基于GSM移动网络的智能家居远程防盗报警系统设计解读.docx
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基于GSM移动网络的智能家居远程防盗报警系统设计解读
单片机课程设计报告
智能家居报警系统设计
姓名：
班级：
学号：
指导老师：
日期：
2012.6.4～2011.6.15
华南农业大学工程学院
摘要
随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。
而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。
目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。
本设计以GSM网络作为信息传输平台，设计了一个通过短消息进行远程报警功能的系统。
此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。
它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。
安全监控可以对居住环境进行实时的监控。
监控范围包括室内防盗，火灾报警一系列不安全因素。
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：
智能报警传感器GSM
摘要
1方案比较与选择
2总体设计思路
3硬件支持
4电路板的制作，焊接与调试
5软件编程
6参考文献
1方案比较与选择
方案
（一）：
以STC89C51为控制核心，人体热释感应模块为报警源，用LED显示当前家居安全状况，采用喇叭报警。
方案
（二）：
以STC89C52单片机为控制核心，红外热释电与密码锁键盘输入模块为报警源，用LCD作为显示模块显示家居当前的安全状况，采用GSM模块实现与手机终端通信报警。
方案比较与确定：
1，方案
（一）实现相对容易，制作简单，成本低，但其功能不够强大与实用。
2，方案
（二）功能比较高端，可以实现手机终端报警。
虽然其仅以密码锁为报警源，报警功能不够完善，采用GSM模块实现与手机终端通信报警成本较大，但是比较贴近实际生活，开发前景较大，而且可以让我们对单片机的应用有更进一步的认识。
综合上述，方案
（二）为最佳选择。
2总体设计思路
本系统由五路热释电红外探测器采集报警信号，将报警信号送入STC89C52控制芯片，触发报警，并通过串口通信将报警信号传给手机，进行警情处理从而实现家庭用防盗报警系统的功能。
基本工作原理如下:
利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给CPU，CPU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，完成声音报警GSM模块报警。
本方案采用人体热释红外感应模块采集监控范围内的人员信息，并通过密码进行验证，使用LCD模块进行显示，当密码输入错误，视为非法入侵，并通过GSM模块发送信息给用户手机终端。
系统框图如图所示：
方案二系统框图
3硬件支持
本系统的硬件部分主要由单片机STC89C52为控制核心，由晶振电路,热释电红外传感器,报警电路,MXA232程序下载电路,4×4矩阵键盘和12864显示电路等模块组成；其中报警电路使用GSM模块实现与手机终端通信报警。
总的来说，智能家居系统主要由微处理器模块,报警源模块，报警模块，程序下载模块和显示模块等模块构成。
3.1微处理器模块。
3.1.1单片机STC89C52功能介绍
STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是STC公司生产的。
STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。
STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程（S系列的才支持在线编程）。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本[7]。
STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
其引脚图如图3-1示。
STC89C52引脚分布图
STC89C52具体介绍如下：
①主电源引脚（2根）
VCC（Pin40）：
电源输入，接＋5V电源
GND（Pin20）：
接地线
②外接晶振引脚（2根）
XTAL1（Pin19）：
片内振荡电路的输入端
XTAL2（Pin20）：
片内振荡电路的输出端
③控制引脚（4根）
RST/VPP（Pin9）：
复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。
ALE/PROG（Pin30）：
地址锁存允许信号
PSEN（Pin29）：
外部存储器读选通信号
EA/VPP（Pin31）：
程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
④可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根[8]。
P0口（Pin39～Pin32）：
8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：
8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：
8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：
8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
3.1.2单片机最小系统
包含时钟电路和复位电路，如下图。
3.2热释电红外传感器模块
3.2.1热释电红外传感器简介
被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。
被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。
被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。
热释电效应是指如果使某些强介电质材料（如钦酸钡、钦错酸铅P（zT）等）的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出[1]。
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。
当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。
由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。
红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。
当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体（如墙壁、家具等）在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。
当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。
红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。
被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。
由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。
3.2.2热释电红外传感器电路图
热释电红外线（PIR）传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。
是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。
将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。
图2.2为热释电红外传感器的内部电路框图。
热释电红外传感器的内部电路框图
3.2.3被动式热释电红外探头的工作原理及特性
人体的体温一般在37℃，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。
红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。
该探头具有如下特点：
（1）由于这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射必须非常敏感。
（2）为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。
（3）被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。
（4）一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。
根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。
3.2.4原理图
3.3密码锁模块
如图3.1所示，本模块的作用是进行键盘的扫描，首先判定有没有键被按下，然后再判定被按键的位置，因为键盘矩阵有键被按下时，被按键处的行线和列线被接通，使得开关之间接通。
当扫描表明有按键被按下之后，紧接着应是进行去抖动处理，一般我们采用的是软件来去抖动，软件方法则是采用时间延迟以躲过抖动，待行线上状态稳定之后，再进行行状态输入。
3.4蜂鸣器报警模块
由人体红外传感器和蜂鸣器组成；上电时，单片机不断检测检测与红外传感器相连的管脚P3.2口有无高低电平输入，如果有则单片机向蜂鸣器控制口P2.4输出低电平驱动蜂鸣器报警；此时只有正确输入密码才能解除报警，否则蜂鸣器不会停止鸣叫。
如果没有检测到有人闯入，则单片机继续扫描。
3.5GSM模块。
3.5.1GSM模块简介
GSM模块主要采用SIEMENS公司的TC35模块，通过串口接入电路与单片机控制模块相连，主要负责实现远距离报警的功能。
采用GSM的短信功能，可以使某些控制达到“零距离”。
由于短信息的费用低廉，可以取代传统的无线遥控。
因此本系统采用单片机控制GSM模块发送GSM短信，实现远距离报警的功能。
TC35模块是SIEMENS公司为嵌入式设备设计的GSM双频通讯核心模块，如图2.4所示。
TC35T内含TC35/SIM卡座/电源/天线/RS232接口，是可独立使用的通讯终端。
TC35支持标准的AT命令集，通过AT指令可实现发送短信功能（庄建清，徐玮，2009）。
模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式。
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。
作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。
在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。
3.5.2模块电路
西门子TC35/TC35I短信模块是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM短信模块。
在GSM网络日臻完善的今天，TC35/TC35I短信模块秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。
在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到TC35I短信模块无线模块在发挥作用。
TC35/TC35I引脚图
GSM模块的工作主要由单片机通过串口将AT指令发送到GSM模块。
串口电路主要由芯片MAX232进行电平转换，实现串口电压与单片机电压的转换，确保双方可以相互通信，电路如图10所示。
单片机的TXD引脚接到MAX232的T2IN引脚，单片机的RXD引脚接到MAX232的T2OUT引脚。
GSM模块接口电路图
3.6显示模块
3.6.1lCD简介：
LCD在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，更具优势。
本方案采用LCD作为显示模块，采用1602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。
液晶模块电路如下图所示。
可调电阻R3调节液晶偏压，RS、RW和EN分别接到单片机的P2.3、P2.4、P2.5引脚，通过单片机按相应时序编程控制液晶显示。
D0~D7为液晶数据位，接到单片机P0引脚。
3.7程序下载模块。
为了方便用户使用，采用MXA232和九针的串接口组成程序下载模块。
本设计采用max232芯片和9芯RS-232接口与GSM进行通讯。
DB-9/DB-25的“公头”和“母头”
4电路板制作、焊接与调试
4.1使用altiumdesigner画出电路原理图
4.2使用altiumdesigner画出PCB图
4.3电路板实物的制作与焊接
5软件编程
程序代码如下：
6参考文献
[1].康华光等.电子技术基础模拟部分.高等教育出版社.
[2].康华光等.电子技术基础数字部分.高等教育出版社.
[3].王卫星等.单片机原理与应用开发技术.中国水利水电出版社.
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