智能家居報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告智能家居報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名: 張偉檳、黃洪鑫、鄭桂賢 班 級(jí)： 12電子信息工程3班 學(xué) 號(hào)： 201231190425/18/19 指導(dǎo)老師： 姜晟 、鄧小玲 日 期： 2014年12月19日 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院15摘要:二十一世紀(jì)是信息化的年代，“智能”的生活方式成為一種趨勢(shì)。無論日常用品，數(shù)碼產(chǎn)品，或者其他與生活相關(guān)的，都以一種“智能”的姿態(tài)闖入人類的生活當(dāng)中。而人類在享受“智能”帶來的方便之時(shí)，也活在它所帶來的各種隱患之中。而犯罪帶來的家居安全問題，也逐漸引起人們的高度關(guān)注。為了采取高效的方法解決此問題，本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)為控制核心，熱釋電紅外傳感器和用LCD顯示

2、狀態(tài)的密碼鎖模塊為保護(hù)探測(cè)手段，并利用語音報(bào)警為阻嚇方法，GSM發(fā)送手機(jī)短信提示財(cái)產(chǎn)所有者以及進(jìn)行報(bào)警，設(shè)計(jì)出應(yīng)用范圍較廣，智能化水平較高的智能家居報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)各種意欲破壞家居安全的行為給予本地震懾，并通過遠(yuǎn)程通知為及時(shí)制止犯罪提供足夠時(shí)間。關(guān)鍵詞：智能家居 安全系統(tǒng) GSM 單片機(jī) Abstract:This Alarming System for Home Security aims at alarming for sudden invadings.The major function of it is to guarantee the safty of our home.By testi

3、ng any threats with intelligent methods,it alams and send messages to our mobile phones.In this way,it not only stop crimes by threating the crimer,it also guarantee the owners immediate reflection to the crme,which decreases the loss.To realize the function of it,the Single Chip Microcomputer is us

4、ed to work as the controller for the system,while the human body pyroelectric infrared sensor and the password access control module work as a method to find out the threats.Whats more? When the sensor module is trigged, the alarm module will send the alarm signal by sound and flash light, also it w

5、ill communicate to the GSM module to send a message. Keywords：Smart House safety System GSM MCU 目 錄一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求41.1基本要求41.2發(fā)揮部分4二、 系統(tǒng)方案論證與選擇42.1系統(tǒng)基本方案42.2系統(tǒng)各模塊的方案分析52.3系統(tǒng)最終方案7三、 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)73.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分73.2主要單元電路的設(shè)計(jì)8四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)12五、 系統(tǒng)測(cè)試145.1測(cè)試儀器145.2指標(biāo)測(cè)試14六、 總結(jié)14致 謝16參考文獻(xiàn)17一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求1.1基本要求任選一種報(bào)警源：即密碼鎖模塊(0

6、.5)、人體熱釋紅外感應(yīng)模塊(0.5) 可任選一種。任選一種報(bào)警方式：即可選用喇叭報(bào)警(0.5)、彩燈閃爍報(bào)警(0.5)、語音報(bào)警(附加分5分)、啟動(dòng)GSM模塊實(shí)現(xiàn)與手機(jī)終端通信報(bào)警(附加分10分)。1.2發(fā)揮部分可選擇多種報(bào)警源、多種報(bào)警方式，也可自由添加其他功能，如紅外遙控密碼鎖等。2、 系統(tǒng)方案論證與選擇2.1系統(tǒng)基本方案根據(jù)要求，本設(shè)計(jì)主要由：熱釋電紅外傳感器、密碼輸入模塊、語音功能模塊、顯示電路、單片機(jī)控制電路、蜂鳴器模塊、GSM信號(hào)發(fā)送模塊以及下載模塊組成，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)整體框圖PCB板圖如圖2所示，PCB板圖如圖3所示：圖2 PCB版圖圖3 測(cè)試儀器列表2.2

7、系統(tǒng)各模塊的方案分析1.2.1 主控制器選擇方案（1）: AT89C52作為主控制器，可反復(fù)擦寫，并且其功能強(qiáng)大，能應(yīng)用于較復(fù)雜的控制場(chǎng)合。但AT89C52外圍電路接線復(fù)雜；需要用并行編程器下載程序，并且每次燒寫程序都需要握手操作，極不方便。方案（2）: AT89S52作為主控制器，該芯片有低功耗高性能體積小的特點(diǎn)，并且適用于常規(guī)編程器，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。另外，AT89S52支持ISP下載，并且可以通過AT89S52系統(tǒng)板預(yù)留ISP下載接口，實(shí)現(xiàn)在線燒寫程序。方案（3）：STC89C52作為主控制器，該芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

8、8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 且具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片

9、機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。經(jīng)小組討論，選擇方案（3）。1.2.2 密碼輸入模塊STC89C52單片機(jī)P1引腳外接44矩陣鍵盤，按鍵有09,還有確認(rèn)、取消、刪除等功能按鍵。開機(jī)后根據(jù)液晶屏顯示的提示語，按數(shù)字鍵鍵即可輸入密碼，按修改密碼鍵，在正確輸入舊密碼的前提下，即可修改密碼。1.2.3 熱釋紅外檢測(cè)模塊方案（1）：采用常用的紅外探頭作為信號(hào)采集模塊，該模塊集成度高，反應(yīng)靈敏，但其作用范圍小，受外界物體影響較大。方案（2）：采用采用紅外熱釋電處理芯片BISS0001專門處理芯片設(shè)計(jì)的人體熱釋紅外檢測(cè)模塊，具有較高的靈敏度與較高的分辨

10、度。并且作用范圍寬，是針對(duì)人體熱釋紅外檢測(cè)。經(jīng)小組討論，選擇方案（2）。1.2.4 顯示模塊方案（1）：采用利用發(fā)光二極管的特性組合而成的數(shù)字顯示器件，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的段碼，控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字，其中靜態(tài)顯示方式只能顯示單個(gè)數(shù)字，而動(dòng)態(tài)顯示方式因其掃描時(shí)間會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源。方案（2）：采用1602液晶模塊，它的每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。同時(shí)，能很方便的控制實(shí)現(xiàn)清屏、左移右移、光標(biāo)顯示等效果。而且其顯示的字符在下一條指令為到來之前不會(huì)改變，能夠維持顯示的字符并且占用的系統(tǒng)資源也少。經(jīng)小組討論，選用方案（2）。1.2.5

11、 下載模塊方案（1）：串品通信口則是用USB轉(zhuǎn)串口線或串口線。方案（2）： ISP下載口是用ISP下載器加一個(gè)ISP軟件程序?qū)⒕幒玫某绦驘浀絾纹瑱C(jī)上，實(shí)施方便，性能好。經(jīng)小組討論，選用方案（2）。1.2.6 聲音提醒功能模塊方案（1）：使用蜂鳴器作為提醒模塊，在按鍵和需要報(bào)警時(shí)發(fā)出聲音。具有穩(wěn)定、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。方案（2）：使用語音芯片錄制聲音，配合顯示模塊發(fā)出相應(yīng)的提示音。報(bào)警時(shí)發(fā)出預(yù)設(shè)的報(bào)警語音。方案（3）：既使用蜂鳴器作為提醒模塊，在按鍵和需要報(bào)警時(shí)發(fā)出聲音。也使用語音芯片錄制聲音，配合顯示模塊發(fā)出相應(yīng)的提示音。報(bào)警時(shí)發(fā)出預(yù)設(shè)的報(bào)警語音。優(yōu)點(diǎn)，提示功能全面，交互性友好。經(jīng)小組討論，選用方案

12、（3）。1.2.6 GSM模塊無線模塊使用常用的GSM/GPRS模塊，通過單片機(jī)引腳RXD、TXD引腳通過串口控制，在報(bào)警時(shí)向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。2.3系統(tǒng)最終方案為實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)，處于各種現(xiàn)實(shí)因素如實(shí)用性、節(jié)能性以及可控性等方面因素的考量，結(jié)合上述對(duì)比，本小組最終決定采用以下芯片來完成各模塊功能的實(shí)現(xiàn): STC89C52實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制模塊，BISS0001實(shí)現(xiàn)熱釋電紅外傳感模塊，STC89C52單片機(jī)P1引腳外接44矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)密碼鎖模塊, 1602液晶模塊實(shí)現(xiàn)LCD模塊, ISD1760語音芯片與蜂鳴器搭配作為聲音提醒功能電路，串口下載器實(shí)現(xiàn)下載模塊，使用常用的GSM模塊作短信報(bào)警。3、 系

13、統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分本設(shè)計(jì)是一個(gè)集光、電、聲、熱、無線通信一體的綜合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、無線通信技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可分為傳感器檢測(cè)部分、界面交互部分、智能控制部分和通信部分。傳感部分包括人體熱釋電檢測(cè)模塊，界面交互部分包括LCD液晶模塊、蜂鳴器模塊、語音芯片模塊及揚(yáng)聲器，智能控制部分包括單片機(jī)最小系統(tǒng)和按鍵矩陣模塊，通信部分包括串口通信模塊和GSM無線模塊。系統(tǒng)完成了紅外檢測(cè)、密碼輸入與檢測(cè)、聲音與界面交互、短信報(bào)警等各項(xiàng)任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)此等功能，本設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩部分。硬件電路方面主要由：熱釋電紅外傳感器、密碼輸入模塊、LCD控制顯示電路、

14、單片機(jī)控制電路、報(bào)警器、GSM信號(hào)發(fā)送模塊以及下載模塊組成，系統(tǒng)硬件框圖如圖4所示。STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)按鍵矩陣模塊1602液晶顯示模塊紅外熱釋電檢測(cè)模塊MAX232串口通信模塊ISD1760語音模塊蜂鳴器模塊GSM無線通信模塊圖4 系統(tǒng)硬件框圖3.2主要單元電路的設(shè)計(jì)3.2.1按鍵矩陣模塊電路使用44鍵盤非編碼鍵盤進(jìn)行密碼輸入。鍵盤為8線，通過單片機(jī)輸入單片機(jī)內(nèi)。行線接高電平，當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)行線呈現(xiàn)高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，行線電平輸出由列線控制。使用掃描法逐列將列線置低電平并逐行掃面看有否行圖5 鍵盤連線電路圖電平從高變低找出按下的鍵，并通過查表得出對(duì)應(yīng)鍵的鍵值。如圖5所示。3.2

15、.2紅外熱釋感應(yīng)模塊通過人體紅外熱釋感應(yīng)模塊，能夠感知到一定范圍內(nèi)的人體發(fā)出的紅外線，該模塊已集成其外圍電路，有三個(gè)對(duì)外接口，分別為電源、地線和信號(hào)線。上電后，芯片需要1分鐘左右的時(shí)間初始化，期間會(huì)有0-3次高電平出現(xiàn)。采用持續(xù)感應(yīng)模式，當(dāng)感應(yīng)到熱源時(shí)，信號(hào)線輸出高電平，熱源消失后在一段延時(shí)后恢復(fù)到低電平。下次感應(yīng)到熱源時(shí)，再次出現(xiàn)高電平，可重復(fù)觸發(fā)。該模塊通過非門進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后與單片機(jī)P3.2（低電平觸發(fā)）引腳連接，使用外部中斷方式控制單片機(jī)運(yùn)行。如圖6所示。圖6 紅外熱釋感應(yīng)模塊電路3.2.3 LCD顯示模塊LCD顯示模塊用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)，密碼鎖操作狀態(tài)。顯示模塊使用LCD1602，是由液

16、晶顯示屏和其譯碼電路組成，能顯示數(shù)字英文，兩行顯示，界面友好。16個(gè)對(duì)外接口，8根數(shù)據(jù)線使用并行連接方式，接單片機(jī)P0口，3根控制線分別接單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2引腳，另外5根線用于電源、接地以及控制背光，分別接電源、接地和可調(diào)電阻。如圖7所示。圖7 LCD顯示模塊電路3.2.4蜂鳴器模塊單片機(jī)的P3.7引腳產(chǎn)生低電平使蜂鳴器發(fā)出響聲，通過三極管放大。充當(dāng)鍵盤按鍵提示音，每按一下鍵盤會(huì)有一聲蜂鳴聲提示，密碼鎖狀態(tài)提示音，確認(rèn)密碼后有若干下蜂鳴聲作為密碼鎖狀態(tài)提示音，也可參與報(bào)警。如圖8所示。圖8 蜂鳴器電路3.2.5語音功能模塊語音報(bào)警電路由ISD1760芯片、喇叭、麥克風(fēng)和控制按鈕

17、組成，可進(jìn)行語音的錄入、擦除及播放。采用芯片的獨(dú)立按鈕模式，引腳REC控制錄音，出現(xiàn)低電平時(shí)開始錄音，引腳LED出現(xiàn)低電平，LED燈亮，表示錄音中，低電平消失后停止錄音。引腳ERASE控制錄音的擦除，低電平觸發(fā)，刪除當(dāng)前錄音。引腳VOL控制音量大小，初始為最大音量，低電平觸發(fā)一次音量大小降低一級(jí)，音量總共八級(jí)，達(dá)到最小后下一次觸發(fā)返回最大值。按鈕S5、S6、S7分別控制語音報(bào)警電路的錄音、擦除及音量。引腳PLAY控制語音播放，低電平觸發(fā)，播放當(dāng)前錄音，持續(xù)的低電平可使其循環(huán)播放。播放引腳與單片機(jī)的P2.4連接，當(dāng)報(bào)警時(shí)，單片機(jī)的P2.4腳持續(xù)輸出低電平，觸發(fā)語音報(bào)警模塊，使模塊中預(yù)先錄入的錄音

18、自動(dòng)循環(huán)播放，實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警。如圖9所示。圖9 語音芯片模塊電路3.2.6串口通信模塊圖10 通信下載模塊電路串口采用工作方式1，單片機(jī)的通信引腳RXD、TXD通過芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換連接串口，單片機(jī)的TXD引腳發(fā)送信號(hào)到MAX232的T1IN，RXD引腳從MAX232的R1OUT接收信號(hào)。該模塊可通過連接串口與GSM模塊進(jìn)行通信，發(fā)送控制命令及接收應(yīng)答信號(hào)。還可以通過連接串口把程序下載到單片機(jī)芯片中。如圖10所示。3.2.7 GSM無線通信模塊利用單片機(jī)發(fā)送轉(zhuǎn)換成傳輸命令字的信碼，發(fā)送給TC35。發(fā)送短信時(shí)，每發(fā)送一條指令給GSM模塊，TC35返回一條指令。發(fā)送短信時(shí)，使用同樣的通信方

19、式，不同的通信命令字。接口電路如圖11所示：圖11 GSM模塊電路4、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開始系統(tǒng)初始化人體紅外檢測(cè)有人？LCD、語音提醒輸入密碼修改密碼？密碼正確？語音播放“歡迎回家”結(jié)束LCD提醒輸入舊密碼密碼正確？存儲(chǔ)新密碼，GSM短信通知輸錯(cuò)三次？發(fā)出警報(bào)聲發(fā)送報(bào)警短信圖12 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)程序流程圖如圖12所示：5、 系統(tǒng)測(cè)試5.1測(cè)試儀器表1 測(cè)試儀器列表序號(hào)儀器名稱數(shù)量1UNI-T 數(shù)字萬用表12示波器13萬用表14直流電源15.2指標(biāo)測(cè)試延時(shí)精度結(jié)合12M晶振預(yù)分頻，采用for語句延時(shí)，經(jīng)測(cè)量調(diào)整誤差不到5微秒。紅外探測(cè)測(cè)試紅外發(fā)射管的電流在520mA之間，電流大，發(fā)射的紅外線強(qiáng)，電流小，工作可靠，檢測(cè)頭相對(duì)被檢測(cè)的物體的距離范圍窄，用手移于紅外發(fā)射接收管底下用示波器觀察波形是否存在低、高電平中跳變。若沒有此現(xiàn)象，可進(jìn)一步慢慢紅外發(fā)射接收管離地面的距離，直到滿意為止。（3）串口穩(wěn)定性測(cè)試串口模塊使用常用的MAX232芯片，外部電路的電容參數(shù)按數(shù)據(jù)手冊(cè)結(jié)合實(shí)際電路微調(diào)。使用示波器觀察串口輸出特定數(shù)據(jù)流的波形，如波形符合標(biāo)準(zhǔn)，則模塊測(cè)試通過。（4）語音模塊測(cè)試先按時(shí)長(zhǎng)錄制一次，按播放的