基于GSM的家庭防盗报警系统的设计与实现毕业设计论文Word格式.docx
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GSMmobilenetwork;
AT89C52MCU;
Sensor;
Remotecontroller
1引言
随着科学技术的快速发展，报警系统也有了很大的改善，不再是简单的机械式的防盗，也主要朝着科学的方向发展，主要是利用通信系统来进行报警提示，目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式主要有固定电话拨号、以太网系统等，其中固定电话拨号很容易被盗贼在抢劫前将电话线切断或使其恶意占线，从而使其在关键时刻失灵。
同时以太网也同样面临着线路被切断的隐患，而且很不易普及。
为了克服以上这些防盗报警系统的弊端，需要设计一种新的更科学的报警系统，本设计就基本上解决了上述报警系统存在的问题。
本设计是一种基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统，不再依赖有线电话来进行报警提示，而是借助可靠、成熟的GSM移动网络，通过最直观的中文短消息的形式直接把报警地点的基本情况反映到手机屏幕上。
从而使户主能够在第一时间掌控家中的安全情况，本设计主要采用51系列单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的正常运行，采用HC-SR501热释电红外传感器来进行安保监控，采用MQ-2烟雾传感器监控火情，可以预设和改变报警的电话号码，具有键盘显示模块，具有遥控布、撤防功能。
目前，GSM移动网络的建设越来越完善，应用范围也越来越广，GSM网络系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中较完善、较成熟并且应用最为广泛的一种系统[1]。
在我国，覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网已经建成，已经成为我国公众移动通信网的主要方式，广泛应用于远程监控、定位导航、个人通信终端等，正是由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，所以本设计不再需要新建专用的通信网络，这也是本设计最实用的一面。
本设计主要采用51系列单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的正常运行，其接口简单，方便使用，且功能强大[2]。
整个系统主要包括5大模块，其中有控制模块、GSM模块、键盘显示模块、存储模块、遥控器及传感器模块。
控制模块主要就是由单片机来控制整个系统正常运行；
GSM模块主要功能就是进行无线通信，包括收发信息等，及时将家里的情况反映给户主；
键盘显示模块的功能是通过键盘及数码管，输入预设的电话号码，使其能接收GSM模块发出的信息；
存储模块主要是存储预设的电话号码；
遥控器的功能是实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变；
传感器主要是测试屋内的状态；
每个系统在单片机控制下完成自己的任务，使整个系统实现防盗功能。
在通常情况下，此防盗防火报警系统是处于撤防状态下的，只有当用户不在家时，通过遥控设置系统布防工作。
主要是通过安装的红外传感器和烟雾传感器来将报警信号传输给单片机，然后单片机在控制GSM模块发送短信给户主，从而实现报警功能。
2总体设计方案
本设计主要有两种设计方案，方案1是基于51单片机的防盗报警监控系统设计，方案2是基于GSM网络的远程家庭报警系统设计。
方案1主要由51单片机、报警信号输入和检测、声报警、驱动电路、移位寄存器、数码管等组成。
该方案中有8个报警信号输入，分别与51单片机的8个I/O相连，表示8个不同的报警位置。
主要的报警方法就是声音报警，报警电路主要是由同相放大器和蜂鸣器组成。
数码管显示电路的作用是显示相应的报警地点。
整体设计就是由单片机检测是否有报警信号输入，并且判断是8个当中的哪一个报警信号，如果有，则控制报警电路进行报警，并且同时由数码管显示相应的号码，反应不同的报警地点。
用51单片机控制一个报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比有很大的优点，用单片机组成的检测报警系统具有更大的灵活性，功能更强大，但是随着科学的快速发展，这种传统的家庭报警系统，采集信号的传感器需要布线，由于集成在一个板子上，会有很大的干扰，限制了报警信号采集覆盖面，同时无法实现远程监控，所以实用性较差。
方案2以AT89C52单片机为核心，总共分为控制模块、GSM模块、传感器数据采集模块、键盘输入模块、数码管显示模块、遥控布撤模块。
系统利用热释电红外传感器、烟雾传感器采集可能出现的有人闯入、煤气泄漏等情况，再将报警信息发送给单片机进行处理，然后，单片机控制GSM模块发送相对应的报警短信给户主，同时该系统还具有键盘输入功能，可以更改不同报警号码，并显示电话号码，还具有遥控布、撤功能，方便用户使用。
方案2相对方案1的优点就是利用了GSM模块的发短信功能，随着全球移动通信系统及移动通信网络的迅速普及，GSM的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点得到大部分人的认可，方案2是基于GSM网络的远程家庭智能监控系统，通过手机终端接收报警短信，实现远程监控。
系统利用各种传感器对可能出现的煤气泄漏、有人闯入等意外情况进行采集，先传输到单片机上，再通过单片机控制GSM模块发送短信息给户主。
方案2还具有功耗低、精确度高、智能化强，可远程监控等。
因此本次设计采用方案2。
3系统硬件设计
3.1系统组成模块
该系统由6大模块组成，包括控制单元AT89C52模块；
GSM通信模块；
传感器报警信息采集模块；
键盘输入模块；
数码管显示模块；
遥控布、撤防模块。
系统原理框图如图3-1所示。
遥控布，撤防
图3-1系统原理框图
3.2AT89C52简介
3.2.1AT89C52引脚介绍
按照功能，AT89C52的引脚可以分为主电源、外接晶体振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。
一共有40个引脚。
引脚图如图3-2所示。
图3-2AT89C52引脚图
AT89C52共有四个8位的并行I/O口：
P0、P1、P2、P3端口，其中对应的引脚为P0.0-P0.7，P,1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，共有32个I/O端口，每个端口可作为独立的输入输出。
P0口：
P0口是一个8位漏级开路双向的I/O口，可以驱动8个LS型TTL负载。
当P0口的管脚第一次被写入“1”时，定义为高阻输入。
它能够用于作为外部程序的数据存储器，可以作为地址总线低8位及数据总线的分时复用端口[3]。
同时在FIASH编程时，可以作为通用的I/O口使用，但需要加上拉电阻，这时为准双向口。
P1口：
P1口是一个的8位准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
P1口可以驱动4个LS型TTL负载。
当管脚写入“1”时，被内部上拉为高电平，可用作为输入口，因为内部含有上拉电阻，当被外部下拉为低电平时，将输出电流。
在FLASH编程和校验时，P1口可作为第八位地址的接收。
P2口：
P2口的管脚是带内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口可接收数据，输出为4个TTL的门电流，当P2口被写入“1”时，其管脚电压被内部上拉电阻拉高，可以作输入端口。
并且作为输入端口时，P2口的管脚电压被外部拉低，将输出电流。
P2口当用于外部ROM进行存取时，P2口输出的是外部地址的高八位。
在给出地址“1”时，利用内部含有上拉电阻的优势，当对外部高八位地址数据存储器进行读写操作时，P2口输出的是其特殊功能寄存器的内容。
P3口：
P3口的管脚是带内部上拉电阻的8个双向I/O口，可以接收输出的4个TTL门电流。
当P3口被写入“1”后，它们被内部上拉电阻上拉为高电平，并用作为输入端口。
作为输入端口时，由于外部下拉为低电平，P3口输出的将为电流（TLL），这也是由于上拉电阻的缘故。
P3口的第二功能如表3-1所示。
表3-1P3口的第二功能
信道位
第二功能
说明
P3.0
RXD
串行口的输出
P3.1
TXD
串行口的输入
P3.2
INT0
外部中断0的中断请求输入
P3.3
INTI
外部中断1的中断请求输入
P3.4
T0
计数器0的计数输入
P3.5
T1
计数器1的计数输入
P3.6
￣
WR
外部数据存储器的写选通信号
P3.7
RD
外部数据存储器的读选通信号
RST：
复位信号输入端，高电平有效。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间，其中复位电路如图3-3所示。
图3-3单片机复位电路
ALE/P：
ALE为低8位地址锁存允许信号，用来控制单片机访问外部存储器时，锁存地址的低位字节，地址锁存允许的输出电平。
在FLASH编程期间，此引脚可用作输入编程脉冲。
在一般情况下，此端口以不变的周期频率输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的[4]。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
：
片外部ROM读选通信号。
在由外部ROM取指期间，每个机器周期两次
有效。
但在访问外部RAM时或内部程序内存ROM时，将不会产生两次有效的
信号。
/VPP：
为访问ROM控制信号。
无效时，访问内部ROM，
有效时，访问外部ROM。
XTAL1：
片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。
XTAL2：
片内振荡器反相放大器的输出端。
时钟电路如图3-4所示。
20PF
图3-4时钟电路图
3.2.2AT89C52串口简介
本设计中，单片机与GSM模块之间通信是通过TTL串口实现的，单片机的串口含有两个物理上独立的缓冲器SBUF包括接收和发送[5]，可以同时发送和接收数据，其中发送缓冲器只能写入但不可以读出，而接收缓冲器只能读出不可以写入，两个缓冲器共用的是同一个字节地址99H。
1.AT89C52单片机的串口寄存器
AT89C52串行口控制寄存器有两个，包括特殊功能寄存器SCON和PCON，可以通过软件来改变两者的内容从而控制串行口的波特率和工作方式。
其中定时器/计数器Tl可以用于串行口的波特率发生器。
2.串行口控制寄存器SCON
串行口控制寄存器的字节地址为98H，可以位寻址，位地址范围为98H--GFH。
其格式见表3-2所示。
表3-2SCON的格式
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
SCON
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
R1
（1）SMO、SM1串行口的4种工作方式的选择位，在这4种工作方式中，串行通讯只有1、2、3方式，方式0主要用于扩展并行输入输出口。
编码及功能如表3-3所示。
表3-3串行口的4种工作方式
方式
功能说明
移位寄存器方式，波特率为fosc，用于扩展I/O口
1
8位异步收发，波特率可变（由定时器控制）
2
9位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/32
3
9位异步收发，波特率可变（由定时器控制）
（2）SM2多机通信控制位
SM2位主要用于方式2或方式3之中。
当串行口以方式2或方式3接收数据时，若SM2=1，则只有接收到的第9位数据（RBS）为“1”时，才能将接收到的前8位数据送入到SBUF中，并同时置Rl为“1”，同时产生中断请求;
否则就将接收到的数据丢弃。
而当SM2=0时，无论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入到SBUF中，同时产生中断请求。
在方式0时，SM2必须是0。
（3）REN允许串行接收位
由软件清“0”或置“1”，当REN=1时，允许串行接收数据:
当REN=0时，禁止串行接收数据。
（4）TB8发送的第9位数据
在方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据。
在多机通信中表示主机发送的是地址帧还是数据帧，TB8=1时，发送的是地址帧，TB8=0，发送的是数据帧。
（5）RB8接收到的第9位数据
在方式2和方式3时，RB8存放接收的第9位数据。
在方式1时，如果SM2=0，则RB8是接收到的停止位。
在方式0时，不使用RB8。
（6）TI发送中断标志位
在方式0时，串口发送第8位数据结束时由硬件置“1”，在其它方式时，发送停止位开始时置“1”。
TI表示一帧数据发送结束，TI可以由软件清O。
（7）RI接收中断标志位
在方式0时，接收完第8位数据时RI由硬件置“1”,在其它方式，接收到停止位时该位置“1”。
RI=1表示一帧数据发送结束，RI可由软件清“0”[6]。
3.特殊功能寄存器PCON
特殊功能寄存器字节地址为87H，没有位寻址功能。
PCON的格式如表3-4所示。
表3-4PCON寄存器格式
PCON
SMOD
SMOD为波特率选择位，其作用是使波特率加倍。
4.单片机的定时器/计数器
单片机的定时器/计数器共有四种工作方式，可以通过程序对TMOD进行设置来选择，TMOD的低4位用于设置定时器/计数器0，高4位用于设置定时器/计数器1。
定时器工作方式见表3-5所示。
表3-5定时器工作方式
M1
M0
13位计数器
16位计数器
可自动再装入的8位计数器
把定时器0分成两个8位的计数器；
对于定时器1，停止工作
3.2.3AT89C52功能
AT89C52是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制器，它具有8K的系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，可以与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
在单片机的芯片上，拥有8位CPU和系统的可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式应用控制系统提供了高灵活并且超有效的解决方案。
其中片上的Flash允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。
AT89C52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，看门狗定时器[7]。
另外，AT89C52可以降至0Hz静态逻辑的操作，同时支持2种软件，可选择节电模式。
在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、串口、中断、定时器/计数器继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一个中断或硬件复位为止。
在本设计中，AT89C52单片机主要起到整体控制的作用，将每个模块实现了连接，控制整个系统的工作，当传感器感应到异常信号时，将信号传输给单片机，单片机通过不停的扫描判断，控制GSM模块发送相关的报警短信给户主，遥控器的布、撤功能也是通过单片机I/O口高低电平判断实现的，键盘的输入号码功能也是通过单片机实现的，数码管显示也是，所以，单片机在本系统中的作用是必不可少的。
3.3GSM模块
3.3.1GSM简介
随着GSM移动通信网络的完善与普及，GSM模块作为一种主要的GSM网络的接入设备，它的生产也越来越多，竞争也越来越激烈。
GSM模块是继GSM手机外又一种重要的GSM移动通信系统的终端设备。
它在短信息方面的应用具有很大的优势，可以永远再线、不需拨号、覆盖范围广、价格便宜等特点，很适合应用于频繁传送小流量数据，可以实现无线远程控制和检测、无线数据双向传送等。
GSM模块是传统的调制解调器与GSM无线移动通信系统相互结合的一种数据终端设备，它改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。
GSM模块的主要功能有收发短信、借助短信息实现远程小批量数据传输、语音通话、数传模式实现无线实时数据通信、无线上网等[8]，本此设计主要应用了它的收发短信的功能。
3.3.2TC35介绍
本设计采用的是西门子公司的TC35双核900/1800MHZ高度集成的GSM模块，该模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V,休眠状态消耗电流为3.5mA，空闲时消耗电流为25mA，发射时消耗电流为300mA（平均），峰值为2.5A；
可以数据信号和传输语音,在EGSM900（4类）功耗为2W，GSM1800（1类）功耗为1W,通过接口连接器连接SIM卡读卡器，通过天线连接器连接天线[9]。
SIM工作电压为3V/1.8V，TC35的数据接口（CMOS电平）可以双向传输指令和数据,这一工程师通过发送AT命令进行的，可选择的波特率为300b/s～115kb/s,自动的波特率为1.2kb/s～115kb/s。
它支持两种格式的短信息发送，包括Text和PDU,可以通过相应的AT命令或关断信号来实现重启和故障恢复。
TC35主要由6部分组成，包括供电模块（ASIC）、ZIF连接器、闪存、天线接口等。
主要处理GSM终端内的数据信号和语音信号，并包含了蜂窝射频设备中的所有数字和模拟功能。
TC35硬件设计：
T
升级会员 