基于GSM的智能家居安防系统设计.docx
《基于GSM的智能家居安防系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GSM的智能家居安防系统设计.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于GSM的智能家居安防系统设计
目录
摘要1
引言2
1设计要求及方案选择3
1.1设计要求3
1.2方案选择3
2系统硬件电路设计4
2.1STC89C52简介4
2.2MQ-2气体传感器模块电路5
2.3MQ-7气体传感器模块电路5
2.412864显示电路6
2.5人体红外感应模块电路7
2.6GSM模块电路7
2.7报警电路8
3系统软件的设计9
3.1主程序流程图9
3.2关键子程序流程设计11
4系统调式13
4.1硬件调试13
4.2软件调试13
参考文献15
附录16
Abstract18
致谢19
摘要：
在我们的生活里，总是发生一些意外的事情，使我们防不胜防。
例如我们的家居环境有时会意外的发生一些事故或者比较危险的事，比如说发生火灾、煤气瓶漏气、有人入室盗窃等等。
本文介绍了一种基于GSM的家居智能报警系统。
这个系统是为了预防万一，当发生火灾、煤气瓶漏气、有人入室盗窃时，可以远程报警，告知用户。
本系统设计主要分为五个部分：
显示电路、检测电路、感应电路、报警电路、GSM模块电路。
这个系统主要由STC89C52单片机、12864液晶屏电路、MQ-2、MQ-7等元件组成，当家里发生火灾、煤气瓶漏气、有人入室盗窃事故时，它能够及时报警并及时告知用户。
这个系统成本低，性能又稳定，很适合家庭使用。
关键词：
GSM；STC89C52；12864液晶显示；报警；传感器
引言
随着经济和科学技术的迅速发展，人们的家居生活正在变得越来丰富。
然而，生活中总存在一些安全隐患，如火灾、煤气中毒、入室盗窃等，这些都已经严重危害到了人们的家庭幸福。
为了预防火灾、煤气泄漏、有人入室盗窃的这些事故，家居智能报警系统应运而生。
它能够以最快的速度把家居环境安全状况的信息及时的转达给用户，让用户及时的做出相应的行动避免或尽可能的减少损失。
例如无人在家时发生匪盗或煤气泄漏或火灾，系统通过各个部分的运作，及时的把事故的信息发送给用户，及时的让用户了解到家居的安防状态。
基于GSM的家居智能报警系统，它非常适合家庭使用。
系统设计中使用了气体传感器、热释电传感器、警铃、GSM模块等部分，形成了多层的保护措施，同时可以根据用户的需要设置手机的功能。
它能够让随时了解家居的安防状态。
1设计要求及方案选择
1.1设计要求
（1）设计一个智能家居安防系统，系统能通过显示设备显示系统的信息；
（2）系统能对居室内的安防状况进行实时监控，用户可通过某种方式对家居内的安防状态进行了解；
（3）系统具有报警功能，当居室内有异常时，系统发出报警；
（4）其他的扩展功能。
1.2方案选择
系统设计方案初步总构想如图1所示：
STC89C52
单片机
12864显示电路
复位电路
电源电路
GSM模块电路
传感器模块检测电路
按键电路
←
图1系统总构图
本系统设计可以分为四个主要部分，主要是单片机STC89C52最小系统、12864显示模块、GSM模块、传感器检测模块，其中STC89C52最小系统包括复位、按键、电源三个电路。
当发生火灾时，MQ-2气体传感器模块通过检测烟雾，由GSM模块把信息发送给用户；当发生煤气泄漏时，MQ-7气体传感器模块通过检测一氧化碳，由GSM模块把信息发送给用户；当发生有人入室盗窃时，由GSM模块把信息发送给用户。
总之，本系统就是实时监测家居状态，让用户及时了解家居状态。
2系统硬件电路设计
2.1STC89C52简介
本系统是以STC89C52芯片为核心的系统。
STC89C52是一种低功耗,高性能CMOS8位微控制器。
它使用高密度非易失性内存技术,和80C51单片机是兼容的。
芯片上的Flash有允许应用程序在系统可编程的内存。
在芯片上有8位CPU和系统可编程Flash,使得它的应用很广泛，特别是应用在嵌入式控制应用程序。
STC89C52如图2所示：
图2STC89C52芯片
STC89C52的功能如表1所示：
表1STC89C52功能表：
序号
功能
1
8k字节Flash
2
256字节的内存
3
32个I/O端口线
4
看门狗定时器
5
两个数据指针
6
三个16位定时器/计数器
7
一个6级向量2中断结构、全双工串口
8
时钟电路
此外,可以减少STC89C52为0赫兹静态逻辑操作,支持两种类型的软件可以选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许内存、定时器/计数器、串行端口继续工作。
掉电保护,保存RAM的内容,此时振荡器是冻结的,单片机停止所有工作,直到下一个中断或硬件复位。
2.2MQ-2气体传感器模块电路
MQ-2气体传感器主要材料是二氧化锡。
这种二氧化锡是一种气敏材料，在我们平时的环境中电导率是比较低的，但是MQ-2气体传感器的电导率可以随着环境空气的可燃性气体的浓度的增加而提高。
所以MQ-2气体传感器对我们平时所处的空气环境中的液化气、烷类气体（例如甲烷、丙烷、丁烷等）等具有非常高的灵敏度，可以对可燃性气体进行检测。
系统中MQ-2气体传感器接单片机端口P2.2，当MQ-2气体传感器检测到液化气、烷类气体、烟雾时，输出低电平，由单片机进行检测，蜂鸣器发出警声，及时的通过GSM模块把信息转送给用户。
MQ-2气体传感器的价格相对便宜，所以在本设计中使用了MQ-2气体传感器模块作为发生火灾时产生烟雾的检测器。
MQ-2气体传感器模块如图3所示：
图3MQ-2气体传感器模块
2.3MQ-7气体传感器模块电路
MQ-7传感器主要材料是二氧化锡。
这种二氧化锡是一种气敏材料，在我们平时的环境中电导率是比较低的，但是MQ-7传感器的电导率可以随着环境空气中一氧化碳的浓度增大而提高。
所以MQ-7传感器对我们平时所处环境空气中的一氧化碳具有非常高的灵敏度，可以对一氧化碳进行检测。
系统中MQ-7传感器接单片机端口P2.3，当一氧化碳的浓度达到一定程度时，MQ-7传感器输出低电平，由单片机进行检测，蜂鸣器发出警声，及时的通过GSM模块把信息转送给用户。
MQ-7传感器价格上也是相对便宜的。
故而本系统设计使用了MQ-7传感器对作为发生煤气泄漏（煤气的主要成分是一氧化碳）的检测器。
MQ-7传感器模块如图4所示：
图4MQ-7传感器模块
2.412864显示电路
LCD1602是一种支持字符、数字、符号的显示屏，它可以显示两行，每行16个字符。
并且它显示的信息比数码管多，价格低廉，性价比很高。
但是它不支持中文。
而本系统设计需要显示的信息是比较多的，故而本系统选择了能够显示比较多的信息而又支持中文的12864显示屏。
12864显示屏内置汉字字库，提供8192个16*16点阵汉字，它具有2线或3线串行、4位/8位并行接口方式；它的显示分辨率为128×64。
再者128液晶显示屏的工作电压为：
+3.3V-+5.5V，低电压低功耗。
通过查表，找到汉字显示程序的地址，接着运行相应的程序汉字机构内码和西文字符的ASCII码，并在存储器中进行寻找相应的显示代码或汉字字模，提取后作为陈显示信息送液晶器显示。
12864液晶屏显示电路如图5所示：
图512864液晶屏显示电路
2.5人体红外感应模块电路
人体红外感应模块对波长为10μm左右的波长非常敏感，而正常的一个人体会发射10μm左右的波长，所以人体红外模块可以检测到人而不检测其他物体。
人体红外感应模块探头的辐射照面覆盖有菲泥尔滤光透镜，这种透镜的滤光片具有不同的焦距，即感应距离。
所以人体红外感应模块能够对进入其感应范围的人进行检测，在人离开后感应范围后又可以恢复到正常状态。
系统中红外感应电路接单片机端口P2.1，当有人非法进入时输出低电平，由单片机进行检测，蜂鸣器发出警声，并通过GSM模块把信息发送到用户手机中，让用户及时了解家居情况。
人体红外模块功耗小，能够长时间稳定工作，价格低廉。
人体红外感模块如图所示：
图6红外检测电路
2.6GSM模块电路
本系统采用了西门子TC35iGSM模块，在家居环境发生危险事件时，通过检测电路等其他电路模块的工作，由GSM模块把家居环境状态及时发送给用户，让用户及时了解情况。
TC35i模块有40个引脚，可以分为5类，主要包括电源、音频接口、SIM卡、数据输入/输出和控制。
1至5引脚通常为4.2V,接正电源；6~10引脚接地线。
数据输入/输出为16至23引脚，分别为DSR0,RING0RxD0,TxD0,CTS0,RTS0,DTR0DCD0。
TC35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，它有固定的参数:
八个数据位,停止位,奇偶校验,波特率默认9600。
硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持AT命令集。
TC35i使用外部SIM卡,24至29为SIM卡引脚。
30、31、32脚为控制脚，其中30为RTCbackup，31为Powerdown，32为SYNC。
35～38为语音接口，35、36接扬声器放音。
系统设计中GSM模块的RXD引脚接单片机的端口P3.0，接收手机信息；TXD引脚接单片机的端口P3.1，发送信息。
GND引脚接电源负极。
单片机是通过与GSM短信息有关的AT指令来读取手机的短信息内容的。
收发短信主要要2种模式：
TEXT模式和PDU模式。
在TEXT模式下，不能发送中文，只能发送ASCII码，也就是大小写字母。
在PDU模式下，可以发送中文的Unicode码。
这样，单片机就可以从GSM读取字母和汉字了。
GSM是全球移动通信系统（GlobalSystemforMobilecommunications）的简称。
由于本系统的家居智能安防系统，需要及时知道家里的实时情况，所以采用了GSM模块。
GSM模块是用来在家里发生了火灾、煤气泄漏、入室盗窃的情况下通过检测器的检测，然后通过单片机的处理，再通过GSM模块把家居安防状态信息及时发送到用户手机中，让用户能够及时了解家里的实时情况。
GSM模块如图7所示：
图7GSM模块
2.7报警电路
报警电路作为报警时发出警声，在本系统中是尤为重要的一部分。
报警电路工作原理：
该电路是利用PNP8550是否工作于开关状态。
当PNP8550处于截止状态时，蜂鸣器两端与5V电源断开，所以不工作不发声；如果PNP8550导通，蜂鸣器就可以得到电发出声音；而PNP8550的导通，由于电阻R1端电压的变换，在PNP8550的基极回路中，PNP8550得到使全导通的偏压，导通并使蜂鸣器工作发出鸣叫。
当发生火灾时，MQ-2气体传感器模块检测烟雾，蜂鸣器发出警声报警；当发生煤气泄漏，MQ-7气体传感器模块检测一氧化碳，蜂鸣器发出警声报警；当有人入室盗窃，人体红外感应模块检测到有人进入，蜂鸣器发出警声报警。
报警电路如图8所示：
图8报警电路
3系统软件的设计
3.1主程序流程图
主程序初始化后，检测一下情况，当家里发生火灾时，通过MQ-2气体传感器检测烟雾，由GSM模块把家里发生火灾的信息发送给用户；当家里发生煤气泄漏时，通过MQ-7气体传感器检测一氧化氮，由GSM模块把家里发生煤气泄漏的信息发送给用户；当家里发生有人入室盗窃时，通过人体红外感应模块，由GSM模块把家里发生有人入室盗窃的信息发送给用户；当然了，用户还可以用手机通过继电器控制人体红外感应模块的开关。
本系统设计的主程序流程图如图9所示。
开始
初始化
检测烟雾？
入室盗窃？
煤气泄漏？
NNN
报警
报警
结束
报警
YYY
图9主程序流程图
3.2关键子程序流程设计
检测煤气泄漏的流程图如图10所示。
当检测有煤气泄漏时报警，否则继续检测。
开始
初始化
煤气泄N
露？
Y
报警
返回
图10煤气泄漏检测子程序流程图
检测烟雾的流程图如图11所示。
当检测到烟雾时报警，否则继续检测。
返回
图11检测烟雾子程序流程图
检测入室盗窃的流程图如图12所示。
当红外感应模块检测到有人入室盗窃时报警，否则继续检测。
图12入室盗窃程序流程图
4系统调式
本设计分硬件调试和软件调试。
其中再分模块进行调试。
4.1硬件调试
硬件由于在打印机打得不好和腐蚀做得不好，所以电路板比较难看。
硬件电路板制作完成后，将原线路图与焊接成型的作品进行比较，可以目测看一下是否有断线的，然后可以使用万用表进行简单的检测，以便检查作品是否存在短路、断路。
要检查元器件是否完好，有些元器件买回来就是已经损坏的，这时或者检查出原因解决问题所在，或者换另一个元器件。
有些元器件是在焊接过程中被损坏的，原因可能是技术不娴熟，焊接太久导致被烧坏，也可能是没有弄清楚元器件的极性。
本来画原理图的时候还考虑加入了温湿度传感器，下载到单片机后还是可以显示正常的显示的，但是连上GSM模块后就不能把程序下载到单片机里了，不知道是不是GSM模块内存不够，程序太大，于是很遗憾，只能舍弃了系统能够在平时检测并显示家里的温度、湿度、时间这几个扩展功能。
还有在调式的时候，刚开始使用GSM模块的时候，由于对GSM模块还没有熟悉，在使用时一直都不能接收发短信。
后来在有清同学的帮助下，终于找到了问题的所在，原来是GSM模块的端口没有接好，GSM模块才没有能够正常工作。
把GSM模块接好端口后，程序马上就能接收和发送短信了。
最终本系统能够在检测烟雾、检测入室盗窃、检测煤气泄漏，通过12864液晶显示屏显示相应的信息，并把险情通过短信发送到用户手机中，让用户能够及时的了解家里的实时状态，然后能做出对险情相应的行动，尽可能的避免损失或把损失降到最低。
对于用于测试的样品，考虑到安全性和操作的难度，大火或煤气瓶是不可行的。
对于烟雾检测，可使用打火机（打火机的气体成分主要是烷类）；对于煤气泄漏，可以使用香烟（香烟燃烧时会产生一氧化碳）；对于入室盗窃，自己就可以作为样品进行测试。
4.2软件调试
软件的调试主要是键盘输入、12864液晶显示、烟雾检测、人体红外感应模块、煤气泄漏检测等模块的调试。
编程语言的软件设计采用C语言编写，所使用的软件是KeiluVision4。
写程序时一边写要一边仿真，这样如果最后程序有错的时候比较容易找得到。
写程序时在同一个工程内按模块分开写，然后在主函数里调用就行，这样比较有条理。
由于刚开始在设计硬件的时候考虑了12864液晶显示屏能够在平时显示时间、温度、湿度这三个扩展功能，于是在写成序的时候把时间、温度、湿度的程序也都写了，但是很遗憾的是，由于GSM模块内存不够，程序太大，不能把程序下载到单片机。
最后只能把时间、温度、湿度这三个扩展功能舍弃了。
还有刚完成作品时程序不够完美，发短信给用户，只能把险情告知用户，而不够明确的指出险情的类别。
经过调式，经过GSM发给用户的信息，用户可以知道险情的的类别，并且可以通过手机模拟启动措施应对险情。
例如，发生火灾，GSM发送给用户的信息为：
fire!
Dangerous!
ReplyGorK。
用户回复G，可以解除报警；回复K，可以采取具体措施（这里模拟为打开水阀等）应对险情。
当有人入室盗窃，GSM发送给用户的信息为：
fangdao!
Dangerous!
ReplyGorK。
用户回复G，可以解除报警。
当发生煤气泄漏，GSM发送给用户的信息为：
CO！
Dangerous！
ReplyGorK。
用户回复G，解除警报。
回复K，可以采取具体措施应对险情。
参考文献
[1]景晓松.单片机电路设计实例[D].呼和浩特：
内蒙古大学，2007.
[2]孙中辉.室内煤气、天然气泄漏报警器的设计[D].呼和浩特：
内蒙古大学，2009.
[3]周润景等编著.单片机电路设计、分析与制作.北京：
机械工业出版社，2005.
[4]李丽荣，张常全，郑建红主编.51单片机应用设计.北京：
北京理工大学出版社，2012.
[5]倪志莲.单片机应用技术[M].北京：
北京理工大学出版社，2007.
[6]杨欣，王玉凤，等.51单片机应用实例详解[M].北京：
清华大学出版社，2007.
[7]袁秀英，李珍.单片机原理与应用教程[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2006.
[8]尹毅峰，刘龙江.单片机原理及应用[M].北京：
北京理工大学出版社，2010.
附录
附1：
主要元件明细表
1
ATC89C51
2
GSM模块
3
MQ-2气体传感器
4
MQ-7气体传感器
5
人体红外感应模块
6
12864液晶显示器
7
蜂鸣器
附2：
系统设计总原理图
附3：
系统设计实物图
GSM-basedsmarthomesecuritysystemdesign
Abstract:
Inourlife,italwayssomeunexpectedhappens.Forexampleourhouseholdenvironmentsometimeshappensomeaccidentordangerousthings,suchasfire,gasleak,burglaryandsoon.ThispaperintroducesakindofhouseholdintelligentalarmsystembasedonGSM.Thissystemisinordertopreventonethousand,whenthereisafire,gasleak,burglary,canremotealarm,informtheuser.
Thesystemdesignismainlydividedintofiveparts:
thedisplaycircuit,detectioncircuit,sensorcircuit,alarmcircuit,GSMmodulecircuit.ThissystemismainlycomposedofSTC89C52singlechipmicrocomputer,LCD12864displaycircuit,theMQ-2,MQ-7components,suchaswhenthebottlehomefire,gasleak,someoneburglaryaccident,itcantimelyalarmandinformtheuser.Thesystemoflowcost,performanceandstabilityissuitableforfamilyuse.
Keywords:
GSM;STC89C52;LCD12864liquidcrystaldisplay;Callthepolice;Sensor
致谢
通过这次的毕业设计，使我的动手能力又提高了。
通过这次毕业设计，也使我自己所学的专业了，使我更加想往软件方面发展，进入IT行业。
毕业设计，让我觉得电子信息工程非常具有挑战性，需要很多的时间和脑力，增强了我的自信心和自豪感。
特别感谢同学们的帮助，在我做毕业设计遇到问题的时候，他们及时提供技术支持和建议。
我还要非常感谢黄杰老师，正是在他的指导下，我顺利完成了毕业设计和论文。
升级会员 