完整版基于GTM900C的家用安防系统毕业设计.docx

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完整版基于GTM900C的家用安防系统毕业设计

编号：

毕业设计说明书

题目：

基于GTM900C的家用

安防系统

学　　院：

信息与通信学院

专业：

电子信息工程

学生姓名：

覃怀省

指导教师：

赵学军

职称：

高级工程师

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

2012年5月20日

摘要

传感器技术是现代科技的前沿技术，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置，称之为信息技术的三大支柱之一。

目前敏感元器件与传感器在工业部门的应用普及率已被国际社会作为衡量一个国家智能化、数字化、网络化的重要标志。

因此，传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科正得到空前迅速的发展，并且在当今众多领域被越来越广泛的利用。

本文设计了一种基于GSM网络通信的数据采集与控制系统，主要论述了采用STC12C5A60S2单片机为核心控制器，利用了GTM900C模块的无线通信功能，通过单片机的串口与GTM900C模块进行连接，单片机通过AT命令在模块上建立起PUD数据服务器，接收到网络客户端的命令并进行命令解释，实现客户端与模块之间的双向数据通信功能。

本文首先对各系统组成模块进行了详细的阐述，介绍了单片机短消息收发系统的组成以及单片机与通信模块GTM900C的接口方式，软件部分介绍了GTM900C的短消息AT控制指令集，而且对中文短消息收发的协议数据单元（PDU）格式进行了分析。

最后介绍系统的具体制作过程和硬件、软件、整体调试，并给出了测试数据。

本设计具有体积小、性价比高、可靠性强等特点，同时提供了透明、高效的数据采集与控制通道，可以在智能家居领域广泛应用。

关键字：

单片机；GTM900C模块；数据采集模块；12864显示；AT指令

Abstract

Thesensortechnologyiscutting-edgetechnologyofmoderntechnology,manycountrieshavesensortechnologyasimportantasthelocationandcommunicationtechnologyandcomputertechnology,calledoneofthethreepillarsoftheIT.Sensitivecomponentsandsensorsareconsideredasanimportantsymboltomeasureacountryofintelligentanddigitalnetworkintheindustrialsectorpenetrationbytheinternationalcommunity.Therefore,thesensortechnologyasamodernscienceiscloselyrelatedtotheemergingdisciplineisanunprecedentedrapiddevelopment,andmanyareasintoday'sincreasinglyextensiveuse.

DesignedadataacquisitionandcontrolsystembasedontheGSMnetworkcommunications,discussesSTC12C5A60S2microcontrollerasthecorecontroller,useGTM900Cmodulewirelesscommunicationcapabilitiestoconnectthroughtheserial,andGTM900Cmoduleofthemicrocontroller,themicrocontrollerthroughtheATcommandmoduletoestablishaPUDdataserver,networkclientreceivesthecommandandthecommandinterpretertoachievetwo-waydatacommunicationbetweentheclientandthemodulefunction.

FirstofeachsystemcomponentmodulesdescribedindetailmicrocontrollershortmessagingsystemcompositionandtheinterfaceofmicrocontrollerandthecommunicationmoduleGTM900CsoftwaresectiondescribestheGTM900CthemessageATinstructionset,andtheChineseshortmessagessendandreceiveprotocoldataunit（PDU）format.Finally,thisarticleintroducesthespecificproductionprocessofthesystem.Whichincludesthehardware,softwareandtheoveralldebug,andthengiventhefinaltestdata.

Thisdesignhasasmallsize,cost,reliabilityandfeatures,whileprovidingatransparent,efficientdataacquisitionandcontrolchannelcanbewidelyappliedinthefieldofintelligenthome.

Keywords:

SCM;GTM900Cmodule;Dtaacquisitionmodule;12864display;ATcommands

引言

在当今信息化时代发展过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器或智能传感器，已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。

获取各种信息的传感器无疑是“掌握”着这些领域和系统的命脉。

传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥遥控）的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息化社会赖以存在和发展的物质与技术基础。

现在传感技术与信息技术、计算机技术并列成为支撑整个现代信息产业的三大支柱，可以设想如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先进的传感技术，那么信息的准确获取信息就成为一句空话，信息技术和计算机技术就成为了无源之水。

目前，从宇宙探索、海洋开发、环境保护、灾情预报到包括生命科学在内的每一项现代科学技术的研究以及人民群众的日常生活等等，无一不与传感器和传感器技术紧密联系着。

可见，应用、研究和开发传感器和传感器技术是信息时代的必然要求。

因此，毫不夸张的说：

没有传感器及其技术将没有现代科学技术的迅速发展。

随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，各种高档用品也大量进入人们的生活。

但各种不安全因素也不断出现，一方面是各种家用设备所存在的安全隐患（如火灾、煤气泄漏），另一方面是人为的恶意侵犯（如盗窃等），所有的这些都对人们的正常生活造成了不良影响，所以需要一种智能的安防系统来最大限度的减小因此而产生的损失。

目前家用安全防范系统装置的发展情况，既要降低成本，又要保证安全、可靠性。

GSM网络是目前基于时分多址技术的移动通讯中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统，基于GSM短信服务的家用安全防范系统装置，是一种在移动网络上传送短信息的无线应用，也是一种信息在移动网络上储存和转发的过程。

由于GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，系统抗干扰能力强，通信误码率低，建立上述系统不须再组建专用通信网络，同时具有实时传输数据功能的短信应用。

利用GSM的短消息功能进行远程控制，既避免了开发新的频率资源，又开辟了远程监控的新领域。

因此，本文设计基于GTM900C的家用安全防范系统装置。

随着GSM网络的各种新技术的不断推出，构筑在GSM网络上的安全防范系统必然能与移动通信技术的发展同步，该系统因而具有广阔的应用前景。

1系统的概述

随着GSM网络移动通信技术的高速发展，移动通信技术已经应用到人们日常生活、工作的各个方面。

基于GSM短信通讯的家居智能监控系统是一个综合利用GSM网络、通信技术、计算机网络技术、自动控制技术与自动检测技术等构成的无线监控系统，能够实现终端环境的温度的检测、红外防盗报警器的监控、煤气泄露检测等功能。

借助于移动通信GSM网络、互联网，主人通过手机可以随时、随地掌握家居的状态和环境状况，提高了家居环境的安全系数。

为了给用户创造一个智能、安全的生活居住环境，设计了基于GTM900C的家用安防系统。

此系统可解决这些隐患，让家庭防盗等更及时、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和保安的手机上显示。

它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形。

为了给火灾时的逃生提供方便。

并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用等多功能安全防范系统。

利用移动通信网络对家用安防系统进行远程控制，以华为的GTM900C模块为核心，配合单片机硬件电路设计家用安防系统装置，配置防盗、防火、防煤气等多个传感器接口，主人可以通过手机进行该系统的布防和撤防。

1.1系统总体结构

本系统是一个有主控制系统组成分布式的监测系统。

通过GSM网络，控制系统在主控制系统的控制下进行工作，基于GTM900C的家用安防系统总体结构框图如下：

图1.1系统总体结构框图

1.2系统工作原理

在系统中，单片机作为主控单元起着核心作用，主要用来启动GTM900C模块、检测模块的在线情况、三极管的输出电平和采集模块的数据传送。

它通过UART与GTM900C模块进行通信，包括传送指令和传输数据，通过相应的AT指令对模块进行初始化和通信数据的接收发送。

系统上电以后，首先由单片机相应I/O口启动GTM900C模块，然后用指令检测SIM卡的状态，若SIM卡安装正确，则模块返回指令，再由单片机控制GTM900C完成模块初始化。

当有新的短信息到达时，GTM900C模块将单片机唤醒，继而读取模块发回的信息内容，并对其进行解码。

根据短信内容控制单片机I/O口输出的高低电平，完成对家用安防系统采集模块的工作状态进行控制，并在LCD上显示各个传感器的的状态。

系统主要由各类探测传感器、前端控制主机、GSM无线通信模块、GSM网络手机、用户、计算机监控中心等组成，结构框图如图1-1所示。

探测器负责监控探测警戒，探测器可安装多个，譬如：

热释红外线传感器、门磁开关、火警探测器、煤气探测器等。

控制器负责分析整理各探测器发来的报警信息，识别警情类型，并利用串口控制GSM模块将相应的报警信息通过GSM网络传送至用户或计算机监控中心。

当警情为人员入侵时，控制器同时驱动讯响报警器以及时阻吓人侵人员。

报警主机上安装有液晶显示器和4×3矩阵键盘。

用户可以在此输入密码后进行时间/日期设置、修改报警模式、设防、撤防以及修改主人、保安电话等。

该系统同时具有日期和时间显示功能，还可实时监控环境温度。

GSM模块选用华为公司GTM900C无线通信模块，用于建立无线通信链路，接收和发送报警短消息。

用户手机用于接收警情信息，以便在有情况发生时及时通知用户本人。

2硬件部分设计

基于GTM900C的家用安防系统硬件部分主要包括：

主控模块部分、终端探测传感器、GSM无线通信模块、电源模块、矩阵键盘、时钟电路、LCD显示屏、声光警号等。

2.1主控模块部分

2.1.1STC芯片简介

STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒）对电机控制，强干扰场合。

（1）增强型8051CPU，1T单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；

（2）工作电压：

STC12C5A60S2系列工作电压：

5.5V-3.5V（5V单片机）；

STC12LE5A60S2系列工作电压：

3.6V-2.2V（3V单片机）；

（3）工作频率范围：

0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz；

（4）用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节；

（5）片上集成1280字节RAM；

（6）通用I/O口（36/40/44个），复位后为：

准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：

准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；

（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；

（8）有EEPROM功能（STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM）；

（9）看门狗；

（10）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；

（11）外部掉电检测电路：

在P4.6口有一个低压门槛比较器5V单片机为1.33V，误差为±5%；3.3V单片机为1.31V，误差为±3%；

（12）时钟源：

外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器（温漂为±5%到±10%以内）用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：

5.0V单片机为：

11MHz～17MHz；3.3V单片机为：

8MHz～12MHz精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；

（13）共4个16位定时器：

两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；

（14）3个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟；

（15）外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3（也可通过寄存器设置到P4.2），CCP1/P1.4（也可通过寄存器设置到P4.3）；

（16）PWM（2路）/PCA（可编程计数器阵列2路）：

可用来当2路D/A使用，可用来实现2个定时器，也可用来实现2个外部中断（上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持）；

（17）A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次）；

（18）通用全双工异步串行口（UART），由于STC12系列是高速的8051，可以用定时器或PCA软件，也可以用定时器或PCA软件实现多串口；

（19）STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2（可通过寄存器设置到P4.2），TxD2/P1.3（可通过寄存器设置到P4.3）；

（20）工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）；

（21）封装：

LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，QFN-40I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了个串口。

图2.1主控模块电路

2.2终端探测传感器

终端探测传感器主要有防盗、防火和防煤气泄漏等传感器，根据需要选用并安装在适当的地方，用于采集非法入侵和危险信号并传送给单片机；单片机负责接收、处理感应器信号，判别是否有险情发生。

若有，则发送报警短信给户主，同时根据需要开启本地声光报警，并打开/关闭相应的电磁阀，如已实现小区联网，同时还会给联网中心的主机发送报警信息；户主还可以通过手机短信监控，进一步确认家中是否发生险情。

可以接收主机的控制信号，执行相应的工作状态。

2.2.1RE200B热释红外线传感器

本报警系统采用宏晶科技生产的STC12C5A60S2系列单片机为数据报警处理核心。

选用RE200B型热释电红外线传感器作为红外探头检测人体发射出的红外线并转换成电信号输出。

CMOS数模混合专用集成电路芯片BISS0001用来处理红外探头输出的电信号并向监控单元申请外部中断。

为能够存储自定义的控制手机号码，在片外扩展了一片可电擦除可编程的非易失性存储器24LC01B。

该芯片在掉电后仍然能够保存所存储的数据，且在常温下可长期保存。

为了使监控单元能够与GTM900C模块、PC通讯，采用MAX232芯片进行电平转换。

由于GTM900C、PC与监控单元进行数据通讯并不是同时进行的，因此监控单元只用一个串口就可以完成与GTM900C和PC的通讯。

具体的硬件结构如图2.2所示：

图2.2热释红外线传感器RE200B应用电路图

RE200B采用TO-5封装形式，正常工作直流电压3-10V；信号输出电压最小值2.5V，典型值4V；噪声输出电压最大250mV，典型值90mV，频率响应0.3Hz—3Hz，增益±10Bb。

该传感器探测范围平视角138度，仰视角125度。

在传感器前安装菲涅尔透镜可以增大探测范围，增强传感器工作的稳定性。

此传感器工作在7—14um的红外光谱之间，正常工作周围环境温度范围-300—-700，储存温度-400—800。

为了防止该传感器工作失灵，防止传感器丢失其物理特性，切勿将该传感器置于以下情况或环境中:

（1）在温度快速变化的环境中。

（2）在强烈震动的环境中。

（3）在浓雾环境或者干扰传感器接收红外线的环境中。

（4）有流动的腐蚀性气体或海风的环境中。

（5）暴露在阳光直射的环境中。

BISS0001工作原理

BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。

以不可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。

首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。

然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM（≈0.5VDD）后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。

由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。

COP3是一个条件比较器。

当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。

当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。

当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。

在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

以可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。

可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。

在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。

在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。

系统采用GTM900C模块进行短信的收发。

当热释电红外线传感器RE200B检测到人体发射出的红外线并转换成电信号输出，经过BISS0001信号处理芯片向监控单元申请外部中断，这时监控单元响应外部中断，一条包含报警信息的短信通过GTM900C模块发出后，它首先通过GSM网络传送到SMSC，SMSC将短信转发给自定义的报警接收者手机号码。

同时报警接收者通过手机发送内容为“打开报警语音”的短信息给GTM900C模块，GTM900C模块收到短信后会给出提示信号，本终端模块上的微控制器收到提示信号后就从GTM900C模块读取该短信，如果检测到该短信来自设定的手机号码。

系统就会按照短信的指令执行相应的操作，然后将操作执行的结果反馈给手机。

2.2.2HC-SR501人体感应模块

HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。

图2.3HC-SR501人体感应模块实物图

（1）电气参数

表一HC--SR501电气参数表

产品型号

HC--SR501人体感应模块

工作电压范围

直流电压4.5-20V

静态电流

<50uA

电平输出

高3.3V/低0V

触发方式

L不可重复触发/H重复触发

延时时间

5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟

封锁时间

2.5S（默认）可制作范围零点几秒-几十秒

电路板外形尺寸

32mm*24mm

感应角度

<100度锥角

工作温度

-15-+70度

感应透镜尺寸

直径:

23mm（默认）

（2）功能特点

、全自动感应:

人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

、光敏控制：

可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。

、温度补偿：

在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。

、两种触发方式：

（可跳线选择）

a、不可重复触发方式：

即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；

b、可重复触发方式：

即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点）。

、具有感应封锁时间（默认设置:

2.5s封锁时间）：

感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。

此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

（此时间可设置在零点几秒—几十秒钟）。

、工作电压范围宽：

默认工作电压