智能家居报警系统设计.docx
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智能家居报警系统设计
单片机课程设计报告
智能家居报警系统设计
姓名:
张伟槟、黄洪鑫、郑桂贤
班级:
12电子信息工程3班
学号:
201231190425/18/19
指导老师:
姜晟、邓小玲
日期:
2014年12月19日
华南农业大学工程学院
摘要:
二十一世纪是信息化的年代,“智能”的生活方式成为一种趋势。
无论日常用品,数码产品,或者其他与生活相关的,都以一种“智能”的姿态闯入人类的生活当中。
而人类在享受“智能”带来的方便之时,也活在它所带来的各种隐患之中。
而犯罪带来的家居安全问题,也逐渐引起人们的高度关注。
为了采取高效的方法解决此问题,本设计采用以单片机为控制核心,热释电红外传感器和用LCD显示状态的密码锁模块为保护探测手段,并利用语音报警为阻吓方法,GSM发送手机短信提示财产所有者以及进行报警,设计出应用范围较广,智能化水平较高的智能家居报警系统,对各种意欲破坏家居安全的行为给予本地震慑,并通过远程通知为及时制止犯罪提供足够时间。
关键词:
智能家居安全系统GSM单片机
Abstract:
ThisAlarmingSystemforHomeSecurityaimsatalarmingforsuddeninvadings.Themajorfunctionofitistoguaranteethesaftyofourhome.Bytestinganythreatswithintelligentmethods,italamsandsendmessagestoourmobilephones.Inthisway,itnotonlystopcrimesbythreatingthecrimer,italsoguaranteetheowner’simmediatereflectiontothecrème,whichdecreasestheloss.Torealizethefunctionofit,theSingleChipMicrocomputerisusedtoworkasthecontrollerforthesystem,whilethehumanbodypyroelectricinfraredsensorandthepasswordaccesscontrolmoduleworkasamethodtofindoutthethreats.What’smore?
Whenthesensormoduleistrigged,thealarmmodulewillsendthealarmsignalbysoundandflashlight,alsoitwillcommunicatetotheGSMmoduletosendamessage.
Keywords:
SmartHousesafetySystemGSMMCU
一、系统设计要求
1.1基本要求
任选一种报警源:
即密码锁模块(0.5)、人体热释红外感应模块(0.5)可任选一种。
任选一种报警方式:
即可选用喇叭报警(0.5)、彩灯闪烁报警(0.5)、语音报警(附加分5分)、启动GSM模块实现与手机终端通信报警(附加分10分)。
1.2发挥部分
可选择多种报警源、多种报警方式,也可自由添加其他功能,如红外遥控密码锁等。
2、系统方案论证与选择
2.1系统基本方案
根据要求,本设计主要由:
热释电红外传感器、密码输入模块、语音功能模块、显示电路、单片机控制电路、蜂鸣器模块、GSM信号发送模块以及下载模块组成,系统整体框图如图1所示。
图1系统整体框图
PCB板图如图2所示,PCB板图如图3所示:
图3测试仪器列表
2.2系统各模块的方案分析
1.2.1主控制器选择
方案
(1):
AT89C52作为主控制器,可反复擦写,并且其功能强大,能应用于较复杂的控制场合。
但AT89C52外围电路接线复杂;需要用并行编程器下载程序,并且每次烧写程序都需要握手操作,极不方便。
方案
(2):
AT89S52作为主控制器,该芯片有低功耗高性能体积小的特点,并且适用于常规编程器,使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
另外,AT89S52支持ISP下载,并且可以通过AT89S52系统板预留ISP下载接口,实现在线烧写程序。
方案(3):
STC89C52作为主控制器,该芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
且具有以下标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,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。
另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。
经小组讨论,选择方案(3)。
1.2.2密码输入模块
STC89C52单片机P1引脚外接4×4矩阵键盘,按键有0~9,还有确认、取消、删除等功能按键。
开机后根据液晶屏显示的提示语,按数字键键即可输入密码,按修改密码键,在正确输入旧密码的前提下,即可修改密码。
1.2.3热释红外检测模块
方案
(1):
采用常用的红外探头作为信号采集模块,该模块集成度高,反应灵敏,但其作用范围小,受外界物体影响较大。
方案
(2):
采用采用红外热释电处理芯片BISS0001专门处理芯片设计的人体热释红外检测模块,具有较高的灵敏度与较高的分辨度。
并且作用范围宽,是针对人体热释红外检测。
经小组讨论,选择方案
(2)。
1.2.4显示模块
方案
(1):
采用利用发光二极管的特性组合而成的数字显示器件,通过驱动电路驱动相应的段码,控制相应的二极管的状态显示相应的数字,其中静态显示方式只能显示单个数字,而动态显示方式因其扫描时间会占用大量的系统资源。
方案
(2):
采用1602液晶模块,它的每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用。
同时,能很方便的控制实现清屏、左移右移、光标显示等效果。
而且其显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变,能够维持显示的字符并且占用的系统资源也少。
经小组讨论,选用方案
(2)。
1.2.5下载模块
方案
(1):
串品通信口则是用USB转串口线或串口线。
方案
(2):
ISP下载口是用ISP下载器加一个ISP软件程序将编好的程序烧录到单片机上,实施方便,性能好。
经小组讨论,选用方案
(2)。
1.2.6声音提醒功能模块
方案
(1):
使用蜂鸣器作为提醒模块,在按键和需要报警时发出声音。
具有稳定、简单等优点。
方案
(2):
使用语音芯片录制声音,配合显示模块发出相应的提示音。
报警时发出预设的报警语音。
方案(3):
既使用蜂鸣器作为提醒模块,在按键和需要报警时发出声音。
也使用语音芯片录制声音,配合显示模块发出相应的提示音。
报警时发出预设的报警语音。
优点,提示功能全面,交互性友好。
经小组讨论,选用方案(3)。
1.2.6GSM模块
无线模块使用常用的GSM/GPRS模块,通过单片机引脚RXD、TXD引脚通过串口控制,在报警时向目标手机发送报警短信。
2.3系统最终方案
为实现本设计,处于各种现实因素如实用性、节能性以及可控性等方面因素的考量,结合上述对比,本小组最终决定采用以下芯片来完成各模块功能的实现:
STC89C52实现单片机控制模块,BISS0001实现热释电红外传感模块,STC89C52单片机P1引脚外接4×4矩阵键盘实现密码锁模块,1602液晶模块实现LCD模块,ISD1760语音芯片与蜂鸣器搭配作为声音提醒功能电路,串口下载器实现下载模块,使用常用的GSM模块作短信报警。
3、系统的硬件设计与实现
3.1系统硬件的基本组成部分
本设计是一个集光、电、声、热、无线通信一体的综合设计,在设计中运用了检测技术、自动控制技术、无线通信技术和电子技术。
系统可分为传感器检测部分、界面交互部分、智能控制部分和通信部分。
传感部分包括人体热释电检测模块,界面交互部分包括LCD液晶模块、蜂鸣器模块、语音芯片模块及扬声器,智能控制部分包括单片机最小系统和按键矩阵模块,通信部分包括串口通信模块和GSM无线模块。
系统完成了红外检测、密码输入与检测、声音与界面交互、短信报警等各项任务。
为实现此等功能,本设计分为硬件和软件两部分。
硬件电路方面主要由:
热释电红外传感器、密码输入模块、LCD控制显示电路、单片机控制电路、报警器、GSM信号发送模块以及下载模块组成,系统硬件框图如图4所示。
3.2主要单元电路的设计
3.2.1按键矩阵模块
电路使用4×4键盘非编码键盘进行密码输入。
键盘为8线,通过单片机输入
单片机内。
行线接高电平,当没有按键按下时行线呈现高电平,当按键按下时,行线电平输出由列线控制。
使用扫描法逐列将列线置低电平并逐行扫面看有否行
电平从高变低找出按下的键,并通过查表得出对应键的键值。
如图5所示。
3.2.2红外热释感应模块
通过人体红外热释感应模块,能够感知到一定范围内的人体发出的红外线,该模块已集成其外围电路,有三个对外接口,分别为电源、地线和信号线。
上电后,芯片需要1分钟左右的时间初始化,期间会有0-3次高电平出现。
采用持续感应模式,当感应到热源时,信号线输出高电平,热源消失后在一段延时后恢复到低电平。
下次感应到热源时,再次出现高电平,可重复触发。
该模块通过非门进行电平转换后与单片机P3.2(低电平触发)引脚连接,使用外部中断方式控制单片机运行。
如图6所示。
3.2.3LCD显示模块
LCD显示模块用于显示系统状态,密码锁操作状态。
显示模块使用LCD1602,是由液晶显示屏和其译码电路组成,能显示数字英文,两行显示,界面友好。
16个对外接口,8根数据线使用并行连接方式,接单片机P0口,3根控制线分别接单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚,另外5根线用于电源、接地以及控制背光,分别接电源、接地和可调电阻。
如图7所示。
3.2.4蜂鸣器模块
单片机的P3.7引脚产生低电平使蜂鸣器发出响声,通过三极管放大。
充当键盘按键提示音,每按一下键盘会有一声蜂鸣声提示,密码锁状态提示音,确认密码后有若干下蜂鸣声作为密码锁状态提示音,也可参与报警。
如图8所示。
3.2.5语音功能模块
语音报警电路由ISD1760芯片、喇叭、麦克风和控制按钮组成,可进行语音的录入、擦除及播放。
采用芯片的独立按钮模式,引脚REC控制录音,出现低电平时开始录音,引脚LED出现低电平,LED灯亮,表示录音中,低电平消失后停止录音。
引脚ERASE控制录音的擦除,低电平触发,删除当前录音。
引脚VOL控制音量大小,初始为最大音量,低电平触发一次音量大小降低一级,音量总共八级,达到最小后下一次触发返回最大值。
按钮S5、S6、S7分别控制语音报警电路的录音、擦除及音量。
引脚PLAY控制语音播放,低电平触发,播放当前录音,持续的低电平可使其循环播放。
播放引脚与单片机的P2.4连接,当报警时,单片机的P2.4脚持续输出低电平,触发语音报警模块,使模块中预先录入的录音自动循环播放,实现语音报警。
如图9所示。
3.2.6串口通信模块
串口采用工作方式1,单片机的通信引脚RXD、TXD通过芯片MAX232进行电平转换连接串口,单片机的TXD引脚发送信号到MAX232的T1IN,RXD引脚从MAX232的R1OUT接收信号。
该模块可通过连接串口与GSM模块进行通信,发送控制命令及接收应答信号。
还可以通过连接串口把程序下载到单片机芯片中。
如图10所示。
3.2.7GSM无线通信模块
利用单片机发送转换成传输命令字的信码,发送给TC35。
发送短信时,每发送一条指令给GSM模块,TC35返回一条指令。
发送短信时,使用同样的通信方式,不同的通信命令字。
接口电路如图11所示:
4、
系统软件设计
系统程序流程图如图12所示:
5、系统测试
5.1测试仪器
表1测试仪器列表
序号
仪器名称
数量
1
UNI-T数字万用表
1
2
示波器
1
3
万用表
1
4
直流电源
1
5.2指标测试
⑴延时精度
结合12M晶振预分频,采用for语句延时,经测量调整误差不到5微秒。
⑵红外探测测试
红外发射管的电流在5~20mA之间,电流大,发射的红外线强,电流小,工作可靠,检测头相对被检测的物体的距离范围窄,用手移于红外发射接收管底下用示波器观察波形是否存在低、高电平中跳变。
若没有此现象,可进一步慢慢红外发射接收管离地面的距离,直到满意为止。
(3)串口稳定性测试
串口模块使用常用的MAX232芯片,外部电路的电容参数按数据手册结合实际电路微调。
使用示波器观察串口输出特定数据流的波形,如波形符合标准,则模块测试通过。
(4)语音模块测试
先按时长录制一次,按播放的声音调整音量与录音分段的长度。
6、总结
经过一份辛勤的付出与努力,我们组终于圆满完成了单片机的课程设计任务。
从方案讨论,方案确定,再到后期的硬件制作和编程,由于组员分工明确合理,所以一切进展的都很顺利。
此次我们除完成老师既定要求外,包括报警器模块、显示模块、密码锁模块、红外热释电模块,还新增了GSM模块和语音报警模块的功能。
一开始工作进行的还是比较顺利,但当我们调试GSM模块时,我们调试了两天依然没有结果,可我们组依然没有放弃。
最终我们采用了华为的GTM900C,实现了远程发送报警信号的功能。
在整合完所有程序后,我们最终测试成功。
这也标志着我们所用硬件和软件调试成功。
经过这次课程设计,我们组的合作能力进一步提升。
更重要的是我们将平时所学的课本知识与时间相结合,不仅提升了自身的学习水平和能力,而且使得自己的综合能力,尤其是动手能力有更多的提高。
所以,经过这次的课程设计,我们收获的远比我们一开始想象的要多。
致谢
本论文是在姜晟老师、邓小玲老师的亲切教导和悉心指导下完成的。
在论文的写作过程中,虽然花了一定的心血,但由于前期的作业做了一定的铺垫,所以完成的还是比较顺利的。
也感谢这篇论文所涉及到的各位学者,本文引用了数位学者的研究文献,如果没有他们的文献,我们组也很难将本次文献检索课题完成。
最后,再一次对感谢一路以来关心,帮助过我的老师和队友!
参考文献
【1】王卫星单片机原理与应用开发技术中国水利水电出版社
【2】李孟源测试技术基础西安电子科技大学出版社
【3】康华光电子技术基础高等教育出版社