基于GSM的家用防盜窗報警系統(tǒng)設(shè)計課案

1、基于GSM勺家用防盜窗報警系統(tǒng)設(shè)計*，合肥 230036)摘 要：家庭中勺防盜窗是防止犯罪分子入室盜竊勺關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 但目前市場上家用防盜窗存在種類繁多，質(zhì)量參差不齊且基本沒有報警環(huán)節(jié)勺現(xiàn)象，難以滿足用戶需求。本文詳細(xì)介紹了采用GSM模塊與單片機等器件設(shè)計防盜窗報警系統(tǒng)勺原理及過程，實現(xiàn)了用戶對防盜窗被破壞時勺報警要求。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，反應(yīng)靈敏、迅速，具有良好勺應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞 ： 家用防盜窗 GSM 模塊 單片機 報警中圖分類號 ：中國分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 文章編號 ：Design of the Alarm System for Home security windowsBase

2、d on GSM Modem(*, Hefei 230036, China)Abstract ：The home security windows in our house is a key to ensure the safety of our house. However, there are many kinds of security windows with different quality in the marker, but with no alarm system. It is difficult meet the users n eeds. This thesis desi

3、g ns an alarm system for home security windows based on gsm modem. This system is stable and has high efficiency, low consumption and can fully meet the requirements of the users.Key words : The Home Security Window ; GSM Modem; MCU; Alarm System目前傳統(tǒng)勺家用防盜窗存在種類繁多， 質(zhì)量參差不齊且基本沒有報警環(huán)節(jié)勺現(xiàn)象。 隨著 電子技術(shù)勺飛速發(fā)展，報警系

4、統(tǒng)已從原來勺簡單化、局部化向智能化、 集成化發(fā)展。而各種 防盜報警系統(tǒng)之間勺主要區(qū)別是在于如何讓分機與主機、 分機與用戶之間進(jìn)行通訊。 目前市 場上存在勺防盜報警系統(tǒng)勺通信方式有固定電話撥號、以太網(wǎng)、 集群系統(tǒng)等等。 但它們有各自勺缺點：1 固定電話撥號容易被盜賊在入室搶劫前切斷電話線或惡意占線，使其在關(guān)鍵時刻失靈。2以太網(wǎng)同樣面臨著線路被切斷勺隱患，且不易普及。3 集群系統(tǒng)功耗很大，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)費用很高，而且需要購買固定的頻點。針對以上通信方式的存在的缺陷，本文設(shè)計了基于 GSM莫塊的家庭防盜窗報警系統(tǒng)。此系統(tǒng)可解決這些隱患，讓家庭防盜更及時、更迅速，使用更方便。它不再依賴有線電話執(zhí)行報警

5、，而是借助最可靠、 最成熟的GSM移動網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短消息或電話形式，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上，同時產(chǎn)生現(xiàn)場聲光報警。1.系統(tǒng)總體設(shè)計與框圖本設(shè)計的總體框圖如圖 1所示。其中控制核心是單片機，執(zhí)行終端是繼電器與 GSM模塊， 接受終端是用戶手機。當(dāng)埋放在防盜窗空心管內(nèi)的導(dǎo)線被剪斷時， 產(chǎn)生外部中斷，單片機進(jìn) 行中斷響應(yīng)。已經(jīng)預(yù)置在GSM莫塊上的手機號碼通過 GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩羰謾C內(nèi) GSMh,被 用戶所接收，同時單片機通過執(zhí)行程序發(fā)出相應(yīng)的控制信息給執(zhí)行端，即繼電器，其接收到的單片機輸出信息將會吸合，從而控制報警器完成聲光報警動作。圖1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖Figure 1-

6、1 The in tegral desig n diagram of the system2.系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括GSM模塊、STC12C5A60S及外圍電路，報警器驅(qū)動電路，以及模塊與單片機的串口連接電路的設(shè)計。GSM莫塊電路主要介紹了 TC35模塊以及其外圍電路結(jié)構(gòu)，它的功能主要是完成發(fā)送短信。單片機的外圍電路主要有時鐘電路、復(fù)位電路，繼電器控制電路，以及與 TC35模塊之間的串口連接，它的功能主要是負(fù)責(zé)指令的翻譯和驅(qū)使， 從而完成信息的發(fā)送。繼電器控制電路主要是通過單片機控制繼電器的吸合或斷開來控制報 警器的開啟與關(guān)閉。2.1 GSM模塊介紹GSM即全球移動通信系統(tǒng) (Gl

7、obal System for Mobile communication)，就是眾所周知的GSM是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM無線通訊需要借助 GSM無線傳輸模塊，GSM無線傳輸模塊無處不在，典型的例子就是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖謾C，當(dāng)通過手機 打電話和發(fā)送短信的時候，這些操作都是經(jīng)由 GSM無線傳輸模塊完成的。 本設(shè)計采用西門子公司GSM莫塊，型號為TC35的模塊的短信功能，通過此模塊可以實現(xiàn)對收到的用戶指令進(jìn) 行處理。2.1.1 TC35模塊簡介TC35是Germany的siemens公司發(fā)布的GSM模塊，是市場上目前普遍使用的性能高、成本低的手機模塊，TC35模塊是能達(dá)到工業(yè)

8、標(biāo)準(zhǔn)的完整GSMModem它具有GSM1800/EGSM900雙頻段功能并能提供 LED網(wǎng)絡(luò)信號指示和便捷的串行接口，同時集射頻電路與基帶于一體并配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232。該模塊還向用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口并支持一些手機功能業(yè)務(wù)，給用戶的開發(fā)設(shè)計提供了很大方便。錯誤！未找到引用源。便是GSMI訊集成模塊的正反面實物圖。圖2-1 GSM集成模塊正反面實物Figure 2-1 GSM integrated module positive and negative physical map從上圖我們?nèi)菀卓闯?，GSM莫塊主要含有射頻部分、TC35、信號天線、卡槽、電源部分、 電平轉(zhuǎn)化電路和串口等部分組

9、成。外部通過40管腳的ZIF連接器對該模塊實行控制，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，下面給出TC35模塊的管腳圖并作一些說明，如錯誤！未找到引用源。所示。612 k 001圖2-2 TC35外部引腳圖Figure 2-2 TC35 external pin 02 0VLLC1:moo u盜00 og WOODQUAOU -NDOU工工 ODHHWH USAS1-皿eNy芟(N_u OCIXN onsM ON/Q I He- Cl CIA MHAXCMCl ND azo azo CINO iQZU 4 4 a 亠 11H A 亠 11H A 丄 11 Send SMS message（發(fā)送短消息）AT+CS

10、CASMS service center address(設(shè)置短消息中心地址)表2-1 SMS常用AT指令表Table 2-1 SMS Common AT commandsAT命令(Attention )是從數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data Terminal Equipment)或終端設(shè)TE(Termi nal Equipme nt) 向數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 DCE(Data Circuit Termin ati ng Equipme nt) 或終端適配器 TA (Terminal Adapter) 發(fā)送的。通過 TA命令，可以實現(xiàn)移動臺MS(MobileStation)由TE發(fā)送AT命令來控制的功能

11、，與 GSM網(wǎng)絡(luò)相連進(jìn)行互通與交流。AT命令主要包括一般命令，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)命令，短消息(SMS)命令，數(shù)據(jù)命令和串口命令等。TC35 GSM模塊的TXD0和RXD0端是全雙工的串口通訊，其中TXD0是 GSM模塊的串口信號接收端、RXD0是 TC35 GSM莫塊的串口信號發(fā)出端。通過與其他有串口通訊接口設(shè)備向鏈 接，可以實現(xiàn)串口通訊。拿51單片機舉個例子：51系列單片機都有一對串口通信接口TXD和RXD對于單片機來說，TXD 口是串行信號輸出端、RXD口則是串行信號的輸入端，所以如果要51單片機和TC35進(jìn)行串行通信的話，就要把單片機的輸出端口與TC35的信號輸入端口相連接即TXD 口與TXD0口

12、相關(guān)聯(lián)；同樣的，也要把TC35模塊的信號輸出端與單片機的 串口信號輸入端相連接即RXD0口與RXD口相關(guān)聯(lián)，這樣單片機和GSM莫塊就可以實現(xiàn)相互之間的串口通信了。2.2 STC12C5A60S2單片機簡介2.2.1主要特性STC12C5A60S單片機是STC公司生產(chǎn)的單時鐘/機器周期的單片機，一方面它具有高 速、低功耗、超強抗干擾的特點，而且增加了AD PWM等功能，增加了 PCA定時器和一些特殊功能寄存器，還增加了ADC LVD PCA API等中斷；另一方面它的指令代碼和引腳完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機，但速度比傳統(tǒng)的8051單片機快8-12倍，是新一代8051單片機。STC12C5A60

13、S2還是一款功能較強大的單片機，首先它擁有兩個全雙工串行通信接口；第二 是其內(nèi)部有一個獨立的波特率發(fā)生器。同時STC12C5A60S2單片機片內(nèi)有自帶的高達(dá)60KFlash ROM,該工藝的存儲器使得用戶可以用電的方式瞬間擦除和改寫，也支持串口程序燒 錄。STC12C5A60S2單片機的這些特點使其對開發(fā)設(shè)備要求較低，也使它的開發(fā)時間大大縮 短。對于用戶寫入單片機的程序可以進(jìn)行加密，使用戶的勞動成果得到較好的保護(hù)。2.2.2相關(guān)參數(shù)(1) 工作電壓：5.5V3.5V(5V單片機)(2) 工作溫度范圍：-40 C+85C(工業(yè)級)/0 C75C(商業(yè)級)(3) 工作頻率范圍：OMH冇35MHz相

14、當(dāng)于傳統(tǒng)普通的 8051單片機的OMH420MHz,(4) 通用I/O 口復(fù)位后的狀態(tài)為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，其模式可以設(shè)置成四種：僅為輸入 / 高阻，開漏，推挽/強上拉，準(zhǔn)雙向口 /弱上拉。而且每個I/O 口的驅(qū)動能力可以達(dá)到 20mA, 但是整個芯片最大不能超過 55mA(5) 不需要專用編程器和專用仿真器，可通過串口( RXD/P3.0, TXD/P3.1 )直接下載用戶 程序，數(shù)秒就可以完成一片。(6) 因具有EEPRO功能(STC12C5A60S勸部沒有EEPRO)支持在系統(tǒng)可編程 /在應(yīng)用可 編程。(7 )內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路。(8) 設(shè)有外部掉電檢測電路：在P4.6

15、 口設(shè)有一個低壓門檻比較器，5V單片機是1.32V，誤差是正負(fù)5%;而3.3V單片機是1.30V,誤差更小是正負(fù) 3%。(9) 一共有四個16位定時器，其中兩個和傳統(tǒng)的8051定時器/計數(shù)器兼容，16為定時器 T0與T1,沒有定時器2，但是有獨立的波特率發(fā)生器。STC12C5A60S單片機引腳分布圖如圖 2-4所示：CLKOUT2；ADCO/P1.0 匚二 ADC1/P1.1 CZFtxD? F.C I ADC / Pl 5 TxD2/CPP0/ADC3/P 13 ISS CPPl/ADC斗P1 4 匚二 MOSI/ADC5/P1.5 U MISO/ADC6TI 6 U SCLK ADC7rP

16、l 1 U P4 7/RST 匸 PT RxD P3 0 二 TxD.P3.1 INTOZP3 2 匚二 INTI/P33 ICLKOUTO INTT0/P3 4CLKOUT1 INT T1 P3 5WR/P3 6RDP3.7XTAL2 XTAL1 Gnd0123 4 56 7 89012 345 6 78 911 111111112)PD h40TQ2CSAsffitt莒 Tz口876543 1O9S7V5 .1 34567 -衛(wèi)VF7/6 vapo_po.popo.po_po,po.po.EXALNAKp2.P2 .5 A13 P2 4/A12P23 AH P2.2/A10 P2.1/A9

17、P2 0 A8圖2-4 STC12C5A60S2單片機引腳分布圖Figure 2-4 STC12C5A60S2 MCU pinout實物圖如圖2-5 所示圖2-5 STC12C5A60S2單片機實物圖 Figure 2-5 STC12C5A60S2 SCM physical map 2.3單片機與TC35模塊的串口通訊之間，單片芯片來使單錯誤！由于GSM定義的就是 RS232 口，RS232 一般的工作電壓應(yīng)保持在 315V 機輸出的電平不能直接與 GSM模塊端口的母頭相連接，故需要接一個 MAX232 片機輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成CMOS電平來實現(xiàn)串口通訊的功能。其芯片連接方法如 未找到引用源

18、。所示。rTl.OuF11 .OnFt-1.0uFDSPINTItxd ALE7】T1i7S1.0uF16 ljIT3D-2?mg01234567P0P0P0POPOP0旳P00 12 3 4 5 6 7 吩2 2吩戈 F F F r Li Lr F FHW363534至32P10/TpurrP12P13F14F15P16P17INTO丄4J7CI+TT IIVccV +C1-TlautC2+Rlin02-RloutV-TlinT2ontT2mR2inMAX232亙77TTTo913T1T0EA/VPXIX2RESETRBWRPSEN15亙2?77Is所采用的是松樂繼電器模塊SRD-05VDC

19、-SL-C如圖2-7所示。圖2-6單片機與TC35的串口連接Figure 2-6 Microcontroller and TC35 serial connection由圖2-6可知，MAX232芯片的1、3管腳和4、5間接1圧電容，管腳2通過外接電容再接電源，7、8、9、10管腳懸空，管腳11和管腳12分別接STC90C516RD單片機的TX（ P3.1） 和 RX（P3.0 ）管腳，管腳 13 和管腳 14 分別接 RS232RXD（COIPin2）和 RS232TXD（COMPin3）， 管腳15和COM Pin5接地端，管腳16接電源電壓。2.4單片機與報警器的通訊2.4.1繼電器模塊繼

20、電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中， 它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自 動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。簡而言之，在本設(shè)計中，繼電器就是啟著開關(guān)的作用，用小電流來控制大電流。本設(shè)計圖2-7繼電器模塊SRD-05VDC-SL-CFigure 2-7 SRD-05VDC-SL-C繼電器SRD-05VDC-SL-C正常工作需要一個驅(qū)動電路，單片機的I/O 口的輸出電流很小，一般為4mA-20mA本設(shè)計選用的是三極管J3Y,它是8050 NPN SOT23,不是高頻管，一般用在小功率的電

21、源電路， 用它驅(qū)動繼電器，但存在著一些問題：當(dāng)三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r， 繼電器繞組感生出一個較大的自感電壓，他它與電源電壓疊加后加到控制繼電器線圈的三極管的e （發(fā)射極）、c （集電極）兩極上，使發(fā)射結(jié)（e-c ）有可能被擊穿。為了消除這個感 生電動勢的有害影響，在繼電器兩端反向并聯(lián)一個二極管，以吸收該電動勢。自感電壓與電源電壓之和對二極管來說卻是正向偏壓，使二極管導(dǎo)通形成環(huán)流。 感應(yīng)的高電壓就會通過回路釋放掉，保證了三極管的安全。本模塊采用的是SS14,它 是1安培40伏的肖特基二極管，具有單向?qū)щ娦缘钠骷Ｆ渥铒@著的特點為反向恢復(fù)時間極短，所以其多用作高頻、低 壓、大電流整流二極管、續(xù)流二

22、極管、保護(hù)二極管。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖本系統(tǒng)程序的設(shè)計，主要包括串口、單片機及TC35模塊的初始化程序、單片機對 TC35 模塊的工作控制程序及 TC35模塊的短信收發(fā)程序，使用C語言編寫。系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計流 程圖如錯誤！未找到引用源。所示。開始圖3-1系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖Figure 3-1 System software design4系統(tǒng)工作原理示意圖Vcc導(dǎo)線圖4-1系統(tǒng)工作原理示意圖Figure 4-1 Schematic diagram of the system5結(jié)束語本文所述的家用防盜窗報警系統(tǒng)采用STC12C5A60S為GSS目結(jié)合的方法，在家里的防盜窗遭到外力破壞時能夠向用戶手機及時發(fā)送通知同時現(xiàn)場發(fā)出聲光報警，有效的增強了防盜窗的防盜功能。系統(tǒng)簡單靈活