基于單片機(jī)家用防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)大作業(yè)題 目：基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火_防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)_ 組 員：苗哲哲、王敬博、穆文遠(yuǎn)_所 屬 院： 信息院_專 業(yè)： 通信工程_班 級(jí)： 1401 _指導(dǎo)教師： 張秋菊 _基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了一個(gè)基于單片機(jī)、GSM 短信模塊為核心的智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)，并從基本工作原理、電路的構(gòu)成等進(jìn)行了詳細(xì)的闡述該系統(tǒng)采用主動(dòng)式紅外傳感器和煙霧傳感器進(jìn)行檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)遇到有人入侵時(shí)，有火情出現(xiàn)有濃煙時(shí)及時(shí)燈光報(bào)警，并且以直觀的中文短信的方式，將具體的情況反應(yīng)到你的手機(jī)屏幕上，能確保你的家庭安全。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、適應(yīng)能力強(qiáng)、電路設(shè)計(jì)可靠、一般家庭都能接受。現(xiàn)代報(bào)警系統(tǒng)由簡(jiǎn)單化、局部化逐步向著智能化、集成化的方向發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)防盜報(bào)警系統(tǒng)通信方式存在線路被切斷或惡意占線的類似隱患或功耗很大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的 GSM 短信模塊的家庭無(wú)線防火防盜報(bào)警系統(tǒng)。 1 總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由單片機(jī)與 GSM 短信模塊、紅外煙霧傳感器、聲光報(bào)警模塊等組成，針對(duì)火災(zāi)信號(hào)，煙霧傳感器通過監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范，紅外傳感器主要用于防盜，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警并通過 GSM 模塊，給預(yù)先設(shè)置好的用戶號(hào)碼發(fā)送短信，及時(shí)通知用戶。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) ； 紅外傳感器 ；數(shù)據(jù)采集； 報(bào)警電路2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 微處理器電路基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 微處理器采用的是 8 位高性能的單片機(jī) STC89C52RC，該型號(hào)處理器能與 51 系列單片機(jī)完全兼容，它具有比 51 系列的單片機(jī)更為強(qiáng)大的功能，它的抗干擾能力強(qiáng)以及性能穩(wěn)定性高，可利用的資源比較豐富，8 KB 的 flash 存儲(chǔ)容量，512 B 的 RAM 容量，時(shí)鐘晶振可達(dá) 80 MHZ，性價(jià)比較高，可在高速低速應(yīng)用場(chǎng)合下均可良好應(yīng)用。2.2 GSM 模塊電路連接GSM 是 global system for mobile communications 的簡(jiǎn)寫，意思是：全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。GSM 系統(tǒng)有以下重要特點(diǎn)：防盜能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)容量大，手機(jī)號(hào)碼資源豐富，通話清晰，穩(wěn)定性強(qiáng)不易受到干擾，信息靈敏，耗電量低，機(jī)卡分離等優(yōu)點(diǎn)，所以先如今被廣泛引用于世界上的各個(gè)國(guó)家。本設(shè)計(jì)采用的是西門子的 TC35 型 GSM 模塊，GSM 模塊可以使用文字短信來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的小批量數(shù)據(jù)傳輸，與單片機(jī)通過串口通信，波特率為 96009600bps，通過 SIM 卡座來(lái)實(shí)現(xiàn) SIM 卡的安裝、應(yīng)用。GSM 模塊的引腳接線圖如圖 2 所示。2.3 傳感器電路2.3.1 紅外傳感器對(duì)于防盜的紅外感應(yīng)器而言，本系統(tǒng)采用的是紅外線對(duì)射傳感器，對(duì)射紅外傳感器可適用于安裝在門窗和一切需要設(shè)防的位置，其采用基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 的多光束綜合判斷，當(dāng)前方有障礙物遮擋其紅外感應(yīng)時(shí)，紅外設(shè)備就被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報(bào)現(xiàn)象;其次由于其安裝在門窗等位置，可使用戶夜間的正?；顒?dòng)不受到限制，這給用戶提供了便捷的夜間布防的可能性。2.3.2 煙霧傳感器(也可檢測(cè)氣體泄露)煙霧傳感器就是通過監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的。該設(shè)計(jì)采用的是 MQ-2 氣體傳感器，它采用的氣敏材料是在二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率將隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。由于 SnO2 在清潔空氣中電導(dǎo)率較低，所以MQ-2 氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。并且簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。2.4 蜂鳴器聲光報(bào)警基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到了有物體穿過或者煙霧傳感器(氣體泄漏傳感器)感測(cè)到了有煙霧和有害氣體濃度達(dá)到泄漏時(shí)，電路板上的顯示燈就會(huì)亮起，并且蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音，提示感應(yīng)器發(fā)現(xiàn)異物，可提醒人們注意!2.5 放大電路的設(shè)計(jì)如圖 5 所示為最基本的放大電路，Vi 是輸入電壓信號(hào)，Vo 是輸出放大的電壓信號(hào)。 Q2901RKC7uV6oi圖 5 放大電路圖基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 2.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us5。如圖 6 所示為時(shí)鐘電路。 CX1MHZTAL圖 6 時(shí)鐘電路圖2.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在 RESET 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作 6。例如使用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us7。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖 7 示為復(fù)位電路。基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)6 RCVSsT單圖 7 復(fù)位電路圖2.8 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由 4 個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的 RXD 的引腳，外接 VCC，當(dāng)單片機(jī)的 RXD 引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用 8。圖 8 所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。 D3LE52091X圖 8 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖2.9 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè) Speaker 和三極管、電阻接到單片機(jī)的 TXD 引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖 9 示為聲音報(bào)警電路?；趩纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)7 LSpeakrQ1805R64KVC單TXD圖 9 聲音報(bào)警電路圖2.10 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)單概述2.10.1 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 3。AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖 2 為 AT89C51 單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O 口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 外 時(shí) 鐘 源 外 部 事 件 計(jì) 數(shù)外 部 中 斷 控 制 并 行 口 串 行 通 信圖 2 AT89C51 功能方塊圖2.10.2 AT89C51 管腳說(shuō)明ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。AT89C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FLASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256 B RAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 16 AT89C51CPU64 KB 總線 擴(kuò)展控制器可編程 I/O 可編程全雙工串行口內(nèi)中斷基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn) GSM 短信的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)9 P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入