基于单片机的家庭防盗系统的本科毕业设计毕业论文

本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统The Family Guard against Theft and Alarm System Based on GSM Modem目 录摘要.I引言.1第一章 绪论.21.1 防盗报警系统发展概况.21.2 设计背景目的.31.3 报警系统的应用.3第二章 整体设计方案.42.1 方案选择论证.42.2 主控芯片单片机的选择.42.2.1 AT89S52 的主要性能.62.2.2 AT89S52 的引脚结构.62.3 通信模块的选择.72.3.1 GSM Modem 的主要功能.72.3.2 GSM Modem 的硬件接口.72.4 传感器的选择.72.4.1 红外传感器.72.4.2 烟雾传感器.82.4.3 气体泄漏传感器.82.5 键盘显示芯片选择.82.6 存储器的选择.102.7 时钟芯片的选择.112.7.1 DS12887 功能.112.7.2 DS12887 引脚定义.11第三章 系统硬件设计.123.1 系统结构原理图.123.2 电源部分.123.2.1 单片机的电源.123.2.2 备用电源.133.3 时钟电路.143.3.1 单片机时钟电路.143.3.2 系统的时钟电路.143.4 信号采集电路.163.4.1 红外信号检测.163.4.2 气体、烟雾检测.173.5 复位电路.183.6 键盘显示电路.183.7 通信电路.203.7.1 发射、接收电路.203.7.2 GSM 模块与单片机的连接.21第四章 家庭防盗报警系统的软件设计.224.1 主程序流程图（图 4.1）.224.2 外部中断 0 中断服务子程序流程图（图 4.2）.234.3 通信模块的设置.234.3.1 设置短信中心号.234.3.2 利用 GSM MODEM 向普通手机发短信.244.4 串口控制 SMS 的工作原理.25结论.26致谢.27参考文献.28附录一：硬件设计总图.29附录二：部分程序源代码.30基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统摘要摘要: : 该设计是采用 AT89S52 单片机实现的基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统。该系统主要由单片机 AT89S52、HRH GSM Modem 短信模块、HD7279 键盘显示芯片、DS12887 实时时钟芯片、315MHZ 调幅遥控器、传感器和其它基本外围电路组成，借助最可靠、最成熟的 GSM 移动网络，以最直观的中文短消息，直接把报警地点的情况反映到所设定的手机屏幕上。该系统采用 AT89S52 单片机作为主控制芯片，通过 HRH GSM Modem 来进行通信，采用红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便，并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。同时附加电路通过 HD7279 键盘显示芯片来预设防盗报警系统的电话号码，DS12887 实时时钟芯片对发生警情的时间进行记录和保证系统的可靠运行，315MHZ 调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。该设计用单片机作为控制核心，配以其它高精度进口集成器件，加上对软件的精心设计，实现了家庭防盗报警。硬件设计采用 PROTEL DXP 软件，完成了系统的键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号等模块的电路原理图的设计。软件设计采用 Keil C51 开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简单、功能齐全、性价比高等特点，是一种经济、实用的家庭防盗报警系统。关键词：单片机;GSM 模块;传感器The Family Guard against Theft and Alarm SystemI Based on GSM ModemAbstract: This design is the use of AT89S52 MCU to achieve The Family guard against theft and Alarm system Based on GSM Modem.It is made up of AT89S52 MCU、HRH GSMModem、HD7297 keyboard display chip、DS12887 real-time clock chip、315MHZ remote controlsensors and other basic peripheral circuits. It will display the alarm content in Chinese directly at your mobile screen, and it recurs to the most reliable GSM mobile network.The System use AT89S52 MCU as the control core chip, through the HRH GSM Modem for communications,it adopted initiative infrared sensor to detect, and it turned the traditional alarm net and alarm windows to immateriality. Besides, the system equipped the smog sensor and leakiness sensor of gas and guarded against fire and gas leakiness. Meanwhile,additional circuit to default the telephone number of guard against theft and Alarm system by HD7297 keyboard display chip, throught DS12887 real-time clock chip to record the situation occurred in time for police and to ensure reliable operation of the system,315MHZ remote control to achieve the user to change the systems position before enter or after leave the standoff. The design use AT89S52 MCU as the control core,with the other imported high-precision integration,combined with sofeware designed to achieve The Family guard against theft and alarm.The hardware design using proteldxp to achieve the circuit schematic diagram designs of the system keyboard interfance circuit ,clock circuits,power circuits,transcerver circuits and the sensor signal acquisition module and so on. The software development system of keil C51 is used to design the software. And the procedure of the processing of signal has been completed and debugged successfully. It has the feature of circuit simple、full-featured、cost-effective, is an economic, practical the family guard against theft and Alarm system.Keywords：MCU;GSM modem;SenorII引引 言言目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如：为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点：1.固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。2.以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。3.集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。针对以上通信方式的优、缺点，我设计了基于 GSM 短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的 GSM 移动网络，以最直观的中文短消息，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。第一章 绪论1.1 防盗报警系统发展概况当科技还不发达的时候，人们依靠安装防盗门、防盗网及人工防犯来防止犯罪分子对住宅的入侵，这对于当时的人们来说，这种防盗装置已经够用，但是随着科学技术的不断发展，这些防盗装置已经不能满足人们的需求，因为这种安防装置不但有碍美观,而且不符合防火要求。人们开始利用电子技术与网络技术来设计新的防盗系统，常见的防盗报警系统的有固定点电话联网防盗报警系统、以太网、集群系统、AURINE 家庭报警系统、智能拨号防盗报警系统等，来有效防止犯罪分子的入侵。目前我国大多数家庭都是双职工,当发生警情时,不能及时地处理。当固定电话被普遍使用时，人们开始利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，适用于家居安全技术防范。可单家独户使用，也可与目前广泛使用的安定宝（ContactID 通讯格式）报警中心台联网，组成一套先进的全方位科学技术安全防范网络，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。随后，人们又开始利用智能拨号防盗报警系统来实现家庭防盗报警，智能拨号防盗报警系统,配合各种无线探测器，可实现智能化防盗、防火、防燃气漏露、紧急求救等功能。当有人非法进入设防区域时，系统将鸣响警笛报警，并自动循环拨打事先设置好的 16 组电话报警，可通过面板的八个防区显示准确知道报警位置，并且能够设置在家布防此时家中有人走动不会报警，周界有人进入会立即触，离家布防此时所有的探测器处于警界状态，可以联网报警。它设有 8 个有线防区/16 个无线防区兼容，自录语音，语音分防区拨号报警，识别各种警情键盘面板操作， “黑匣子”功能，记录布、撤防、报警等事件，随时查阅，现场报警，启动内置警号，恐吓窃贼，拨号报警，电话遥控，异地监听，系统定时巡检，自动显示和打印警情，数据永久保存备查。随着科学技术的飞速发展，家庭防盗报警系统逐渐向智能化方向发展，出现了各种各样的智能化的防盗报警系统，在以后的发展中，将会出现越来越高级实用的家庭防盗报警装置，也是我们这一代人所研究的方向。1.2 设计背景目的随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统已不能满足人们需求，本系统的设计是对家庭防盗报警系统的研究，随着信息时代的到来，手机通讯工具越来越普及。该设计正是利用这一点，展开对家庭防盗报警系统的研究，解决了传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统中存在的隐患，如为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。它用AT89S52 单片机实现基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到主人的手机屏幕上，这使家庭防盗使用起来更及时、更方便。1.3 报警系统的应用该设计是基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统。根据防盗报警系统要求，通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制GSM Modem 向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了烟雾传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备了HD7279 键盘来自己设置报警手机号码和 315MHZ 调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。第二章 整体设计方案2.1 方案选择论证防盗报警系统设计防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心(硬件加软件)组成。它的最简形式是本地(家庭、单位等)报警系统,它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器,以及声光报警器。该系统设计方案有以下两种：方案一：利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。方案二：通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制 GSM Modem 向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了烟雾传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备了 HD7279 键盘来自己设置报警手机号码和 315MHZ 调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。通过比较，方案二能更能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择方案二。2.2 主控芯片单片机的选择20 世纪 80 年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有 50 多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的 8 位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国 Intel 公司：MCS51 系列及其增强型系列美国 Motorola 公司：6801 系列和 6805 系列美国 Atmel 公司：89C51 等单片机美国 Zilog 公司：Z8 系列及 SUPER8美国 Fairchild 公司：F8 系列和 3870 系列美国 Rockwell 公司：6500/1 系列美国 TI（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000 系列NS（美国国家半导体）公司：NS8070 系列尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是 Intel 公司的 MCS51 系列单片机和美国 Atmel 公司的 89C51 单片机。MCS51 系列单片机包括三个基本型 8031、8051、8751。8031 内部包括一个 8 位 CPU、128 个字节 RAM，21 个特殊功能寄存器（SFR） 、4 个 8 位并行 I/O 口、1 个全双工串行口、2 个 16 位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩 EPROM 芯片。比较麻烦，不予采用。8051 是在 8031 的基础上，片内集成有 4KB ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过 4K 字节的小系统。ROM 内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的 8051 都是含有特殊用途的单片机。所以 8051 适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。8751 是在 8031 基础上，增加了 4K 字节的 EPROM，它构成了一个程序小于 4KB 的小系统。用户可以将程序固化在 EPROM 中，可以反复修改程序。但其价格相对 8031 较贵。8031 外扩一片 4KB EPROM 的就相当与 8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。也不予采用。AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8KB 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。故此设计采用 AT89S52。2.2.1 AT89S52 的主要性能与 MCS-51 单片机产品兼容8K 字节在系统可编程 Flash 存储器1000 次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32 个可编程 I/O 口线三个 16 位定时器/计数器八个中断源全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符2.2.2 AT89S52 的引脚结构 2.3 通信模块的选择随着微电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具已经被普遍使用，基于这一点，我设计了基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统，而由于 HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的 GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和 51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的 GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRH GSM Modem 来进行通信。2.3.1 GSM Modem 的主要功能1.收发短信；2.借助短信实现远程小批量数据传输；3.语音通话（GSM 电话）；4.数传模式实现无线实时数据通信；图 2.1 AT89S52 封装引脚AT89S52 封装引脚如图 2.1 所示 5.无线上网（自动应答型）。2.3.2 GSM Modem 的硬件接口模块要求 12V/500mA 供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率9600bps，通过 SIM 卡座来安装 SIM 卡。2.4 传感器的选择要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是哪种传感器，其最终输出的都是开关量。2.4.1 红外传感器对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点：1.主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报；2.由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。2.4.2 烟雾传感器本设计选用离子式烟雾传感器，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，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。2.4.3 气体泄漏传感器本设计选用电化学型气体传感器，电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。近年来，又开发了检测酸性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO，NO，2CO，2O，2SO等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。2.5 键盘显示芯片选择为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LED显示，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，而HD7279键盘显示芯片支持64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片8279相比，外围芯片少，与CPU仅有4线串行通信，大大的节省了CPU I/O口的资源；HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如左移、右移、闪烁、消隐、段寻址等；HD7279具有片选信号，可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。所以本设计选用HD7279键盘显示芯片来预设防盗报警系统和电话号码。HD7279是一片具有串行接口的、可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵电路，即可完成LED显示键盘接口的全部功能。HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279具有片选信号可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。特点：串行接口，无需外围元件可直接驱动LED各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性循环左移/循环右移指令具有段寻址指令，方便控制独立LEDHD7279 的管脚封装如图 2.2 所示 HD7279引脚如表一所示64键键盘控制器，内含抖动电路有DIP和SOIC两种封装形式供选择 表一 HD7279引脚引脚名称说明1，2VDD正电源3，5NC无连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端；图 2.2 HD7279 的管脚封装当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端9KEY按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平10-16SG-SA段 g-段 a 驱动输出17DP小数点驱动输出18-25DIGO-DIG7数字 0-数字 7 驱动输出26CLK0振荡输出端27RCRC 振荡器连接端28RESET复位端2.6 存储器的选择为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的铁电存储器，该类存储器相对于传统的 EEPROM 有许多优点：1.传统的 EEPROM 写入次数有限，一般为 10 万次，而铁电存储器有着近乎无限次擦写的特性；2.传统的 EEPROM 写入速度较慢，一般需要 CPU 延时几个 NOP 的时间来等待写入，而铁电存储器有着和 RAM 相同的操作速度；3.EEPROM 需要较大的能量来完成一次擦写，而铁电存储器在写入时属于微功耗。同时本设计选用了 FM24C16 来作为非易失性数据存储器，其特点如下：1. FM24C16A 是一种串行非易失存储器，它的结构容量为 512*8 位，接口方式为工业标准二线制造串行接口，与串行 EEPROM 的功能操作相似，与 EEPROM 具有相同的引脚排列，不同之处在于，FM24C16A 具有非常出色的写操作性能；2.FRAM 内部采用读恢复机制操作。所以读写次数与每一次读写都有关系。FRAM 结构是基于行与列阵列排布，每次访问都会使一行减少一次读写寿命。铁电的擦写次数几乎可以说是无限次。即使每秒访问 3000 次，连续使用十年，使用寿命仍未终止。2.7 时钟芯片的选择为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可DS12887 管脚如图 2.5 所示 靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。DS12887 采用 CMOS 技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用 DS12887 芯片设计的时钟电路不需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887 芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。故本设计选用了 DS12887 实时时钟芯片。2.7.1 DS12887 功能该模块有两个功能：一是为系统提供实时的时间日历信息；二是送出一个周期为 125ms 的方波作为 MCU AT89S52 外部中断 INT0 的中断源，以产生周期性中断采集数据。该模块主要由 DS12887 组成，具体的接口电路如图所示。DS12887 是 DALLAS 公司生产的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、可编程中断、方波发生器和 114 字节的非易失静态RAM。2.7.22.7.2 DS12887 引脚定义 AD0-AD7：地址/数据，应接 P0 口。MOT：总线类型选择，与 AT89S52 连接时接地。CS：片选端，地址选通，与 AT89S52 连接时接 ALE。R/W：读/写控制，与 AT89S52 连接时接 WD。DS：数据选通，与 AT89S52 连接时接 RD。RESET：复位端，接+5V。 IRQ：中断请求输出。DS12887 管脚如图 2.5 所示图 2.5 DS12887 管脚图 3.2 单片机电源第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计3.1 系统结构原理图主电路采用 AT89S52，由于 AT89S52 内含 8KB 容量，因此在设计中不需要外扩 ROM。硬件电路主要有键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号电路等组成。电路原理框图如图 3.1 所示：3.2 电源部分3.2.1 单片机的电源单片机的电源由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，所以一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量较少纹波,电压要恒定,且单片机复位电路要稳定、可靠,考故需要设计一个直流稳压电源给单片机供电，先经变压器转为 9 伏的交流电，再通过桥堆 2W10 对输入的 9 伏的交流电进行整流，然后通过电容滤波，T1TransD12Bridge1100pFC3100pFC41KR1D31N5406220v7805GNDinoutDS1S15V红外传感器烟雾传感器燃气泄漏传感感感器MCU遥控布、撤防备 用 电 源图 3.1 系统总体框图GSM 模块单片机电源图 3.2 所示 U0 +ZU -TU 0 +TU IU -ZU 稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为 +5 伏，电源指示灯亮，说明该模块能正常工作。3.2.2 备用电源为了防止窃贼在进入防区之前将系统的供电交流电源切断，系统必须能够在交流电源被切断后继续正常运行一段时间，本系统采用 12V/7AH 的铅酸蓄电池作为后备电源，这就给系统设计提出了一个继续解决的问题：就是蓄电池的充电电源管理问题。由于铅酸蓄电池在过充情况下电解液会发生气化现象，导致蓄电池的寿命降低 ，蓄电池在充满电时，蓄电池的电压大概在 13.6V 左右，在欠压时电压大概在 10.9V 左右，根据这个特点，本人发现此充放电特性符合滞回比较器的传输特性，即将滞回比较器的上限阈值设为 13.6V，下限阈值设定为 10.9V，当充满电后，使滞回比较器控制继电器将充电限流电阻切换到较大的限流电阻上；当放电到 10.9V 时，滞回比较器控制继电器将限流电阻切换到较小的限流电阻上，并且保障系统正常工作电流要小于快充充电电路的电流，而大于慢充充电电路的电流。这样就能保证滞回比较器始终工作在 10.9V13.6V 的滞回带内，即保证蓄电池既不欠压又不过充。滞回比较器:有滞回特性，具有抗干扰能。从反相输入端输入的滞回比较器电路如图 3.3所示，电路中引入了正反馈。ARR2R1DU0U1P滞回比较器工作原理：图 3.3 滞回比较器电路图 3.4 电压传输特性从集成运放输出端的限幅电路可以看出，0ZUU 。集成运放反相输入端电位，同相输，入端电位NIUU 112.PZRUURR (3-2-1) 根据“虚短”NPUU,求出的IU就是阈值电压，因此得出0ZUU 112TZRUURR (3-2-2)当 ,ITNPUUUU ，因而0ZUU 所以当 ,ITNPUUUU ，因而0ZUU ,所以.PTITUU UU 可见，0U从ZU跃变为ZU和0U从ZU跃变为ZU的阈值电压是不同的。电压传输特性如图 3.4 所示。3.3 时钟电路3.3.1 单片机时钟电路该模块使用 11.0592MHZ 的晶振和两个 30PF 的电容来实现的，它为单片机提供工作时的时钟脉冲，没有该模块单片机将不能工作。晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作。图 3.5 单片机时钟电路单片机时钟电路如图 3.5 所示 时钟芯片与单片机的连接如图 3.6 所示 3.3.2 系统的时钟电路为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，本设计选用了 DS12887实时时钟芯片。时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD 形式。时间可选择 12 小时制或 24 小时制，当选择 12 小时制时，小时字节高位为逻辑“1”代表 PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这 10 个字节走时 1 秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从 C0 到 FF 的 16 进制数。当小时字节的不关心码位置时，定闹为 1 小时发生一次，由于小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。图 3.6 时钟芯片与单片机的连接VCC24AD59AD48AD37AD26AD15AD04AD711MOT1AD610CS13AS14R/W15DS17RST18SQW23GND12IRQ19U2DS12887VCCP1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89S52 DS12887 采用 CMOS 技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用 DS12887 芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887 芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下：1内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。2计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。3二进制数码或 BCD 码表示时间、日历和定闹。412 小时或 24 小时制，12 小时时钟模式带有 PM 和 AM 指导，有夏令时功能。5MOTOROLA5 和 INATAEL 总线时序选择。6有 128 个 RAM 单元与软件音响器，其中 14 个作为字节时钟和控制寄存器，114 字节为通用 RAM，所有 ARAM 单元数据都具有掉电保护功能。7中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。3.4 信号采集电路3.4.1 红外信号检测信号检测电路主要由红外检测探头 SD02 和 BISS0001 信号处理电路组成。 信号检测电路如图所示。配以滤波镜片和阻抗匹配用场效应管组成的红外传感器，以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电信号，经BISS0001 中的运放 N1 的前置放大、运算放大器 N2 的第二级放大，将直流电位抬高为内置电压 Um 后送到由比较器 N4、N5 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 Us。由于内置电压 UH0.7UDD、UL0.3UDD，当 UDD=5V 时，可有效地抑制1V 的噪声干扰。N3 作为条件比较器，当输入电压 Uc 小于内置电压 UR(0.2UDD)时，N3 输出为低电平封住了 Us 向下级递送。而当 UcUR 时，N3 输出为高电平，打开与门 N7，此时若有触发信号 Us 的上跳变前沿到来，则可启动延时定时器，同时 Uo 输出为高电平。比较器的域值选取很重要，域值太低易误报，太高则灵敏度低。在定时周期 Tx 内，BISS0001 的输出端 2 为高电位，则晶体管 VT1 饱和导通，其集电极为低电位，将这一信号送到由单片机及无线发射电路组成的编码及无线发射电路，接到编码用的单片机的 P0.0 口，单片机将该探头编码后通过无线发射;在 Tx 结束时，BISS0001 进入封锁周期Ti，其输出端变为低电平，晶体管截止，其集电极为高电平。BISS0001 的 1 脚(A 端)与电源相连，使信号检测电路处于重复触发。Tx 定时间隔可由 BISS0001的 3 脚和 4 脚上所接的电阻和电容来确定。信号检测探头仰角可在 120范围内调节，并通过改变仰角来进行实际探测距离的调节，我们可通过实际测试来调整，也可以调整信号检测电路中的可调电阻 RP 来调整探头的检测距离，本设计电路可探测距离为 30m。图 3.7 红外信号检测电路 红外信号检测电路如图 3.7 所示C12C10C11C14C13R25R21R20R23R19R22R42C9C15R24R2691011121314151687654321BISS0001Q32N3904VCCSD023.4.2 气体、烟雾检测在出现可燃性气体时 TGS308 型气体传感器的电导增加，通过电位器 RP滑动点取出电压，其值从正常的 3V 有效值增加到 20V。此升高的电压经二极管和 4.7K 电阻加至晶体管 VT1，使之导通，VT1 导通使双向晶体管 2N6070A导通，使之输出一个高电平，来使单片机控制工作。在检测烟雾信号时，为了简单电路，我选用了与 TGS308 工作原理相近的 8224 烟雾传感器。同样，在8224 周围气体浓度增加时，它的电导也会增加，通过这个电路也可以实现向单片机发送开关信号，来控制报警信号。TGS308 82241820003124VR43D14R32Q42N3904D13C6R27C7R33传传传P3.4,P3.5SD02图 3.8 气体、烟雾检测电路气体、烟雾检测电路如图 3.8 所示 3.5 复位电路该部分电路完成 AT89S52 的复位，采用按键复位的方式，它与单片机的 RST 引脚相连，当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电复位的功能。其电阻 R1 为 200 欧姆，R2 为 1K 欧姆，电容为 22uF。36 键盘显示电路为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，本设计选用HD7279作为键盘显示驱动，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，电路如图所示。该芯片支持64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片8279相比，外围芯片少，与CPU仅有4线串行通信，大大的节省了CPU I/O口的资源；HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如左移、右移、闪烁、消隐、段寻址等；HD7279具有片选信号，可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。图 3.9 复位电路复位电路如图 3.9 所示 键盘显示电路如图 3.10 所示 图 3.10 键盘显示电路3.7 通信电路3.7.1 发射、接收电路为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设计选用了 315MHZ 调幅遥控器，该遥控器具有以下优点：1传 工作在业余频段，不用花钱购买频点；2传 有效距离远，一般可达 2001000 米；3传 有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272 编解码芯片对都提供 8 位三态的编解码状态，也就是说有 3 的 8 次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的防盗报警布、撤防应用。发射、接收电路无解码电路图分别图 3.11 和 3.12 所示图 3.11 发射电路图 3.12 接收电路3.7.2 GSM 模块与单片机的连接HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议，与单片机通过串口连接，由于HRH GSM模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双工的工作方式，来进行通信和控制。GSM模块与单片机的连接如图3.13所示123456789J1D Connector 9Q22N3906tRT2ttRT3tRT1Q12N3904D1D2C1VCCPCRXD9015TXDRXDPCTXDP1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89S5212Y1XTALC1C2VCCR29R30S1C5VCC2传传传传传传3传传传传传传传1传传传传图 3.13 GSM 模块与单片机的连接第四章 家庭防盗报警系统的软件设计4.1 主程序流程图（图 4.1）初始化发短信：系统运行正常！布防撤防NYNYNNN读时钟是否等于定时时间读布撤防开关读燃气泄漏传感器开关量烟雾传感器开关量红外传感器开关量开始4.2 外部中断 0 中断服务子程序流程图（图 4.2）4.3 通信模块的设置该设计选用 HRH GSM Modem 来进行通信。HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的 GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和 51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的 GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。HRH GSM Modem 的软件协议发短信：有人行窃！发短信：厨房有燃气泄漏发短信：屋内有火灾警情！YYY外部中断 0读键值校时键预设键复位键校时子程序预设子程序复位子程序出中断图 4.1 主程序流程图图 4.2 外部中断 0 中断服务子程序流程图 1.A表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 进制数据00。2.帧结构：帧头（固定为0AAH）指令码数据。4.3.1 设置短信中心号 以北京地区为例，短信中心号为：+8613800100500，应向GSM MODEM 下发数据帧：AA 09 2B 38 36 31 33 38 30 30 31 30 30 35 30 30 （16 进制数据）如果设置成功，GSM MODEM 应答 AA 09 “+8613800100500”，如果设置不成功，GSM MODEM 应答 AA 09 ERROR。短信中心号设置后，保存在SIM 卡上，只需设置一次；也可以在手机上把短信中心号设置好后再装入GSM Modem，以后就不用再设置。 4.3.2 利用 GSM MODEM 向普通手机发短信 以向手机13661174602 发中文信息“测试”为例：首先计算或查表得到“测试”的UNICODE 编码为：6D4B（测） 8BD5（试）；向GSM MODEM 下发数据帧：AA 02 31 33 36 36 31 31 37 34 36 30 32 6D 4B 8B D5GSM MODEM 可能返回于下信息：AA 01 ERROR短信未从GSM MODEM 送出，可能是未登陆网络或SIM 卡故障。AA 01 OK 短信已从GSM MODEM 送出，但未送达短信中心，可能是信号质量差或天线连接不好。AA 01 SEND OK 短信已送达短信中心，并且短信中心已经下发给接收方。AA 01 SUCCESS 13661174602： 0304111023123203041110231532接收方已经收到短信（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回；GSM MODEM 已设置成短信自动应答）。AA 01 FAILURE 13661174602：0304111023123203041110331532短信中心未能将短信送达接收方或接收方已经收到短信，但其给短信中心的回应短信中心没有收到（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回）。一般情况下，由于短信不保证实时性，所以从发送到对方接收到短信可能有5-10 秒的延时，使用中建议设置短信超时定时器长度在20-30 秒左右。短信发送成功的返回信息：先返回 AA 01 SEND OK31；如果接收方手机设置了短信自动应答，则在对方收到后返回AA 01 SUCCESS 13661174602： 0304111023123203041110231532。短信发送失败的几种可能返回信息：1. AA 01 ERROR2.AA 01 OK3. AA 01 SEND OK32 4. AA 01 FAILURE 13661174602 ：03041110231232030411103315324.4 串口控制 SMS 的工作原理单片机与 GSM 模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为 19200bps。采用这种 RSM232 电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232 接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与 GSM 模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机 AT89C52 和电平转换芯片 MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过2I C总线扩展了一个2E PROM存储器芯片 AT24C64，它的主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必须的。GSM 的短信息业务 SMS 利用信令信道传输，这是 GSM 通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的 GSM 终端没开机时信息不会丢失。每个短信的信息量限制为 160 字节。现在市场上大多数手机均支持 GSM07.05 规定的 AT 指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对 SMS 的控制。利用GSM 手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的 AT 命令，就能达到控制GSM 模块收发 SMS 的目的。必须注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的 ASCII 码。用单片机控制 GSM 模块收发短信息所涉及以的 AT 指令如表二所示表二 AT 指令AT+OFF关机并重新启动AT+CSDH=0在 TEXT 模式下在返回值中不显示详细的头信息ATE0关闭回显AT+CMGF=1选择短信格式为 TEXT 模式AT+CMGS发送短信息AT+CMGR 读取短信息AT+CMGD=0 删除全部短信息结论该设计用单片机作为控制核心，配以其它高精度进口集成器件，加上对软件的精心设计，实现了家庭防盗报警。硬件设计采用 PROTEL DXP 软件，完成了系统的键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号等模块的电路原理图的设计。软件设计采用 Keil C51 开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简单、功能齐全、性价比高等特点，是一种经济、实用的家庭防盗报警系统。本次设计切实考虑了家庭防盗的需求，针对家庭防盗的主要方面而设计的一款新型家庭防盗报警系统。设计过程中充分考虑了各种可能出现意外情况，根据具体情况设计了相应的功能，如预设、校时、查询等，操作简单、方便。此系统借助最可靠、最成熟的 GSM 移动网络，大大减少了误报现象，可靠性强。设计是一个漫长而充满挑战的过程，在发现错误与解决错误的过程中我发现自己的能力得到了很大的提高。但是也留下了些遗憾，由于资金和本地的市场条件没有完成硬件实物的连接。致 谢该课题及学位论文是在我的导师的悉心关怀和精心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的开始到最终完成，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了许多做人的道理。在我的课题开展过程中倾注着导师辛勤的汗水和心血。导师的为人师表、渊博的知识、宽广的胸怀让我倍受教益，在此谨向导师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意！通过本次毕业设计，使我增强了理论与时间结合的能力，设计过程中遇到各种问题在指导老师的帮助下得以解决，锻炼了我的意志，更使我增强了信心。在此要感谢学院给提供了良好的实验环境以及我的指导老师李响。衷心感谢在我成长的路上指点和帮助我的前辈和朋友们！衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授。参参 考考 文文 献献1张毅刚等.MCS51 单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社。2涂时亮等.单片机软件设计艺术.重庆:科学文献出版社重庆分社。3周航慈.单片应用程序设计技术.北京:北京航空航天大学出版社。4李华主编.MCS51 单片机实用接口技术.北京:航空航天大学出版社。5 谢自美.电子线路设计（第二版）.南京:华中科技大学出版社。6何立民.单片机应用技术选编.北京:航空航天大学出版社。7宋文绪，杨帆主编.传感器与检测技术.北京:高等教育出版社。8童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社。9李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京:高等