智能家居报警系统单片机课程设计.docx

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智能家居报警系统单片机课程设计

目前市场上针对普通家庭的智能防盗、防火等产品很多，但基于远程报警系统的智能家居产品价格不菲。

本次设计的基于AT89S52的智能家居报警系统实用性非常强，设计成本低廉，非常适合普通家庭使用。

本产品采用的是以ATMEL公司生产的51系列单片机AT89S52作为主控芯片，AT24C02作为静态存储芯片，4*4薄膜键盘和红外热式感应作为探测器，GSM和蜂鸣器的家庭报警模块。

随着信息技术的发展，实现家居的信息化、网络化，是当前智能家居系统发展的新趋势。

本设计将通信技术与防盗系统紧密结合，为一款便敏小巧，低成本，适合普通室内报警的智能报警系统。

本系统通过传感器获取室内人员信息，并将信号发送到单片机微处理器。

系统收到报警信息后通过辨认密码的方式确定目标身份，并通过蜂鸣器报警的方式警示入侵者。

另外，系统配备具手机通信功能的GSM模块，能将室内安全状况第一时间发送至用户手机终端。

不仅大大提高系统安全性及智能性，也方便用户的使用。

经测试，本系统稳定可靠，同时具有友好的人机界面，为用户提供安全服务的同时，实现系统智能化管理。

关键字：

GSM智能报警存储器传感器

1．方案比较与选择

方案一：

本方案通过密码锁进行验证，使用LCD模块进行显示，当密码输入错误次数大于三次并且输入管理员密码也错误时，视为非法入侵，并通过GSM模块发送信息给用户手机终端。

若通过其他途径非法侵入时并通过热释人体感应模块进行报警。

总体系统框图如图1所示：

图1方案一系统框图

密码锁模块：

实现密码设置、密码存储、密码验证、密码出错报警。

人体热释感应模块：

当检测到非法入侵的人体时，启动蜂鸣器报警

显示模块：

采用LCD显示当前家居安全情况。

报警模块：

通过蜂鸣器和GSM手机终端通信功能报警。

程序下载模块：

用于程序修改下载

方案二：

通过微处理器控制技术将双音多频电路与语音电路相结合，利用电话网络技术和相关的传感器，开发一种具有联网功能的智能报警系统。

该报警系统由传感器终端、计算机控制中心、小区管理中心的接警主机及相关软件组成。

如图2所示，主机电路由射频接收模块接收传感器发来的报警信号，通过解码电路解码后得到报警传感器预先设定的地址码和数据码类型。

主机和传感器两者设定的地址码相同时才能被主机接收。

解码输出信号进入主控制器的中断输入端，触发中断处理程序。

该系统适用于小区式管理，实现小区与物业管理中心的安全状态保障，最终实现小区联网控制。

图2方案二系统框图

方案二的系统功能齐全，但是设计复杂，适合在小区管理用户大规模使用。

方案一虽然功能偏少，设计相对简单，而且实现相对容易，适合于家庭个人用户使用。

综上两种方案，结合自身的设计水平，我们组选择方案一作为我们的最终设计方案。

2.主要元器件介绍

2.1主芯片--AT89S52

AT89S52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。

使用Atme公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

图3AT89S52

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，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。

另外，AT89S52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。

2.2显示器--LCD1602

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

图4LCD1602

编号

符号

引脚说明

编号

符号

引脚说明

1

VSS

电源地

9

D2

数据

2

VDD

电源正极

10

D3

数据

3

VL

液晶显示偏压

11

D4

数据

4

RS

数据/命令选择

12

D5

数据

5

R/W

读/写选择

13

D6

数据

6

E

使能信号

14

D7

数据

7

D0

数据

15

BLA

背光源正极

8

D1

数据

16

BLK

背光源负极

图5LCD1602引脚说明

2.3外部存储芯片--AT24C02

AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。

AT24C02有一个16字节页写缓冲器。

该器件通过IIC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

AT24C02芯片主要性能：

①工作电压：

1.8V～5.5V

②输入/输出引脚兼容5V

③应用在内部结构：

128x8（1K）,256x8（2K）,512x8（4K）,1024x8（8K）,2048x8（16K）

④二线串行接口

⑤输入引脚经施密特触发器滤波抑制噪声

⑥双向数据传输协议

⑦兼容400KHz（1.8V,2.5V,2.7V,3.6V）

⑧支持硬件写保护图6

⑨高可靠性：

读写次数：

1,000,000次–数据保存：

100年

（四）电平转换芯片--MAX232

MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。

第一部分是电荷泵电路。

由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。

功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。

由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。

8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

TL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

第三部分是供电。

15脚GND、16脚VCC（+5v）。

2.4GSM--TC35i

TC35i新版西门子工业GSM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,电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA（平均），2.5A峰值；可传输语音和数据信号,功耗在EGSM900（4类）和GSM1800（1类）分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。

SIM电压为3V/1.8V，TC35i的数据接口（COM电平）通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s,自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。

它支持Text和PDU格式的SMS（ShortMessageService,短消息）,可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复.

TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。

它有固定的参数：

8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps~115kbps之间可选，TC35模块提供RS-232数据口，采用AT指令，内置微控制器将GPS接收机和GSM模块结合在一起。

为了方便设置波特率，我选用11.0592MHz的晶振作为单片机的外部晶振，波特率设置为9600。

RS232串口原理图如下所示。

3.模块分析

1.主芯片--AT89S52模块

图7

2.串口通信和下载模块

图8

3存储芯片AT24C02模块

图9

4.系统硬件组成部分

本系统的硬件部分主要由单片机AT89S52、晶振电路、报警电路、MXA232程序下载电路、4×4矩阵键盘和LCD1602显示电路和人体热释感应模块组成；其中报警电路使用蜂鸣器和GSM手机终端通信功能功能相结合报警。

总的来说，智能家居系统主要由微处理器模块（MCU）、记忆模块、人体红外检测报警模块、键盘模块、程序下载模块和显示模块构成。

·微处理器模块，也就是AT89S52单片机，因为本系统要实现密码检测、密码设定、声光提示等功能，要求微处理器必须能提供很多I/O口，而且由于系统体积限制，很难扩展I/O口和使用外部程序存储器，所以选用AT89S52单片机。

·记忆模块，本系统的记忆模块是通过单片机编程实现，这样的话就可以节约硬件开支。

因为我们选用的AT89S52单片机运用了I2C技术在内部集成了的EEPROM，用户可以对其进行操作。

通过编程实现了修改密码后的断电保存。

·报警模块，通过蜂鸣器和GSM手机终端通信功能报警，当密码输入错误次数大于三次，或者有非法侵入等行为，系统会用蜂鸣器实现声音报警，同时通过GSM模块发送警告信息给主人。

·键盘模块，键盘模块的作用是让用户输入密码和修改密码。

考虑到本系统需要用到大量的按键，键盘模块采用薄膜键盘。

·通信接口模块，为了用实现单片机与GSM的通信，我们采用采用MXA232和九针的串接口组成通信模块。

·显示模块，考虑到友好的人机界面，采用LCD1602液晶显示。

显示模块的作用主要是显示提示信息和输入的密码，以方便用户使用。

5.仿真分析

（1）总分析图

图10

（2）GSM模块调试

通过RS-232将GSM模块和主控制板连接起来。

这样要注意要将RXD-RXD,TXD-TXD连接起来，不要凭经验交叉连接。

这里我采用串口调试助手，通过RS-232与电脑连接来调试。

把串口波特率设置为9600，效验为设置为NONE，数据位8位，停止位1位

图11串口助手

模块有两种发送方式:

TEXT模式和PDU模式。

PDU模式可以用Unicode编码发送英文、汉字。

采用PDU模式比较复杂，TEXT模式虽然只能发送英文，但其无需编码，发送简单，所以我在测试时采用TEXT模式。

TEXT发送模式：

（相对简单很多。

）

发送：

AT<回车>

返回：

AT<回车>

OK

发送：

AT+CMGF=1<回车>

返回：

AT+CMGF=1<回车>

OK

发送：

AT+CSCA=+8613010130500<回车>

返回：

AT+CSCA=+8613010130500<回车>

OK

发送：

AT+CMGS=13132061066<回车>

返回：

AT+CMGS=13132061066<回车>

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发送：

XXXXXX（0-9，A-Z）[X