基于單片機家用防盜報警系統(tǒng)設計說明

./單片機大作業(yè)題目：基于單片機實現(xiàn)GSM短信的防火_防盜報警系統(tǒng)設計_____________組員：苗哲哲、王敬博、穆文遠_______所屬院：信息院____________專業(yè)：通信工程__________班級：1401_____________指導教師：秋菊___________基于單片機實現(xiàn)GSM短信的防火防盜報警系統(tǒng)設計摘要：介紹了一個基于單片機、GSM短信模塊為核心的智能防火防盜報警系統(tǒng),并從基本工作原理、電路的構成等進行了詳細的闡述該系統(tǒng)采用主動式紅外傳感器和煙霧傳感器進行檢測,可以實現(xiàn)遇到有人入侵時,有火情出現(xiàn)有濃煙時及時燈光報警,并且以直觀的中文短信的方式,將具體的情況反應到你的手機屏幕上,能確保你的家庭安全。該系統(tǒng)自動化程度高、適應能力強、電路設計可靠、一般家庭都能接受?，F(xiàn)代報警系統(tǒng)由簡單化、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,設計了一個基于單片機實現(xiàn)的GSM短信模塊的家庭無線防火防盜報警系統(tǒng)。1總體方案設計本系統(tǒng)由單片機與GSM短信模塊、紅外煙霧傳感器、聲光報警模塊等組成,針對火災信號,煙霧傳感器通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防,紅外傳感器主要用于防盜,當系統(tǒng)檢測到危險信號時,自動實現(xiàn)聲光報警并通過GSM模塊,給預先設置好的用戶發(fā)送短信,及時通知用戶。關鍵詞：單片機；紅外傳感器；數據采集；報警電路2硬件電路設計2.1微處理器電路微處理器采用的是8位高性能的單片機STC89C52RC,該型號處理器能與51系列單片機完全兼容,它具有比51系列的單片機更為強大的功能,它的抗干擾能力強以及性能穩(wěn)定性高,可利用的資源比較豐富,8KB的flash存儲容量,512B的RAM容量,時鐘晶振可達80MHZ,性價比較高,可在高速低速應用場合下均可良好應用。2.2GSM模塊電路連接GSM是globalsystemformobilecommunications的簡寫,意思是：全球移動通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)有以下重要特點：防盜能力強,網絡容量大,手機資源豐富,通話清晰,穩(wěn)定性強不易受到干擾,信息靈敏,耗電量低,機卡分離等優(yōu)點,所以先如今被廣泛引用于世界上的各個國家。本設計采用的是西門子的TC35型GSM模塊,GSM模塊可以使用文字短信來實現(xiàn)遠程的小批量數據傳輸,與單片機通過串口通信,波特率為96009600bps,通過SIM卡座來實現(xiàn)SIM卡的安裝、應用。GSM模塊的引腳接線圖如圖2所示。2.3傳感器電路紅外傳感器對于防盜的紅外感應器而言,本系統(tǒng)采用的是紅外線對射傳感器,對射紅外傳感器可適用于安裝在門窗和一切需要設防的位置,其采用的多光束綜合判斷,當前方有障礙物遮擋其紅外感應時,紅外設備就被觸發(fā),極大的降低了傳感器的誤報現(xiàn)象;其次由于其安裝在門窗等位置,可使用戶夜間的正?；顒硬皇艿较拗?這給用戶提供了便捷的夜間布防的可能性。煙霧傳感器<也可檢測氣體泄露>煙霧傳感器就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防的。該設計采用的是MQ-2氣體傳感器,它采用的氣敏材料是在二氧化錫<SnO2>。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時,傳感器的電導率將隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。由于SnO2在清潔空氣中電導率較低,所以MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高,對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。并且簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號,是一款適合多種應用的低成本傳感器。2.4蜂鳴器聲光報警當紅外傳感器感應到了有物體穿過或者煙霧傳感器<氣體泄漏傳感器>感測到了有煙霧和有害氣體濃度達到泄漏時,電路板上的顯示燈就會亮起,并且蜂鳴器會發(fā)出聲音,提示感應器發(fā)現(xiàn)異物,可提醒人們注意!2.5放大電路的設計如圖5所示為最基本的放大電路,Vi是輸入電壓信號,Vo是輸出放大的電壓信號。圖5放大電路圖2.6時鐘電路的設計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振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件,XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期,而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期,所以一個機器周期共有12個振蕩周期,如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ,一個振蕩周期為1/12us,故而一個機器周期為1us[5]。如圖6所示為時鐘電路。圖6時鐘電路圖2.7復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位,單片機在時鐘電路工作以后,在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作[6]。例如使用晶振頻率為12MHz時,則復位信號持續(xù)時間應不小于2us[7]。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖7示為復位電路。圖7復位電路圖2.8發(fā)光二極管報警電路的設計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳,外接VCC,當單片機的RXD引腳被置低電平后,發(fā)光二極管被點亮,起到報警作用[8]。圖8所示為發(fā)光二極管報警電路。圖8發(fā)光二極管報警電路圖2.9聲音報警電路的設計如下圖所示,用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上,構成聲音報警電路,如圖9示為聲音報警電路。圖9聲音報警電路圖2.10AT89C51單片機簡單概述2.10.1AT89C51單片機的結構AT89C51單片機是美國Atmel公司生產低電壓,高性能CMOS8位單片機,片含4kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器〔EPROM和128bytes的隨機存取數據存儲器<RAM>,器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術生產,兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片置通用8位中央處理器〔CPU和Flash存儲單元,功能強大[3]。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合,可靈活應用于各種控制領域。圖2為AT89C51單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見,在這一塊芯片上,集成了一臺微型計算機的主要組成部分,其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數器、串行口等,各部分通過部總線相連。下面介紹幾個主要部分。振蕩器和時序OSC程序存儲器4KBROM數據存儲器256BRAM/SFR振蕩器和時序OSC程序存儲器4KBROM數據存儲器256BRAM/SFR定時器/計數器2×16AT89C51CPU64KB總線擴展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口內中斷圖2AT89C51功能方塊圖2.10.2AT89C51管腳說明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單片機是高性能單片機,因為受引腳數目的限制,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8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器,它可以被定義為數據/地址的第八位。在FLASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FLASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的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,被部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫1時,其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時,它利用部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后,它們被部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示：P3口管腳備選功能P3.0RXD〔串行輸入口P3.1TXD〔串行輸出口P3.2INT0〔外部中斷0P3.3INT1〔外部中斷1P3.4T0〔記時器0外部輸入P3.5T1〔記時器1外部輸入P3.6〔外部數據存儲器寫選通P3.7〔外部數據存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/VP：當保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH,不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時,將部鎖定為RESET；當端保持高電平時,此間部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件,應不接。3軟件設計程序主要實現(xiàn)對家庭防火防盜的布防,啟動后,火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器開始工作,GSM模塊和聲光報警模塊處于待命狀態(tài)。程序流程圖如圖6所示。3.1.1主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示；系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化聲光報警結束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結束YNNYYN圖10主程序工作流程圖3.1.2本主程序實現(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后,表示有人闖入監(jiān)控區(qū),從而經過單片機部程序處理后,驅動聲光報警電路開始報警,報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作,檢測是否還有下次觸發(fā)信號,等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時,利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時,用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務程序工作流程圖,如下圖11所示；中斷源發(fā)出中斷申請中斷源發(fā)出中斷申請關中斷、保護現(xiàn)場INTO端有輸入信號關閉報警恢復現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖11中斷服務程序工作流程圖3.2軟件仿真本設計通過利用Proteus仿真,將所編寫的程序用Keil軟件編譯,所仿真原理圖見附錄C。本設計所要求達到的目標是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號,可使圖中的綠燈由暗變亮,紅燈產生報警,可觀察到紅燈一閃一閃的。當報警結束后,綠燈亮起。4部分程序4.1溫度傳感器模塊讀取18B20的代碼主要是遵循協(xié)議針對部寄存器進行操作,主要函數有1.DS18B20_init該函數在每次讀取的時候使用,具體代碼如下：/**///函數功能:初始化18B20//輸入參數:無//輸出參數:無//輸入輸出參數:無//返回值:無//創(chuàng)建日期:/**/voidDS18B20_init<void>{bitq;DS18B20_IO=1;//把總線拿高delay_uint<1>;//15usDS18B20_IO=0;//給復位脈沖delay_uint<80>;//750usDS18B20_IO=1;//把總線拿高等待delay_uint<10>;//110usq=DS18B20_IO;//讀取18b20初始化信號delay_uint<20>;//200usDS18B20_IO=1;//把總線拿高釋放總線}其中的延遲函數可以具體參考數據手冊,滿足一定圍即可。2.DS18B20_write該函數往部寄存器寫數據,當然寫命令也是一樣道理/**///函數功能:往18B20部寫數據//輸入參數:要寫的數據//輸出參數:無//輸入輸出參數:無//返回值:無//創(chuàng)建日期:/**/voidDS18B20_write<uchardat>{uchari;}for<i=0;i<8;i++>{//寫數據是低位開始DS18B20_IO=0;//把總線拿低寫時間隙開始DS18B20_IO=dat&0x01;//向18b20總線寫數據了delay_uint<5>;//60usDS18B20_IO=1;//釋放總線dat>>=1;}3.DS18B20_read/**///函數功能:從18B20讀取一個字節(jié)數據//輸入參數:無//輸出參數:無//輸入輸出參數:無//返回值:讀取到的一個字節(jié)//創(chuàng)建日期:/**/ucharDS18B20_read<void>{uchari,value;for<i=0;i<8;i++>{DS18B20_IO=0;//把總線拿低讀時間隙開始value>>=1;//讀數據是低位開始DS18B20_IO=1;//釋放總線if<DS18B20_IO==1>//開始讀寫數據value|=0x80;delay_uint<5>;//60us讀一個時間隙最少要保持60us的時間}returnvalue;}4.從18B20讀取2個字節(jié)的溫度數據/**///函數功能:從18B20讀取兩個字節(jié)的溫度值//輸入參數:無//輸出參數:無//輸入輸出參數:無//返回值:讀取到的溫度數據//創(chuàng)建日期:/**/uintDS18B20_read_temperature<void>{uintvalue;ucharlow;DS18B20_init<>;//初始化18b20DS18B20_write<0xcc>;//跳過64位ROMDS18B20_write<0x44>;//啟動一次溫度轉換命令delay_uint<50>;//500usDS18B20_init<>;//初始化18b20DS18B20_write<0xcc>;//跳過64位ROMDS18B20_write<0xbe>;//發(fā)出讀取暫存器命令EA=0;low=DS18B20_read<>;//讀溫度低字節(jié)value=DS18B20_read<>;//讀溫度高字節(jié)EA=1;value<<=8;//把溫度的高位左移8位value|=low;//把讀出的溫度低位放到value的低八位中value*=0.0625;//轉換到溫度值小數returnvalue;//返回讀出的溫度帶小數}4.2煙霧濃度檢測模塊該模塊的實際容就是讀取ADC0832的數據unsignedcharADC0832_read<bitSGL,bitODD>{unsignedchari=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;//開始SCL=1;//第一個上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1;//第二個上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1;//第三個上升沿SCL=0;//第三個下降沿DO=1;for<i=0;i<8;i++>{SCL=1;SCL=0;//開始從第四個下降沿接收數據value<<=1;if<DO>value++;}for<i=0;i<8;i++>{//接收校驗數據value1>>=1;if<DO>value1+=0x80;SCL=1;SCL=0;}CS=1;SCL=1;if<value==value1>//與校驗數據比較,正確就返回數據,否則返回0returnvalue;return0;}4.3紅外熱釋電就是單個bit的讀取,這個是單片機的基本操作,不再贅述4.4TC35短信模塊操作就是針對串口的操作,具體參考TC35的使用手冊,按照手冊的要求發(fā)送數據到串口,就能實現(xiàn)。例如要求TC35模塊發(fā)送報警信息到指定手機的程序如下：voidsend_alarm_msg<uchar*p>{chang_phone<TC_PUD_4,p>;//交換要是字符的TC_send<TC_MSXZ_0,sizeof<TC_MSXZ_0>-1>;delay_1ms<300>;send_uart0_dat<TC_CMGS,sizeof<TC_CMGS>-1>;TC_send<TC_CMGS_NUM_ydyz,sizeof<TC_CMGS_NUM_ydyz>-1>;//發(fā)總長度delay_1ms<300>;send_uart0_dat<"00",2>;//前面在加兩個"00"send_uart0_dat<TC_PUD_3,sizeof<TC_PUD_3>-1>;send_uart0_dat<TC_PUD_4,sizeof<TC_PUD_4>-1>;//對方手機號send_uart0_dat<TC_PUD_5,sizeof<TC_PUD_5>-1>;send_uart0_dat<TC_PUD_6_long_ydyz,sizeof<TC_PUD_6_long_ydyz>-1>;//信息長度send_uart0_dat<TC_PUD_7_ydyz,sizeof<TC_PUD_7_ydyz>-1>;//信息容delay_1ms<300>;send_uart<0x1A>;send_uart<0x0D>;send_uart<0x0A>;flag_gsm_text=1;//設置為TEXT模式使能}4.5LCD1602該模塊主要實現(xiàn)往1602液晶控制器發(fā)送命令和發(fā)送數據函數,代碼如下：voidLCD1602write_<uchar>{e=0;rs=0;rw=0;P0=;delay_uint<3>;e=1;delay_uint<25>;e=0;}voidLCD1602write_data<uchardat>{e=0;rs=1;rw=0;P0=dat;delay_uint<3>;e=1;delay_uint<25>;e=0;}4.6EEPROM由于是置的EEPROM,操作上與外接的有很大不同,STC的操作如下：unsignedcharbyte_read<unsignedintbyte_addr>{EA=0;ISP_ADDRH=<unsignedchar><byte_addr>>8>;/*地址賦值*/ISP_ADDRL=<unsignedchar><byte_addr&0x00ff>;ISP_CMD=ISP_CMD&0xf8;/*清除低3位*/ISP_CMD=ISP_CMD|RdCommand;/*寫入讀命令*/ISPgoon<>;/*觸發(fā)執(zhí)行*/ISP_IAP_disable<>;/*關閉ISP,IAP功能*/EA=1;return<ISP_DATA>;/*返回讀到的數據*/}voidbyte_write<unsignedintbyte_addr,unsignedcharoriginal_data>{EA=0;//SectorErase<byte_addr>;ISP_ADDRH=<unsignedchar><byte_addr>>8>;/*取地址*/ISP_ADDRL=<unsignedchar><byte_addr&0x00ff>;ISP_CMD=ISP_CMD&0xf8;/*清低3位*/ISP_CMD=ISP_CMD|PrgCommand;/*寫命令2*/ISP_DATA=original_data;/*寫入數據準備*/ISPgoon<>;/*觸發(fā)執(zhí)行*/ISP_IAP_disable<>;/*關閉IAP功能*/EA=1;}4.7矩陣鍵盤掃描voidkey_scan<void>{staticucharkey_new=0,key_l;key_can=20;//按鍵值還原P1=0x0f;if<<P1&0x0f>!=0x0f>//按鍵按下{delay_1ms<1>;//按鍵消抖動if<<<P1&0x0f>!=0x0f>&&<key_new==1>>{//確認是按鍵按下key_new=0;key_l=<P1|0xf0>;//矩陣鍵盤掃描P1=key_l;switch<P1>{case0xee:key_can=1;break;//得到按鍵值case0xde:key_can=4;break;//得到按鍵值case0xbe:key_can=7;break;//得到按鍵值case0x7e:key_can=10;break;//得到按鍵值case0xed:key_can=2;break;//得到按鍵值case0xdd:key_can=5;break;//得到按鍵值case0xbd:key_can=8;break;//得到按鍵值case0x7d:key_can=0;break;//得到按鍵值case0xeb:key_can=3;break;//得到按鍵值case0xdb:key_can=6;break;//得到按鍵值case0xbb:key_can=9;break;//得到按鍵值case0x7b:key_can=11;break;//得到按鍵值case0xe7:key_can=15;break;//得到按鍵值case0xd7:key_can=14;break;//得到按鍵值case0xb7:key_can=13;break;//得到按鍵值case0x77:key_can=12;break;//得到按鍵值}//write_sfm2<1,0,key_can>;}}elsekey_new=1;}主程序#include<STC15F104E.H>#include"intrins.h"voi