基于gsm的智能家居设计.docx

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基于gsm的智能家居设计

基于GSM的智能家居设计

1、设计目的

通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。

利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、火灾、家中门窗被打开并有人闯入等意外情况进行，并通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。

通过GSM网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。

2、设计正文

随着生活水平的提高，提别是物质生活水平的不断提高，人们对自己的个人安全和家庭财产安全越来越重视，安全已成为一种市场需求；同时经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给家庭防控增加了新的难题和提出了新的课题，传统的人防物防的形式已难以适应社会形式发展的需求。

科学技术的进步和普遍应用，进一步同动了智能化家庭的建设步伐，家庭安全技术防范系统已经从本地向远程监控发展，从社会的周边防范向家庭内部防控逐渐靠拢，家庭防盗报警系统在人们对美好生活的追求中迅速崛起。

一个完善的职能家庭，具有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保每一个家庭住户的声明财产安全，是建设本系统的最大意义和根本目的。

GSM模块将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。

因此，GSM模块具有发送SMS短信，语音通话，GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。

简单来讲，GSM模块加上键盘、显示屏和电池，就是一部手机。

目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在更行各业都能看到GSM模块应用的产品。

例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输到车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块。

可以说，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。

通过手机终端接收报警短信，并且可以发送命令短信异地遥控系统实现各种操作。

利用各种传感器对可能出现的煤气泄露、火灾、家中门窗被打开并有人闯入等意外情况进行，并通过短信发送特定报警信息于预先设定好的手机号码，通知事主做出相应措施。

通过GSM网络，即使远在千里之外也能对家中发生的各种突发意外情况了如指掌，使生活更安全更智能。

2.1基于GSM的安全系统简介

GSM安全系统是基于移动通信网络的监控报警技术，彻底解决了普通防盗器、监控器无法解决的远程报警和易于破解的难题。

利用通信加密技术，让用户的家居安全无忧，是继单向防盗器、双向防盗器后的新一代防盗产品。

GSM智能防盗器，是利用最新材料技术、最新信息技术、最新人工智能设计让防盗器具备智慧灵魂，使人与财产的安全保障突破时空限制。

在性能上必须要在各种情况条件下的高可靠性，在功能上必须既要让用户有不可破解的最高安全等级，又要让用户操作方便，甚至系统为用户自动服务。

2.2系统设计原理

该设计为基于GSM的家庭防盗系统，主要由单片机控制模块、液晶键盘模块、GSM模块、存储器模块和传感器模块组成，它能实现智能密码锁、煤气泄漏报警、入屋盗窃报警和修改系统密码等功能。

系统主要采用STC89C52单片机作为主控制器，P1引脚通过分时扫描方式控制键盘，从而实现输入功能。

P2引脚控制LCD1602液晶，可以更直观灵活地向用户反映系统信息。

同时，传感器检测到报警信息时，向单片机发出中断信号，中断引脚INT0和INT1通过单片机内部的中断功能实现系统报警功能。

利用串口向GSM模块发送AT指令，可向用户发送报警信息。

系统框图如图1所示。

图1系统框图

2.2.1单片机控制模块

单片机控制模块主要采用STC89C52单片机作为主控制芯片。

STC89C52作为普通51单片机已广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大。

STC89C52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。

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。

STC89C52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，STC89C52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。

其引脚图如图2所示。

图2STC89C52引脚图

2.2.2传感器模块

传感器模块模块主要由红外传感式集发射接收于一体的ITR9909。

这是一种光电开关。

光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。

物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。

光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

2.2.3GSM模块

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6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。

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。

设置以下AT指令，GSM模块可以发送短消息：

AT+CMGF=1回车（采用文本格式发送，如用PDU格式，则AT+CMGF=0）

AT+CMGS=“+8613xxxxxxxxx”回车

>输入短消息。

Crtl+Z结束并发送。

2.2.4存储器模块

为了实现对密码的存储，防止不法分子切断电源造成密码丢失，本系统采用了AT24C02存储器对密码进行存储。

AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内部含有256个8位字节。

内部有一个16字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能。

AT24C02支持I2C总线数据传送协议。

I2C总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件为发送器。

任何从总线接收数据的器件为接收器。

数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。

主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式。

AT24C02通过8个引脚实现数据的存储功能，其引脚图如下图3所示。

图3AT24C02引脚图

2.2.5液晶键盘模块

液晶键盘模块主要由4*4矩阵键盘和LCD1602液晶显示器组成。

4*4矩阵键盘主要提供用户操作输入功能，是实现人机通信的主要控制部分；LCD1602液晶显示器主要负责显示系统信息，协助用户操作系统。

下面分别简单介绍矩阵键盘和LCD1602液晶显示器的性能和工作原理。

⑴LCD1602液晶显示器

LCD1602是一种字符型液晶显示模块，是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式的LCD。

该液晶显示器使用方便，功耗小，因此本系统采用LCD1602作为系统的显示部分。

LCD1602包括4种工作状态，通过MCU设置RS、RW和E值，可使液晶工作在不同的状态。

读状态：

输入：

RS＝0，RW＝1，E＝1

输出：

D0～D7＝状态字

写指令：

输入：

RS＝0，RW＝0，D0…D7=指令码，E＝高脉冲

输出：

无

读数据：

输入：

RS＝1，RW＝1，E＝1

输出：

D0～D7=数据

写数据：

输入：

RS＝0，RW＝1，E＝1

输出：

无

⑵4*4矩阵键盘

在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。

这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，从而节省I/O资源，因此在本设计中采用4*4矩阵键盘。

矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。

当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。

对于矩阵式键盘，按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对行号和列号进行二进制编码，然后将两值合成一个字节，高4位是行号，低4位是列号。

编码相互转换可通过计算或查表的方法实现。

2.3系统程序的设计

该系统的软件设计采用C语言实现。

分主程序与子程序，子程序中又主要包括传感器采集信息程序、单片机最系统控制程序、液晶显示程序、报警程序、GSM短消息程序等几个子程序模块。

2.3.1主程序流程图

单片机与GSM模块的通信程序按欧洲GSM的AT命令协议要求编写程序，其程序流程如图4所示。

2.3.2中断子程序流程图

⑴温度传感器子程序

DS18B20的操作中，延时分两种：

短时间延时和较长时间延时。

片机系统所用的晶振频率为12MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写3个子程序：

INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。

⑵液晶显示子程序

根据系统需要设计相应的1602显示程序，在Proteus中可以先仿真成功后在烧制到单片机AT89S52中。

汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，送上要显示的汉字根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。

图4主程序流程图

2.4软件设计

该系统主要实现的功能是：

输入密码，密码正确则进入系统。

当输入密码错误次数小于3次时，可以重新输入。

当错误次数达到3次，系统便进入自锁状态并通过GSM发送短信通知用户。

成功进入系统后可以选择不同的功能：

开门、修改系统密码和开启报警系统。

选择开门功能。

则开门的指示灯会亮。

选择修改系统密码功能，则按照系统指引输入旧密码、新密码和重复新密码。

若输入的密码都正确，则修改密码成功。

若输入的密码错误，则需要重新输入，当错误次数达到3次时，系统也会进入自锁状态和通过GSM发送短信通知用户。

选择开启报警功能，烟雾传感器和红外热释能传感器便开始工作，一旦检测到信号，报警音响并通过GSM发送短信通知用户。

若需要关闭报警功能，只要按关闭报警的按键，并正确输入密码后，报警功能就会关闭。

主程序流程图如图5所示。

2.4.1传感器模块软件设计

在本系统中，传感器报警通过开启中断来实现。

烟雾传感器为INT0，红外热释能传感器为INT1。

当烟雾传感器检测到烟雾时，输出高电平信号到INT0引脚，单片机检测到中断0信号，立即调用中断程序voidonfire（）interrupt0。

当红外热释能传感器检测到人体时，输出高电平信号到INT1引脚，单片机检测到中断1信号，立即调用中断程序voidsteal（）interrupt2。

图5中断流程图

2.4.2GSM模块软件设计

在本系统中，GSM模块软件设计是通过串口发送AT指令给GSM模块来实现发送短信的功能，其流程图如图6所示。

首先串口发送字符串“AT+CMGF=1\r”给GSM模块，设置短信为TXT模式；然后发送“AT+CMGS=13760727792\r”，设置收信方的手机号码；接着将待发送短信的内容发给GSM模块；最后发送十六进制的0x1A（回车）确认发送，这样就能通过GSM模块最终实现报警通知用户的功能。

图6短信发送流程图

在GSM模块和单片机的串行通信中，选用定时器T1在工作方式2设定波特率为9600，其初值计算公式如下：

已知

为11.00592MHz，设波特率控制位SMOD=0，则有

XX文库-让每个人平等地提升自我

故在程序设计时，定时器初值设置为0xFD。

2.4.3存储器模块软件设计

在本系统中，AT24C02的存储功能主要是通过I2C总线来实现串行读写。

I2C总线在写入和读取一个8位二进制数时，总是高位在前低位在后。

在读函数_24C02Read（unsignedcharl_address）中，先向I2C总线发出读取24C02的写地址，在完成I2C串口协议后，写入24C02的读地址，再读取存储器对应位置的数据。

在写函数_24C02Write（unsignedchardat，unsignedcharl_address）中，先向总线发出写24C02的地址，在完成I2C串口协议后，写入24C02的写地址，然后写入数据。

2.4.4液晶键盘模块软件设计

在本系统中，LCD1602液晶显示是通过调用voiddisplay（ucharpos,uchar*q）函数实现的，其流程图如图7所示。

在voiddisplay（ucharpos,uchar*q）函数中，pos是写入的位置，q指向要写入的数据所在的数组。

该函数主要调用lcd_wcmd（），lcd_pos（）两个函数，先写显示地址，后写显示数据。

单片机P2口接LCD1602的数据引脚，P0^5、P0^6、P0^7分别接LCD1602的RS、RW、EP引脚，通过单片机控制液晶显示

图7LCD1602显示流程图

在本系统中，键盘的软件实现通过分时扫描、键盘编码的形式来实现，其流程图如图8所示。

P1口低4位作为键盘的行，高4位作为键盘的列。

P1口低4位先循环输出0，单片机扫描P1口高4位。

如果有键按下，P1口高4位不会全为1。

如果读取不到P1口的值，比如是干扰，则不做键值处理，返回继续循环下次。

图8键盘扫描流程图

3、设计总结

本设计借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短信息形式，直接把报警信息反映到手机上。

当家中出现紧急信息时，安装在相应部位的传感器马上就能检测到，并且会立即把信号传送到控制中心，经过一系列信号转化后，转换后的信号通过GSM网络传送到你的手机上，即是先把信息送到SMS服务平台，而后通过基站传送出去。

整个传送过程只需几秒种的时间，能够准确地通知家中被检测的那一部分出了问题，以便于主人能够及时的采取补救措施。

该设计在一定程度上解决了传统机械式防盗的弊端，利用高科技将防盗报警智能化、自动化，可以减少和避免户主的损失。

由于该系统主要利用现代移动通信网络作为承载，不需要考虑布线等因素，减少了环境因素对系统的影响，提高了该系统的可移动性。

由于时间的关系和考虑到元器件的价格等因素，该设计还存在一些不足的地方。

例如，该设计存在不够人性化的地方，可通过添加实时时钟芯片增加时间功能，并在此基础上加入自动开启和关闭系统的功能等等。

除此以外，还可以通过增加断电保护电路增强系统的安全性。

在这段时间里，我对这四年学习到的知识有了一个全面的认识，也因此学到了很多东西。

这一次的课程设计，从查找资料、方案确定、电路设计到调试，在整个设计期间，我遇到了很多问题，但经过仔细的分析和其他同学的帮助后，最终都把问题解决，我也从中学会了解决问题的方法。

电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，只要努力，就一定会有收获！

4、参考文献

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课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日