基于射頻卡的GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、孝感學(xué)院新技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目 基于射頻卡的gsm遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校

2、要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論

3、文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日基于射頻卡的gsm遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：本系統(tǒng)主要由stc89c53單片機(jī)，gsm模塊tc35，超聲波模塊，紅外發(fā)射接收模塊，id卡模塊，nrf2401等模塊組成，借助可靠成熟的gsm移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以最快捷的短消息或電話方式，直接把家庭最新情況傳送您的手機(jī)

4、屏幕上，也可以通過手機(jī)打電話，短信方式控制家庭中的電器設(shè)備。該系統(tǒng)中采用超聲波傳感器，煙霧傳感器，震動(dòng)傳感器，紅外檢測(cè)傳感器等一系列傳感器由單片機(jī)檢測(cè)，后進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼打包，通過多個(gè)短程高速通訊模塊nrf2401進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)無線傳輸，繼而組成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，再由gsm模塊把打包數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送出去，通過基站傳送到手機(jī)上，從而對(duì)遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并配備繼電器、可控硅、溫度傳感器、門磁開關(guān)、電磁閥、酒精傳感器等達(dá)到設(shè)備自動(dòng)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、自動(dòng)滅火功能。關(guān)鍵詞：gsm通訊；射頻卡；nrf2401通信；智能監(jiān)控；紅外調(diào)制；a system with alarm of gsm remote mo

5、nitoring based on the radio frequency cardabstract ：this system mainly consists of stc89c53 mcu, gsm module tc35, ultrasonic module, infrared emission receiver module, id cards, nrf2401 and other modules, with reliable and mature gsm mobile communications network, it not only can directly send the l

6、atest situation to your mobile phone screen in the way of the most efficient short messages or phone, but also can control the home electrical equipment by automatically dialing with mobile phone or text messaging .the system mainly uses ultrasonic sensors, smoke sensors, vibration sensors, infrared

7、 detection sensors, it is an on-site network of anti-theft system, that is consisted of multiple short-range and high-speed communication module called nrf2401,which transmit real-time data, and then monitor the real on-site situation of long distance in the passage of reporting the scene by the gsm

8、 module . moreover ,it can put the function of automation ,environmental monitoring and automatic fire-extinguishing into effect ,which is equipped with relays, scr, temperature sensor, magnetic switch, solenoid valve and alcohol sensors.keywords：gsm communication; rf cards; nrf2401 communication; i

9、ntelligent monitoring and control; infrared modulation;目 錄1引言12總體設(shè)計(jì)方案與系統(tǒng)論證22.1總體設(shè)計(jì)方案比較22.2器件芯片選型33系統(tǒng)功能和原理33.1主要功能和特性介紹43.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖44系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)44.1 lcd12864液晶顯示電路44.2 液晶并行基本操作時(shí)序64.3 gsm的原理電路64.3.1 gsm的工作原理介紹64.3.2 gsm的電源處理芯片lm2941s電路設(shè)計(jì)74.3.3 gsm at指令操作步驟84.3.4 gsm與單片機(jī)的接口電路84.4紅外防盜報(bào)警電路114.4.1 紅外一體化接受頭工作電路1

10、14.4.2 ppm調(diào)制原理124.5id卡讀寫模塊工作原理144.6溫度采集電路設(shè)計(jì)144.6.1溫度工作原理介紹144.6.2 ds18b20的時(shí)序操作步驟154.7門磁煙霧防盜電路設(shè)計(jì)154.7.1門磁開關(guān)原理介紹164.7.2煙霧傳感器檢測(cè)電路164.8超聲波測(cè)距防盜電路184.9電磁閥的滅火工作原理195無線模塊數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)205.1 nrf2401模塊特性介紹205.2 nrf2401的工作電路215.3 nrf2401工作模式及shockburttm方式工作流程216系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)236.1 主程序軟件設(shè)計(jì)236.2 gsm的通訊部分236.3 id卡讀寫數(shù)據(jù)軟件部分246.4

11、 溫度采集軟件部分256.5 超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì)266.6 nrf2401的軟件部分27參考文獻(xiàn)29附 錄30謝 辭451 引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，防盜報(bào)警系統(tǒng)已從原來的簡(jiǎn)單化、局部化逐步向智能化、集成化發(fā)展。目前市場(chǎng)上常見的防盜報(bào)警系統(tǒng)的通信方式有固定電話撥號(hào)、寬帶網(wǎng)等。但是，利用固定電話撥號(hào)實(shí)現(xiàn)的報(bào)警器易遭受破壞并存在處于通話狀態(tài)時(shí)可能無法報(bào)警的隱患。而寬帶網(wǎng)同樣面臨著線路被切斷的隱患，且不易普及。本設(shè)計(jì)是一種借助可靠、成熟的gsm移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的英文短消息和電話方式來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和監(jiān)控的智能化系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的進(jìn)行安全監(jiān)控。它采用超聲波，紅外收發(fā)，煙霧傳感器，震動(dòng)傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)

12、，并配備電磁閥、可控硅實(shí)現(xiàn)防火、滅火的作用。帶有g(shù)sm網(wǎng)絡(luò)功能的安防系統(tǒng)，用戶無論身在何處，都可以通過短信設(shè)防、撤防或查詢安防情況，使用戶遠(yuǎn)程無憂。2 總體設(shè)計(jì)方案與系統(tǒng)論證2.1 總體設(shè)計(jì)方案比較方案一：由單片機(jī)控制電話機(jī)的自動(dòng)撥號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到報(bào)警信息，就自動(dòng)撥號(hào)給主人，進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。圖1 電話機(jī)撥號(hào)圖該方案采用電話機(jī)作遠(yuǎn)程防盜報(bào)警，比較單一，只能進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)方式，電話線易遭受破壞并存在處于通話狀態(tài)時(shí)可能無法報(bào)警的隱患。不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)防盜覆蓋范圍小。方案二：由單片機(jī)對(duì)gsm模塊進(jìn)行讀寫操作，實(shí)時(shí)讀取手機(jī)接收回來的信號(hào)，然后通過2.4ghz無線模塊nrf2401接收周圍多個(gè)nr

13、f2401發(fā)送的的現(xiàn)場(chǎng)信息，由單片機(jī)寫入gsm模塊，發(fā)送到主人手機(jī)，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的，同時(shí)主人手機(jī)可以發(fā)送特定的短信給gsm模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制，達(dá)到遠(yuǎn)程控制目的。圖2 gsm模塊遠(yuǎn)程控制圖該方案采用多個(gè)價(jià)格低廉的stc89c53控制nrf2401把現(xiàn)場(chǎng)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)街髂K的nrf2401,主單片機(jī)把信息傳到gsm模塊，再通過基站傳送到主人手機(jī)。gsm可以通過短信和電話方式即時(shí)匯報(bào)情況，達(dá)到實(shí)時(shí)性的目的。而且多個(gè)短程無線模塊可以形成網(wǎng)絡(luò)，增大了防盜范圍，達(dá)到覆蓋面積廣特點(diǎn)。2.2 器件芯片選型l gsm模塊采用siemeils公司推出的新-代無線通信gsm模塊。l 短程無線

14、模塊采用nordic 公司的 nrf2401a 芯片開發(fā)而成的高速發(fā)射接收模塊，該模塊發(fā)送數(shù)據(jù)速度快，數(shù)據(jù)量大，效率高等特點(diǎn)很適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。l 單片機(jī)采用stc公司的超低價(jià)，低功耗型號(hào)stc89c53工業(yè)級(jí)單片機(jī)。l id卡采用bsc-01 a型讀寫模塊。l 煙霧傳感器采用mq-2型號(hào)多種氣體可測(cè)的煙霧傳感器。l 紅外接收傳感器采用一體化接收頭sc0038b,該傳感器受可見光的影響小，接收距離遠(yuǎn)，比較適合紅外防盜的設(shè)計(jì)。3 系統(tǒng)功能和原理3.1 主要功能和特性介紹 能夠檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的煙霧濃度（氣體包括液化氣、丙烷、丁烷、甲烷、氫氣、酒精等），當(dāng)濃度達(dá)到設(shè)定的值，便作出報(bào)警。 能夠檢測(cè)現(xiàn)

15、場(chǎng)門窗是否有震動(dòng)、開啟情況。 通過對(duì)射式紅外發(fā)射接收模塊可以偵測(cè)現(xiàn)場(chǎng)是否有人經(jīng)過。 通過超聲波傳感器可以主動(dòng)精確探測(cè)是否有人靠近所設(shè)的禁區(qū)范圍。 無線模塊nrf2401可以把以上情況通過數(shù)據(jù)的形式傳送給主模塊的單片機(jī)。 gsm模塊能夠把現(xiàn)場(chǎng)的所有信息通過短信的形式傳給用戶。 用戶可以通過電話短信的形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 lcd12864液晶顯示電路該液晶使用st7920控制器，5v電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，內(nèi)置8192個(gè)16x16點(diǎn)陣、128個(gè)字符（8x16點(diǎn)陣）及64x256點(diǎn)陣顯示ram(gdram)。與外部cpu接

16、口采用并行或串行兩種控制方式。圖5 液晶外觀圖表1 lcd12864引腳功能說明引腳號(hào)引腳名稱方向功能說明1vss-模塊的電源地2vdd-模塊的電源正端3v0-lcd驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4rs(cs)h/l并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)5r/w(sid)h/l并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口6e(clk)h/l并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘7db0h/l數(shù)據(jù)08db1h/l數(shù)據(jù)19db2h/l數(shù)據(jù)210db3h/l數(shù)據(jù)311db4h/l數(shù)據(jù)412db5h/l數(shù)據(jù)513db6h/l數(shù)據(jù)614db7h/l數(shù)據(jù)715psbh/l并/串行接口選擇：h-并行；l-串行16nc空腳17/reth/l復(fù)

17、位 低電平有效18nc空腳19led_a（led+5v）背光源正極20led_k（led-ov）背光源負(fù)極邏輯工作電壓(vdd)：4.55.5v電源地(gnd)：0v工作溫度(ta)：-10 60(常溫) / -2070（寬溫）4.2 液晶并行基本操作時(shí)序讀狀態(tài) 輸入：rs=l,r/w=h,e=h 輸出：d0d7=狀態(tài)字。讀數(shù)據(jù) 輸入：rs=h,r/w=h,e=h 輸出：無。寫指令 輸入：rs=l,r/w=l,d0d7=指令碼，e=高脈沖 輸出：d0d7=數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù) 輸入：rs=h,r/w=l,d0d7=數(shù)據(jù)，e=高脈沖 輸出：無。原則上每次對(duì)控制器進(jìn)行讀/寫操作之前，都必須進(jìn)行讀/寫檢測(cè)，

18、確保sta7為零。實(shí)際編程序中，由于單片機(jī)的操作速度低于液晶控制的反應(yīng)速度，因此可不必進(jìn)行讀寫檢測(cè)，只需進(jìn)行短暫延時(shí)即可。模塊有并行和串行兩種連接方法,液晶控制引腳psb=h時(shí)為并行方式，psb=l時(shí)為串行方式。本系統(tǒng)采用的是并行的連接方法。（時(shí)序如下）：8位并行連接時(shí)序圖：mpu寫資料到模塊，如圖所示。圖6 并行寫時(shí)序圖mpu從模塊讀出資料，如圖所示：圖7 并行讀時(shí)序圖4.3 gsm的原理電路4.3.1 gsm的工作原理介紹tc35是siemeils公司推出的新-代無線通信gsm模塊。自帶rs232通訊接口,可以方便地與pc機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖?、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音

19、傳輸、短消息服務(wù)(short message service)和傳真。tc35模塊的工作電壓為3.35.5v,可以工作在900mhz和1800mhz兩個(gè)頻段,所在頻段功耗分別為2w(900m)和1w(1800m)。模塊有at命令集接口,支持文本和pdu模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話,漫游檢測(cè)功能,常用工作模式有省電模式、idle、talk等模式。通過獨(dú)特的40引腳的zif連接器,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過zif連接器及50天線連接器,可分別連接sim卡支架和天線。tc35模

20、塊主要由gsm基帶處理器、gsm射頻模塊、供電模塊(asic)、閃存、zif連接器、天線接口六部分組成。作為tc35的核心,基帶處理器主要處理gsm終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào),并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下,可支持fr、hr和efr語音信道編碼。4.3.2 gsm的電源處理芯片lm2941s電路設(shè)計(jì)gsm模塊要求在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)確保電源bat端能夠供應(yīng)4.2v的電壓,大于1a的電流。本設(shè)計(jì)中采用電源芯片lm2941s,該芯片它是開關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片，上圖中最左邊的第一腳是電壓調(diào)整端，提供1.28v的基準(zhǔn)電壓，可以通過外圍兩個(gè)電阻的分壓比能靈活

21、改變輸出電壓，第二腳是控制端，高電平時(shí)關(guān)閉電源模塊，低電平時(shí)模塊正常工作，第三腳是地，第四腳是電源輸入端，第五腳是電壓輸出端。圖8 lm2941s外觀圖lm2941s外圍電路如下：圖9 lm2941s外圍電路vout=參考電壓 x （1）vref=1.275(典型值) （2） （3）如上圖所示，r6取3k,vref=1.275，v0=4.2v,由（3）式可得r5=6.8v 4.3.3 gsm at指令操作步驟1)發(fā)送英文短信at+cmgf=1 設(shè)置為text模式at+csmp=17,167,0,0 設(shè)置text模式參數(shù)。最后一個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)編碼類型（dcsdata coding scheme）,

22、0 表示默認(rèn)字符集（gsm）.at+cscs=gsm 設(shè)置為gsm 字符集at+cmgs 輸入對(duì)方電話號(hào)碼為tc35 提示，”test line!”短信息內(nèi)容，表示結(jié)束.數(shù)據(jù)實(shí)錄：atokat+cmgf=1okat+csmp=17,167,0,0okat+cscs=gsmokat+cmgsest line!+cmgs: 86ok2)發(fā)送8bit 數(shù)據(jù)at+cmgf=1 設(shè)置為text 模式at+cscs=gsm 設(shè)置為gsm 字符集at+csmp=17,167,0,4 設(shè)置text 模式參數(shù)。最后一個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)編碼類型（dcsdata coding scheme）,

23、4 表示8bit 數(shù)據(jù).at+cmgs 輸入對(duì)方電話號(hào)碼為tc35 提示，”3534454345std6456576”短信息內(nèi)容，表示結(jié)束。數(shù)據(jù)實(shí)錄：atokat+cmgf=1okat+cscs=gsmokat+csmp=17,167,0,4okat+cmgs=136998094703534454345std6456576.+cmgs: 88ok3)接收英文短信at+cmgf=1 設(shè)置為text 模式4)at+cscs=gsm 設(shè)置為gsm 字符集. .at+cmgl=all 列出所有短信息請(qǐng)注意其中第一條及第三條為中文短信，它們?cè)趖ext 模式下無法顯示出正確的內(nèi)容，只能列出其中的英文字符；

24、 +cmgl 后的數(shù)字（如1）表示記錄號(hào)，recread表示已讀，（未讀為rec unread），+8613699809470表示發(fā)方號(hào)碼,02/05/19,22:17:31+00表示時(shí)間郵截。at+cmgl=unread 可以列出所有未讀短信息，注意：未讀短信一旦列出一次即變?yōu)橐炎x短信數(shù)據(jù)實(shí)錄：atokat+cmgf=1okat+cscs=gsmokat+cmgl=all+cmgl: 1,rec read,+8613699809470,02/05/19,22:17:31+00+cmgl: 7,rec read,+8613902909595,02/05/17,16:23:31+00123456

25、7890abc+cmgl: 10,rec read,+8613902909595,02/05/17,16:41:19+001234567890abcok5)刪除短信實(shí)例接收的sms 存儲(chǔ)在sim 卡中，如不及時(shí)刪除則在sim 卡存儲(chǔ)滿后無法接收新的短信，建議用戶將短信列出/讀回并轉(zhuǎn)存儲(chǔ)在上位機(jī)（mc2002 或pc）后，及時(shí)將tc35 中內(nèi)容刪除。刪除的命令為：at+cmgd= .其中，index 為記錄號(hào).要說明的是即使在index處無記錄，此命令也會(huì)返回ok.數(shù)據(jù)實(shí)錄：atokat+cmgd=14.3.4 okgsm與單片機(jī)的接口電路圖10 gsm與單片機(jī)的接口電路當(dāng)led為600 ms亮

26、/600ms熄時(shí)，表明sim卡沒有插入或tc35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng)led為75 ms亮/3s熄時(shí)，表明tc35i已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機(jī)狀態(tài)。4.4 紅外防盜報(bào)警電路4.4.1 紅外一體化接受頭工作電路sc00038 內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注意輸出的高低電平和發(fā)

27、射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。圖11 紅外一體化接受頭工作電路4.4.2 ppm調(diào)制原理本設(shè)計(jì)中紅外調(diào)制部分采用ppm調(diào)制，無線紅外ppm（脈沖位置調(diào)制）通信技術(shù)是一種新興的通信技術(shù)。它是采用ppm調(diào)制技術(shù)，以紅外線作為通信載體，可用于室內(nèi)外以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及無線紅外局域網(wǎng)通信的技術(shù)。與其他無線通信方式相比，采用紅外線作為通信載體具有寬帶、高速、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。ppm采用斷續(xù)的周期性光脈沖作為載波，調(diào)制信號(hào)受到信源二進(jìn)制符號(hào)地控制，脈沖的時(shí)間位置隨之發(fā)生變化而傳遞信息，在數(shù)字ppm通信中，同步是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)幀同步，應(yīng)在傳送信息幀之前發(fā)送一次幀同步頭，為接收端提供同步信息，

28、同時(shí)在信息幀的前面和后面分別安排2個(gè)標(biāo)志幀以表示信息的開始和結(jié)束，這樣接收機(jī)捕獲到同步信號(hào)和起始標(biāo)志符后，開始解調(diào)隨后的脈沖信號(hào)，直到接收到結(jié)束標(biāo)志，表明數(shù)據(jù)接收完畢。4.4.3 紅外發(fā)射電路分析12345678555555gnd0.01ufc232kr112kr12r13vcc4k7r14942c24gnd300r15d3led3gnd12374ls0074ls00q28050200r16200r17gndvccd4hongwai圖12 紅外發(fā)射電路圖該電路采用ppm紅外調(diào)制技術(shù)，通過555定時(shí)器產(chǎn)生38khz載波，由與非門輸入高低電平來關(guān)斷載波信號(hào)。當(dāng)輸入100101時(shí)，與非門輸出的信號(hào)如

29、下：圖13 與非門輸出的信號(hào)圖38khz方波信號(hào)計(jì)算公式如下：t10.7r11c (1)t20.7r12c (2) (3)當(dāng)取r11=r12=2k時(shí),f0=38khz,由公式(3)可得：c=0.00942uf=942pf4.5 id卡讀寫模塊工作原理射頻讀寫模塊是采用最新125khz的微型嵌入式非接觸式id卡只讀模塊。內(nèi)嵌單片機(jī)實(shí)現(xiàn)曼切斯特解碼，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)125k等id卡片讀操作，讀寫距離最大可達(dá)100mm。該模塊提供標(biāo)準(zhǔn)異步串行通訊接口，輸出ttl電平。用戶只需通過串行通訊接受相關(guān)指令，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)卡片的所有操作。該模塊適用于標(biāo)準(zhǔn)讀卡器，手持機(jī)，收費(fèi)機(jī)，門禁器，考勤機(jī)及其它各種收費(fèi)系統(tǒng)及一卡通

30、應(yīng)用系統(tǒng)。圖14 id卡讀寫模塊圖該模塊采用串口通信，當(dāng)id卡靠近線圈2cm以內(nèi)，模塊通過高頻感應(yīng)讀出和寫入64位數(shù)據(jù)到id卡內(nèi)存儲(chǔ)器。本設(shè)計(jì)通過單片機(jī)讀出id卡的8個(gè)字節(jié)卡號(hào)，然后與已設(shè)的卡號(hào)進(jìn)行對(duì)比判斷，來確認(rèn)id卡的正確與否。4.6 溫度采集電路設(shè)計(jì)4.6.1 溫度工作原理介紹ds18b20的測(cè)溫是由低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)

31、振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將-55所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。接口電路如下：圖

32、15 接口電路圖4.6.2 ds18b20的時(shí)序操作步驟（1） 初始化時(shí)序 先將數(shù)據(jù)線置高電平1，延時(shí)（要求盡可能的短點(diǎn)時(shí)間） 數(shù)據(jù)線拉到低電平0，延時(shí)480960us.數(shù)據(jù)線拉到高電平。 延時(shí)等待。如果初始化成功則在1560ms內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由ds18b20返回的低電平，據(jù)該狀態(tài)可以確定它的存在。 若cpu讀到數(shù)據(jù)線上的低電平后，還要繼續(xù)進(jìn)行延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出高電平算起至少2）最少要480uf。 將數(shù)據(jù)線再次拉到高電平后結(jié)束。（2） ds18b20寫數(shù)據(jù)時(shí)序 數(shù)據(jù)線先置低電平，延時(shí)15us，按低位到高位的順序發(fā)送數(shù)據(jù) 延時(shí)45us,將數(shù)據(jù)線拉到高電平（重復(fù)直到8位數(shù)據(jù)寫完） 最后將數(shù)據(jù)線拉

33、高位（3） ds18b20讀數(shù)據(jù)時(shí)序 將數(shù)據(jù)線拉高位，延時(shí)2us 將數(shù)據(jù)線拉低位，延時(shí)6us 將數(shù)據(jù)線拉高位，延時(shí)4us 讀出數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到一個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，延時(shí)30us，（重復(fù)直到8位數(shù)據(jù)讀完）4.7 門磁煙霧防盜電路設(shè)計(jì)4.7.1 門磁開關(guān)原理介紹門磁開關(guān)實(shí)際上是一干簧管，干簧管由兩個(gè)靠的很近的金屬彈簧片構(gòu)成，分為a,b兩個(gè)金屬片(軟磁性材料)，當(dāng)干簧管靠近磁場(chǎng)時(shí)，金屬片被磁化，相互吸引而接觸，當(dāng)干簧管遠(yuǎn)離磁場(chǎng)時(shí)彈簧片失去磁性，由于彈力的作用兩金屬片分開。把門磁開關(guān)傳感器a一端a1接低電平/高電平，另一端a2接單片機(jī)，當(dāng)a和b靠的很近的時(shí)，由于金屬片被磁化，引起a的兩端接通,單

34、片機(jī)便可檢測(cè)到低電平/高電平。門磁傳感器如圖所示：圖16 門磁傳感器圖4.7.2 煙霧傳感器檢測(cè)電路mq-2型氣敏元件 mq2a型半導(dǎo)體氣敏元件是錫類半導(dǎo)體元件。煙霧傳感器如下圖18所示。其是采用對(duì)可然氣體有感度的sno2材料制成的，使用于丁烷、酒精、煙霧、液化石油氣等易燃易爆的檢測(cè)。是制作脫排油煙機(jī)、換氣扇、空氣凈化器、氣體報(bào)警器、防災(zāi)、防爆、防止環(huán)境污染的理想氣體傳感元件。mq2a型元件具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)恢復(fù)特性好、重復(fù)性良好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。煙霧傳感器的工作條件和環(huán)境條件分別如表2、表3和表4所示：圖18 煙霧傳感器表2 煙霧傳感器標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注vc回路

35、電壓15vac or dcvh加熱電壓5.0v0.2 vac or dcrl負(fù)載電阻可調(diào)rh加熱電阻313室溫ph加熱功耗900mw表3 煙霧傳感器的環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注tao使用溫度-10-50tas儲(chǔ)存溫度-20-70rh相對(duì)濕度小于95%rho2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度特性最小值大于表4 煙霧傳感器的靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注rs敏感體表面電阻3k-30k探測(cè)濃度范圍100ppm-10000ppm液化氣和丙烷300ppm-5000ppm 丁烷5000ppm-20000ppm 甲烷300ppm-5000ppm 氫氣100ppm-2000ppm 酒精

36、(3000/1000) 異丁烷溫度： 202vc:5.0v0.1v(1000ppm 異丁烷 )標(biāo)準(zhǔn)工作條件相對(duì)濕度： 65%5%vh5.0v0.1v預(yù)熱時(shí)間不超過1小時(shí)煙霧傳感器工作電路如下：圖19 煙霧傳感器工作電路圖該煙霧傳感器接觸到煙霧、酒精、液化氣等，會(huì)引起內(nèi)部電阻的變化，即輸出為電阻型，輸出電阻的變化通過另一個(gè)電阻分壓可以轉(zhuǎn)化為電壓的變化。輸出電壓與設(shè)好的參考電壓由比較器lm399比較輸出高低電平，單片機(jī)檢測(cè)做出相應(yīng)的判斷。4.8 超聲波測(cè)距防盜電路超聲波測(cè)距防盜是一種利用超聲波傳感器發(fā)射和接收接收超聲波來準(zhǔn)確判斷是否有可疑人靠近現(xiàn)場(chǎng)。首先由發(fā)送模塊連續(xù)發(fā)射4個(gè)周期的38khz的方波

37、通過一系列的非門（驅(qū)動(dòng)作用）再經(jīng)過上拉電阻，使超聲波傳感器發(fā)射4個(gè)周期的聲波，同時(shí)定時(shí)器計(jì)時(shí)。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，聲波被反射回來由超聲波接受傳感器轉(zhuǎn)化成4個(gè)周期的方波電信號(hào)，再通過cx20106的選頻輸出低電平，引發(fā)單片機(jī)外部中斷，關(guān)閉定時(shí)器。單片機(jī)通過運(yùn)算得出感應(yīng)距離d=340*t/2。超聲波測(cè)距防盜電路如圖20所示：圖20 超聲波測(cè)距防盜電路4.9 電磁閥的滅火工作原理電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會(huì)用到電磁閥。電磁閥的工作原理:電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個(gè)孔都通向不同

38、的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油剛的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中主要是通過強(qiáng)電來控制電磁閥的開啟，來進(jìn)行滅火處理。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度的驟然變化和煙霧時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)控制繼電器/可控硅，打開電磁閥，由于水的壓力水龍頭便可噴灑出水，對(duì)可燃物體進(jìn)行滅火。5 無線模塊數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)5.1 nrf2401模塊特性介紹 2.4ghz 全球開放 ism 頻段免許可證使用 最高工作速

39、率 1mbps，高效 gfsk 調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合 125 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要 內(nèi)置硬件crc檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 低功耗1.9-3.6v工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為1ua 內(nèi)置2.4ghz天線，體積小巧 34mmx17mm 模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括 dc/dc 開關(guān)電源均有很好的通信效果nrf2401a模塊外觀圖如下：圖21 nrf2401a模塊外觀圖nrf2401是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片,工作頻率范圍為全球開放的2.4ghz頻段,

40、125個(gè)頻道。采用gfsk調(diào)制時(shí)的數(shù)據(jù)速率為高速率1mbps,高于藍(lán)牙,具有高數(shù)據(jù)吞吐量。nrf2401內(nèi)置了crc糾檢錯(cuò)硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成。1.9v 3.6v低電壓,滿足低功耗設(shè)計(jì)需要。每個(gè)芯片可以通過軟件設(shè)置最多40位地址,只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)(提供一個(gè)中斷指示)nrf2401系列模塊應(yīng)用領(lǐng)域：車輛監(jiān)控、遙控、遙測(cè)、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線門禁控制系統(tǒng)、小區(qū)短距離傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識(shí)別、非接觸rf智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號(hào)采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線數(shù)字

41、音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)取?.2 nrf2401的工作電路圖22 nrf2401芯片外圍電路圖圖23 nrf2401電源電路圖5.3 nrf2401工作模式及shockburttm方式工作流程nrf2401有四種工作模式：收發(fā)模式，配置模式，空閑模式，關(guān)機(jī)模式。收發(fā)模式有兩種：shockburttm收發(fā)模式和直接模式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用shockburttm收發(fā)模式，因?yàn)樵撃Ｊ较鄬?duì)而言，速度快，節(jié)能，數(shù)據(jù)在空中停留短，抗干擾性高，且自動(dòng)處理字和校檢碼crc。1) 發(fā)射模式a. 當(dāng)控制器有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，把ce置高，芯片工作。把要發(fā)送的地址和數(shù)據(jù)按時(shí)序送入芯片。b. 把ce置底，激發(fā)芯片shockburtt

42、m模式發(fā)射。c. 給射頻前端供電，射頻數(shù)據(jù)打包加字頭和crc校檢碼。高速發(fā)射數(shù)據(jù)包。2) 接受模式a. 配置本機(jī)模式和要接受的收據(jù)包大小，把ce置高進(jìn)入接受狀態(tài)，200us芯片進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來。b. 當(dāng)接收到正確的數(shù)據(jù)，自動(dòng)把校檢位和字頭移去，芯片通過dr1置高，引發(fā)外部中斷。通知控制器接受到數(shù)據(jù)。c. 控制器接受數(shù)據(jù)的后，ce置底，等待下一個(gè)數(shù)據(jù)包。3) 配置模式配置部分可分以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得rf2401a能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和crc校驗(yàn)碼；地址寬度配置：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得 rf2401 a能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)

43、；地址配置：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道1的地址和通道 2 的地址；crc校檢配置：使rf2401a能夠生成crc校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用newmsg_rf2401片內(nèi)的crc技術(shù)時(shí)，要確保在配置字中crc校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1 主程序軟件設(shè)計(jì)主模塊的流程圖如下，主模塊主要是把nrf2401接收到的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（數(shù)據(jù)分離），從中分離出溫度數(shù)據(jù)，煙霧報(bào)警信號(hào)，震動(dòng)震動(dòng)信號(hào)，紅外報(bào)警信號(hào)，id卡信號(hào)等。根據(jù)不同的信息指令執(zhí)行相應(yīng)的操作。圖24 主模塊的流程圖6.2 gsm的通訊部分gsm通訊是遠(yuǎn)程傳輸?shù)暮诵?，所有的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)都需要通過gsm打包發(fā)送到，客戶的手機(jī)

44、上。圖25 gsm通訊圖6.3 id卡讀寫數(shù)據(jù)軟件部分正確的讀出id卡信息和正確的進(jìn)行卡號(hào)認(rèn)證是布防和撤防的保證。id卡是通過串口進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)，程序設(shè)計(jì)中尤其注意串口的相關(guān)寄存器的設(shè)置。圖26 id卡讀寫數(shù)據(jù)軟件6.4 溫度采集軟件部分溫度是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)的一部分，通過溫度的無線傳輸，可以偵測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)周圍的氣溫。溫度變化程度與煙霧濃度一起能夠反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)可能性的大小。而溫度傳感器涉及到大量的時(shí)序編程，詳細(xì)的了解溫度傳感器的寄存器和編程步驟很有必要。圖27 溫度采集軟件6.5 超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì)超聲波傳感器通過發(fā)射接收超聲波來定位非法入侵的距離做出相應(yīng)的報(bào)警。要想準(zhǔn)確的算出入侵者距離，單片機(jī)的時(shí)

45、序編程要求尤為的嚴(yán)格。其中涉及到單片的外部中斷，定時(shí)器中斷。圖28 超聲波測(cè)距流程圖6.6 nrf2401的軟件部分nrf2401在短程的數(shù)據(jù)傳輸中起到了重大作用（環(huán)境檢測(cè)、防盜報(bào)警信號(hào)等）。nrf2401的發(fā)射功率，發(fā)射速度，接收數(shù)據(jù)寬度、地址寬度，模式調(diào)節(jié)都需要單片機(jī)通過模擬spi和nrf2401通信。圖29 nrf2401通信軟件流程圖a圖30 nrf2401通信軟件流程圖b參考文獻(xiàn)1 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分m（第四版）.北京：高等教育出版社，1999.2 陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)m（第二版）.北京：高等教育出版社，2000.3 謝自美，電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試m（第三版）.武漢：華中

46、科技大學(xué)出版社，2006.4 胡乾斌，李光斌，李玲等.單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用m（第二版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.5 周興華.手把手教你學(xué)單片機(jī)c語言程序設(shè)計(jì)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2007,10.6 陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材m.北京：清華大學(xué)出版社，2004.7 楊磊，田作華，朱俊.gsm短消息在糧倉監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用j.微型電腦應(yīng)用，2006（22）8 鄭凌燕，葛萬成.基于gsm短信的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)j.微型電腦應(yīng)用，2006（22）.9 周高杯，戴瑜興，閻博文.智能無線防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2004（7）.10 魯昌華，喬永偉，蔣薇

47、薇.基于gsm無線防盜報(bào)警系統(tǒng)的研制j.電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2006（20）.11 原羿，蘇鴻根，基于zigbee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究j.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2004（6）.12 張崇，于曉琳，劉建平.單片2.4ghz無線收發(fā)一體芯片nrf2401及其應(yīng)用j.國外電子元器件，2004（6）.13 salonidis t.bhagwat p.tassiulas l distributed topology construction of bluetoothol.personal area networks 2001,4.附 錄附錄一：系統(tǒng)實(shí)物圖附錄二：本系統(tǒng)的相關(guān)電路圖圖（1）圖（2）附錄三：系

48、統(tǒng)1程序：#include #include/ 常量定義 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define byte_bit0 0x01 #define byte_bit1 0x02 #define byte_bit2 0x04 #define byte_bit3 0x08 #define byte_bit4 0x10 #define byte_bit5 0x20 #define byte_bit6 0x40 #define byte_bit7 0x80 sbit pwr_up = p10; sbit ce = p11;

49、 sbit cs = p12; sbit clk1 = p13; sbit data = p14; sbit dr1 = p15; sbit wd = p16;sbit feng = p17;sbit yanwu = p27;sbit zdong = p26;sbit hongwai = p25;sbit d = p24;uchar code id8=0xaa,0xff,0x1a,0x00,0xd2,0x89,0x5c,0x48;uchar shou_id8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar q=0;/* rf2401 configur

50、ation 保存2401的配置信息 */ /*=*/ /芯片測(cè)試用,無需修改 #define test_2 0x8e /msb d143d136 #define test_1 0x08 / d135d128 #define test_0 0x1c / d127d120 /* 注意: datax_w + addrx_w + crc 的值必須小于256 ! 單個(gè)數(shù)據(jù)包的大小必須小于32字節(jié)(256位) */ #define data2_w 0x18 /3字節(jié) /頻道2 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(單位:bit) #define data1_w 0x18 /3字節(jié) /頻道1 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(單位:bit) / 0xe0 = 224 /16bi