被发现，而该报警系统可以通过GSM网络向指定手机发送报警短信，从而实现了远程监控的功能。
　　4.多重保护：该报警系统有语音报警模块和GSM短信发送模块，当检测到异常时，语音模块会发出语音警报，GSM模块也会向指定手机发送相应短信。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2316