基于GSM短信模塊的家庭防盜警報系統(tǒng)的論文

1、 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計基于51系列單片機的防盜報警系統(tǒng)設(shè)計系 別 機 電 系 專 業(yè) 電子信息工程技術(shù) 一、設(shè)計任務(wù)與要求：設(shè)計任務(wù):基于51系列單片機的防盜報警系統(tǒng)設(shè)計要求: 結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識，大量搜集有關(guān)資料，深入了解現(xiàn)代社會各行各業(yè)有關(guān)單片機技術(shù)的普與應(yīng)用，通過觀察與分析進行基于51系列單片機的防盜報警系統(tǒng)設(shè)計。要求資料詳實，論證充分。指導(dǎo)教師簽名：年月日二、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名：年月日三、成績驗收蓋章: 年月日目錄目錄3基于51系列單片機的防盜報警系統(tǒng)設(shè)計5基于GSM短信模塊的家庭防盜報警系統(tǒng)5摘要5引言6第一章單片機概述71.1 AT89S52的主要性能71.2 AT89S52的功能特

2、性描述71.3 AT89S52的管腳排列8第二章 GSM 模塊92.1 HRH GSM MODEM介紹92.1.1 GSM Modem 的主要功能92.2 GSM Modem 的硬件接口92.3 HRH GSM Modem 的軟件協(xié)議92.3.1 設(shè)置短信中心號92.3.2 利用GSM MODEM 向普通手機發(fā)短信9第三章鍵盤顯示113.1 HD7279鍵盤顯示芯片113.2 HD7279的典型應(yīng)用電路：11第四章鐵電存儲器124.1 鐵電存儲器的特點124.2 二線制協(xié)議12第五章實時時鐘145.1 DS12887功能與特點介紹145.2 時間、日歷和定鬧單元145.3 DS12887引腳定

3、義15第六章后備電源16第七章遙控器18第八章傳感器198.1 紅外傳感器198.2 煙霧傳感器198.3氣體泄漏傳感器19第九章家庭防盜報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計209.1主程序流程圖（圖1）209.2 外部中斷0中斷服務(wù)子程序流程圖（圖2）21結(jié)束語22參考文獻23基于51系列單片機的防盜報警系統(tǒng)設(shè)計基于GSM短信模塊的家庭防盜報警系統(tǒng)摘 要本系統(tǒng)主要由單片機和GSM短信模塊組成，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形式，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上。它采用主動式紅外傳感器進行檢測，變有形的傳統(tǒng)防盜網(wǎng)防盜窗為無形，給火災(zāi)時的逃生提供方便。并配備煙霧傳感器和燃氣泄漏

4、傳感器，實現(xiàn)防火、防燃氣泄漏的作用。關(guān)鍵詞單片機 GSM模塊 傳感器引 言目前傳統(tǒng)的機械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）安防系統(tǒng)在實際使用中暴露了很多隱患，例如：為其它沒有安防盜窗的相近樓層形成被盜隱患、發(fā)生火災(zāi)時不易逃生等。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報警系統(tǒng)已從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。而各種防盜報警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機與主機、分機與用戶之間進行通訊。目前市場上常見的防盜報警系統(tǒng)的通信方式有固定撥號、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等等。但它們有各自的缺點：1 固定撥號容易被盜賊在入室搶劫前切斷線或惡意占線，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的隱患，且不易普與。3 集群系統(tǒng)功

5、耗很大，網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護費用很高，而且需要 購買固定的頻點。針對以上通信方式的優(yōu)、缺點，我設(shè)計了基于GSM短信模塊的家庭無線防盜報警系統(tǒng)。此系統(tǒng)可解決這些隱患，讓家庭防盜更與時、使用更方便。它不再依賴有線執(zhí)行報警，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形式，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上。它采用主動式紅外傳感器進行檢測，變有形的傳統(tǒng)防盜網(wǎng)防盜窗為無形，給火災(zāi)時的逃生提供方便。并配備煙霧傳感器和燃氣泄漏傳感器，實現(xiàn)防火、防燃氣泄漏的作用。本文介紹了用AT89S52單片機實現(xiàn)的基于GSM短信模塊的家庭防盜報警系統(tǒng)，以與AT89S52單片機的功能特點、GSM短信模塊工

6、作原理、傳感器工作原理。系統(tǒng)組成框圖如下：GSM模塊紅外傳感器煙霧傳感器燃氣泄漏傳感器MCU遙控布、撤防備 用 電 源第一章 單片機概述AT89S52作為普通51單片機已與廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主控制芯片。1.1 AT89S52的主要性能l 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 三級加密程序存儲器l 32個可編程I/O口線l 三個16位定時器/計數(shù)器l 八個中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看

7、門狗定時器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標(biāo)識符1.2 AT89S52的功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52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。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器

8、/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振與時鐘電路。另外，AT89S52 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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。1.3 AT89S52的管腳排列第二章 GSM 模塊2.1 HRH GSM MODEM介紹由于HRH GSM Modem 嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 單片機系統(tǒng)（MCS51），標(biāo)準(zhǔn)串行接口和精簡的軟件接口協(xié)議將用戶從繁雜的GSM 通信標(biāo)準(zhǔn)

9、解析和調(diào)試中解脫出來，使用方便，而且公網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸具有通信圍廣（GSM 網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋全國），傳輸穩(wěn)定、可靠等特點。因此本設(shè)計選用HRH GSM Modem來進行通信。2.1.1 GSM Modem 的主要功能a.收發(fā)短信；b.借助短信實現(xiàn)遠程小批量數(shù)據(jù)傳輸；c.語音通話（GSM ）；d.數(shù)傳模式實現(xiàn)無線實時數(shù)據(jù)通信；e.無線上網(wǎng)（自動應(yīng)答型）。2.2 GSM Modem 的硬件接口模塊要求12V/500mA供電，與計算機或單片機通過串口通信，波特率9600bps，通過SIM卡座來安裝SIM卡。2.3 HRH GSM Modem 的軟件協(xié)議aA表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 進

10、制數(shù)據(jù)00。b 幀結(jié)構(gòu)：幀頭（固定為0AAH）指令碼數(shù)據(jù)2.3.1 設(shè)置短信中心號以地區(qū)為例，短信中心號為：+00，應(yīng)向GSM MODEM 下發(fā)數(shù)據(jù)幀：AA 09 2B 38 36 31 33 38 30 30 31 30 30 35 30 30 （16 進制數(shù)據(jù)）如果設(shè)置成功，GSM MODEM 應(yīng)答 AA 09 “+00”，如果設(shè)置不成功，GSM MODEM 應(yīng)答 AA 09 ERROR短信中心號設(shè)置后，保存在SIM 卡上，只需設(shè)置一次；也可以在手機上把短信中心號設(shè)置好后再裝入GSM Modem，以后就不用再設(shè)置。2.3.2 利用GSM MODEM 向普通手機發(fā)短信以向手機 發(fā)中文信息“測

11、試”為例：首先計算或查表得到“測試”的UNICODE 編碼為：6D4B（測） 8BD5（試）；向GSM MODEM 下發(fā)數(shù)據(jù)幀：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短信未從GSM MODEM 送出，可能是未登陸網(wǎng)絡(luò)或SIM 卡故障。AA 01 OK 短信已從GSM MODEM 送出，但未送達短信中心，可能是信號質(zhì)量差或天線連接不好。AA 01 SEND OK 短信已送達短信中心，并且短信中心已經(jīng)下發(fā)給接收方。AA 01 SUCCESS ： 接收方已經(jīng)收到短信（注意僅當(dāng)接收

12、方手機已經(jīng)設(shè)置短信自動應(yīng)答時才會返回；GSMMODEM 已設(shè)置成短信自動應(yīng)答）。AA 01 FAILURE ：短信中心未能將短信送達接收方或接收方已經(jīng)收到短信，但其給短信中心的回應(yīng)短信中心沒有收到（注意僅當(dāng)接收方手機已經(jīng)設(shè)置短信自動應(yīng)答時才會返回）。一般情況下，由于短信不保證實時性，所以從發(fā)送到對方接收到短信可能有5-10 秒的延時，使用中建議設(shè)置短信超時定時器長度在20-30 秒左右。短信發(fā)送成功的返回信息：先返回 AA 01 SEND OK31；如果接收方手機設(shè)置了短信自動應(yīng)答，則在對方收到后返回AA 01 SUCCESS ： 。短信發(fā)送失敗的幾種可能返回信息：a. AA 01 ERROR

13、b. AA 01 OKc. AA 01 SEND OK32 后； AA 01 FAILURE ：第三章 鍵 盤 顯 示為了實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)生警情時能夠向指定的發(fā)送短信息的功能，則必須有鍵盤和LED顯示，來對防盜報警系統(tǒng)進行的預(yù)設(shè)，本設(shè)計選用HD7279作為鍵盤顯示驅(qū)動，3.1 HD7279鍵盤顯示芯片該芯片支持64鍵盤和8位數(shù)碼管動態(tài)顯示，與傳統(tǒng)的鍵盤顯示芯片8279相比，外圍芯片少，與CPU僅有4線串行通信，大大的節(jié)省了CPU I/O口的資源；HD7279部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進制碼，并同時具有兩種譯碼方式。此外，還具有多種控制指令，如左移、右移、閃爍、消隱、段尋址等；HD7279

14、具有片選信號，可方便的實現(xiàn)多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。3.2 HD7279的典型應(yīng)用電路：注：鍵盤顯示應(yīng)用程序見附錄第四章 鐵電存儲器4.1 鐵電存儲器的特點為了實現(xiàn)對預(yù)設(shè)的存儲和對報警信息的記錄，本系統(tǒng)采用了能夠保證掉電數(shù)據(jù)不丟失的鐵電存儲器，該類存儲器相對于傳統(tǒng)的EEPROM有許多優(yōu)點：1 傳統(tǒng)的EEPROM寫入次數(shù)有限，一般為10萬次，而鐵電存儲器有著近乎無限次擦寫的特性；2 傳統(tǒng)的EEPROM寫入速度較慢，一般需要CPU延時幾個NOP的時間來等待寫入，而鐵電存儲器有著和RAM一樣的操作速度；3 EEPROM需要較大的能量來完成一次擦寫，而鐵電存儲器在寫入時屬于微功耗。本設(shè)計選

15、用了FM24C16來作為非易失性數(shù)據(jù)存儲器，其特點如下：1. FM24C16A是一種串行非易失存儲器，它的結(jié)構(gòu)容量為512*8位，接口方式為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)二線制造串行接口，與串行EEPROM的功能操作相似，與EEPROM具有一樣的引腳排列，不同之處在于，F(xiàn)M24C16A具有非常出色的寫操作性能；2.FRAM部采用讀恢復(fù)機制操作。所以讀寫次數(shù)與每一次讀寫都有關(guān)系。FRAM結(jié)構(gòu)是基于行與列陣列排布，行由A8- A2定義。 每次訪問都會使一行減少一次讀寫壽命。鐵電的擦寫次數(shù)幾乎可以說是無限次。即使每秒訪問3000次，連續(xù)使用十年，使用壽命仍未終止。4.2 二線制協(xié)議FM24C16使用二線制協(xié)議串行總線與其

16、傳輸規(guī)約進行雙向傳輸，這種方式占用腳位少，占用線路板空間小，下圖描述了FM24C16在微處理器系統(tǒng)中的典型配置：二線制協(xié)議即是總線上的所有操作都是由SDA和SCL兩個腳位的狀態(tài)來確定的，共有四個狀態(tài)：開始，停止，數(shù)據(jù)以與應(yīng)答，下圖描述了四個狀態(tài)的時序圖。注：FM24C16讀寫子程序見附錄第五章 實時時鐘為了實現(xiàn)發(fā)生警情時，對發(fā)生警情的時間進行記錄，且為了保證系統(tǒng)的可靠運行，要求系統(tǒng)進行自檢并定時上報系統(tǒng)運行狀態(tài)，因此需要系統(tǒng)具有實時時鐘功能。本設(shè)計選用了DS12887實時時鐘芯片。5.1 DS12887功能與特點介紹DS12887采用CMOS技術(shù)制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集

17、于芯片部。采用DS12887芯片設(shè)計的時鐘電路勿需任何外圍電路并具有良好的微機接口。DS12887芯片具有微軾耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘場合中。其主要功能如下：1含一個鋰電池，斷電情況運行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。2計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能。3二進制數(shù)碼或BCD碼表示時間、日歷和定鬧。412小時或24小時制，12小時時鐘模式帶有PWM和AM指導(dǎo)，有夏令時功能。5MOTOROLA5和INATAEL總線時序選擇。6有128個RAM單元與軟件音響器，其中14個作為字節(jié)時鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用RAM，所有ARAM單

18、元數(shù)據(jù)都具有掉電保護功能。7可編程方波信號輸出。8中斷信號輸出(IRQ)和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行測試。5.2 時間、日歷和定鬧單元時間和日歷信息通過讀相應(yīng)的存字節(jié)來獲取，時間、日歷和定時鬧鐘通過寫相應(yīng)的存字節(jié)設(shè)置或初始化，其字節(jié)容可以是十進制或BCD形式。時間可選擇12小時制或24小時制，當(dāng)選擇12小時制時，小時字節(jié)高位為邏輯“1”代表PM。時間、日歷和定鬧字節(jié)是雙緩沖的，總是可訪問的。每秒鐘這10個字節(jié)走時1秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時，讀時間和日歷可能引起錯誤。三個字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當(dāng)定鬧時間寫入相應(yīng)時、分

19、、秒定鬧單元，在定時允許、鬧鐘位置高電平的條件下，定鬧中斷每天準(zhǔn)時起動一次。第二種，在三個定鬧字節(jié)中插入一個或多個不關(guān)心碼。不關(guān)心碼是任意從C到FF的16進制數(shù)。當(dāng)小時字節(jié)的不關(guān)心碼位置位時，定鬧為小時發(fā)生一次由于相線小時和分鐘定鬧字節(jié)置不關(guān)心位時，每分鐘定鬧一次；當(dāng)三個字節(jié)都置不關(guān)心位時，每秒中斷一次。5.3 DS12887引腳定義注：DS12887應(yīng)用程序見附錄第六章 后備電源為了防止竊賊在進入防區(qū)之前將系統(tǒng)的供電交流電源切斷，系統(tǒng)必須能夠在交流電源被切斷后繼續(xù)正常運行一段時間，本系統(tǒng)采用12V/7AH的鉛酸蓄電池作為后備電源，這就給系統(tǒng)設(shè)計提出了一個繼續(xù)解決的問題：就是蓄電池的充電電源管

20、理問題。由于鉛酸蓄電池在過充情況下電解液會發(fā)生氣化現(xiàn)象，導(dǎo)致蓄電池的壽命降低 ，蓄電池在充滿電時，蓄電池的電壓大概在13.6V左右，在欠壓時電壓大概在10.9V左右，根據(jù)這個特點，本人發(fā)現(xiàn)此充放電特性符合滯回比較器的傳輸特性，即將滯回比較器的上限閾值設(shè)為13.6V，下限閾值設(shè)定為10.9V，當(dāng)充滿電后，使滯回比較器控制繼電器將充電限流電阻切換到較大的限流電阻上；當(dāng)放電到10.9V時，滯回比較器控制繼電器將限流電阻切換到較小的限流電阻上，并且保障系統(tǒng)正常工作電流要小于快充充電電路的電流，而大于慢充充電電路的電流。這樣就能保證滯回比較器始終工作在10.9V13.6V的滯回帶，即保證蓄電池既不欠壓又

21、不過充。滯回比較器：有滯回特性，具有抗干擾能。從反相輸入端輸入的滯回比較器電路如下圖所示，電路中引入了正反饋。滯回比較器工作原理：從集成運放輸出端的限幅電路可以看出，uo=±Uz。集成運放反相輸入端電位，同相輸，入端電位根據(jù)“虛短” ,求出的 就是閾值電壓，因此得出當(dāng) ，因而uo=+Uz，所以, 。當(dāng) ， 因而uo=-Uz，所以 ，?？梢姡瑄o從+Uz躍變?yōu)?Uz和uo從-Uz躍變?yōu)?Uz的閾值電壓是不同的，電壓傳輸特性如下圖所示。注：具體電路參照系統(tǒng)設(shè)計圖紙電源部分。第七章 遙 控 器 為了實現(xiàn)用戶在進入防區(qū)前或離開防區(qū)后能對系統(tǒng)的布、撤防狀態(tài)進行改變，本設(shè)計選用了315M調(diào)幅遙控

22、器，該遙控器具有以下優(yōu)點：1 工作在業(yè)余頻段，不用花錢購買頻點；2 有效距離遠，一般可達2001000米；3 有豐富的地址碼供用戶選擇，由于遙控器和遙控器接收板上應(yīng)用的PT2262/PT2272編解碼芯片對都提供8位三態(tài)的編解碼狀態(tài)，也就是說有3的8次方地址碼可供用戶選擇，足以滿足小區(qū)所有用戶的防盜報警布、撤防應(yīng)用。發(fā)射、接收電路無解碼電路圖分別如下：第八章 傳 感 器要實現(xiàn)防盜、防火、防燃氣泄漏，相應(yīng)的傳感器是必不可少的，而無論是哪種傳感器，其最終輸出的都是開關(guān)量。8.1 紅外傳感器對于防盜傳感器，本系統(tǒng)采用主動式紅外對射傳感器，它相對于傳統(tǒng)的被動式熱釋紅外傳感器有以下優(yōu)點：1.主動式對射紅

23、外傳感器安裝于門窗與一切需要設(shè)防的位置，采用多光束綜合判斷，當(dāng)有一定體積的障礙物遮擋時，才被觸發(fā)，極大的降低了傳感器的誤報；2.由于其安裝在門窗等位置，使夜間主人的正常活動不受限制，這給用戶提供了極大的夜間布防的可能。8.2 煙霧傳感器本設(shè)計選用離子式煙霧傳感器，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。8.3氣體泄漏傳感器本設(shè)計選用電化學(xué)型氣體傳感器，電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳

24、感器，近年來，又開發(fā)了檢測酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器?？煽仉娢浑娊馐絺鞲衅魇峭ㄟ^測量電解時流過的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過測量離子極化電流來檢測氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點是檢測氣體的靈敏度高、選擇性好。第九章 家庭防盜報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計9.1主程序流程圖（圖1）開始初始化讀時鐘是否等于定時時間發(fā)短信：系統(tǒng)運行正常！讀煙霧傳感器開關(guān)量讀燃起泄漏傳感器開關(guān)量讀紅外傳感器開關(guān)量讀布、撤防開關(guān)量發(fā)短信：有人行竊！發(fā)短信：屋內(nèi)有火災(zāi)警情！發(fā)短信：廚房有燃氣泄漏布防撤