智能家居报警系统设计教材.docx

1、智能家居报警系统设计教材单片机课程设计报告智能家居报警系统设计 姓 名: 张伟槟、黄洪鑫、郑桂贤 班 级： 12电子信息工程3班 学 号： 201231190425/18/19 指导老师： 姜晟 、邓小玲 日 期： 2014年12月19日 华南农业大学工程学院摘要:二十一世纪是信息化的年代，“智能”的生活方式成为一种趋势。无论日常用品，数码产品，或者其他与生活相关的，都以一种“智能”的姿态闯入人类的生活当中。而人类在享受“智能”带来的方便之时，也活在它所带来的各种隐患之中。而犯罪带来的家居安全问题，也逐渐引起人们的高度关注。为了采取高效的方法解决此问题，本设计采用以单片机为控制核心，热释电红外

2、传感器和用LCD显示状态的密码锁模块为保护探测手段，并利用语音报警为阻吓方法，GSM发送手机短信提示财产所有者以及进行报警，设计出应用范围较广，智能化水平较高的智能家居报警系统，对各种意欲破坏家居安全的行为给予本地震慑，并通过远程通知为及时制止犯罪提供足够时间。关键词：智能家居 安全系统 GSM 单片机 Abstract:This Alarming System for Home Security aims at alarming for sudden invadings.The major function of it is to guarantee the safty of our hom

3、e.By testing any threats with intelligent methods,it alams and send messages to our mobile phones.In this way,it not only stop crimes by threating the crimer,it also guarantee the owners immediate reflection to the crme,which decreases the loss.To realize the function of it,the Single Chip Microcomp

4、uter is used to work as the controller for the system,while the human body pyroelectric infrared sensor and the password access control module work as a method to find out the threats.Whats more? When the sensor module is trigged, the alarm module will send the alarm signal by sound and flash light,

5、 also it will communicate to the GSM module to send a message. Keywords：Smart House safety System GSM MCU 目 录一、系统设计要求 41.1基本要求 41.2发挥部分 4二、 系统方案论证与选择 42.1系统基本方案 42.2系统各模块的方案分析 52.3系统最终方案 7三、 系统的硬件设计与实现 73.1系统硬件的基本组成部分 73.2主要单元电路的设计 8四、 系统软件设计 12五、 系统测试 145.1测试仪器 145.2指标测试 14六、 总结 14致 谢 16参考文献 17一、系统

6、设计要求1.1基本要求任选一种报警源：即密码锁模块(0.5)、人体热释红外感应模块(0.5) 可任选一种。任选一种报警方式：即可选用喇叭报警(0.5)、彩灯闪烁报警(0.5)、语音报警(附加分5分)、启动GSM模块实现与手机终端通信报警(附加分10分)。1.2发挥部分可选择多种报警源、多种报警方式，也可自由添加其他功能，如红外遥控密码锁等。2、系统方案论证与选择2.1系统基本方案根据要求，本设计主要由：热释电红外传感器、密码输入模块、语音功能模块、显示电路、单片机控制电路、蜂鸣器模块、GSM信号发送模块以及下载模块组成，系统整体框图如图1所示。图1 系统整体框图PCB板图如图2所示，PCB板图

7、如图3所示：图3 测试仪器列表2.2系统各模块的方案分析1.2.1 主控制器选择方案（1）: AT89C52作为主控制器，可反复擦写，并且其功能强大，能应用于较复杂的控制场合。但AT89C52外围电路接线复杂；需要用并行编程器下载程序，并且每次烧写程序都需要握手操作，极不方便。方案（2）: AT89S52作为主控制器，该芯片有低功耗高性能体积小的特点，并且适用于常规编程器，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。另外，AT89S52支持ISP下载，并且可以通过AT89S52系统板预留ISP下载接口，实现在线烧写程序。方案（3）：STC89C52作为主控制器，该芯片是一种低功耗

8、、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得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。 且具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，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。另外 STC89X52 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，

9、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。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。经小组讨论，选择方案（3）。1.2.2 密码输入模块STC89C52单片机P1引脚外接44矩阵键盘，按键有09,还有确认、取消、删除等功能按键。开机后根据液晶屏显示的提示语，按数字键键即可输入密码，按修改密码键，在正确输入旧密码的前提下，即可修改密码。1.2.3 热释红外检测模块方案（1）：采用常用的红外探头作为信号采集模块，该模块集成度高，反应灵敏，但其作用范围小，受外界物体影响较大。 方案（2）：采用采用红外热释电处理芯片BISS0001专门处理芯片设计的人体热释红外

10、检测模块，具有较高的灵敏度与较高的分辨度。并且作用范围宽，是针对人体热释红外检测。经小组讨论，选择方案（2）。1.2.4 显示模块方案（1）：采用利用发光二极管的特性组合而成的数字显示器件，通过驱动电路驱动相应的段码，控制相应的二极管的状态显示相应的数字，其中静态显示方式只能显示单个数字，而动态显示方式因其扫描时间会占用大量的系统资源。方案（2）：采用1602液晶模块，它的每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。同时，能很方便的控制实现清屏、左移右移、光标显示等效果。而且其显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，能够维持显示的字符并且占用的系统资源也少。

11、经小组讨论，选用方案（2）。1.2.5 下载模块方案（1）：串品通信口则是用USB转串口线或串口线。方案（2）： ISP下载口是用ISP下载器加一个ISP软件程序将编好的程序烧录到单片机上，实施方便，性能好。经小组讨论，选用方案（2）。1.2.6 声音提醒功能模块方案（1）：使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。具有稳定、简单等优点。方案（2）：使用语音芯片录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。报警时发出预设的报警语音。方案（3）：既使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。也使用语音芯片录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。报警时发出预设的报警语音。优点，提示功能

12、全面，交互性友好。经小组讨论，选用方案（3）。1.2.6 GSM模块无线模块使用常用的GSM/GPRS模块，通过单片机引脚RXD、TXD引脚通过串口控制，在报警时向目标手机发送报警短信。2.3系统最终方案为实现本设计，处于各种现实因素如实用性、节能性以及可控性等方面因素的考量，结合上述对比，本小组最终决定采用以下芯片来完成各模块功能的实现: STC89C52实现单片机控制模块，BISS0001实现热释电红外传感模块，STC89C52单片机P1引脚外接44矩阵键盘实现密码锁模块, 1602液晶模块实现LCD模块, ISD1760语音芯片与蜂鸣器搭配作为声音提醒功能电路，串口下载器实现下载模块，使

13、用常用的GSM模块作短信报警。3、系统的硬件设计与实现3.1系统硬件的基本组成部分本设计是一个集光、电、声、热、无线通信一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自动控制技术、无线通信技术和电子技术。系统可分为传感器检测部分、界面交互部分、智能控制部分和通信部分。传感部分包括人体热释电检测模块，界面交互部分包括LCD液晶模块、蜂鸣器模块、语音芯片模块及扬声器，智能控制部分包括单片机最小系统和按键矩阵模块，通信部分包括串口通信模块和GSM无线模块。系统完成了红外检测、密码输入与检测、声音与界面交互、短信报警等各项任务。为实现此等功能，本设计分为硬件和软件两部分。硬件电路方面主要由：热释电红外传感器

14、、密码输入模块、LCD控制显示电路、单片机控制电路、报警器、GSM信号发送模块以及下载模块组成，系统硬件框图如图4所示。3.2主要单元电路的设计3.2.1按键矩阵模块电路使用44键盘非编码键盘进行密码输入。键盘为8线，通过单片机输入单片机内。行线接高电平，当没有按键按下时行线呈现高电平，当按键按下时，行线电平输出由列线控制。使用扫描法逐列将列线置低电平并逐行扫面看有否行电平从高变低找出按下的键，并通过查表得出对应键的键值。如图5所示。3.2.2红外热释感应模块通过人体红外热释感应模块，能够感知到一定范围内的人体发出的红外线，该模块已集成其外围电路，有三个对外接口，分别为电源、地线和信号线。上电

15、后，芯片需要1分钟左右的时间初始化，期间会有0-3次高电平出现。采用持续感应模式，当感应到热源时，信号线输出高电平，热源消失后在一段延时后恢复到低电平。下次感应到热源时，再次出现高电平，可重复触发。该模块通过非门进行电平转换后与单片机P3.2（低电平触发）引脚连接，使用外部中断方式控制单片机运行。如图6所示。3.2.3 LCD显示模块LCD显示模块用于显示系统状态，密码锁操作状态。显示模块使用LCD1602，是由液晶显示屏和其译码电路组成，能显示数字英文，两行显示，界面友好。16个对外接口，8根数据线使用并行连接方式，接单片机P0口，3根控制线分别接单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚，另外

16、5根线用于电源、接地以及控制背光，分别接电源、接地和可调电阻。如图7所示。3.2.4蜂鸣器模块单片机的P3.7引脚产生低电平使蜂鸣器发出响声，通过三极管放大。充当键盘按键提示音，每按一下键盘会有一声蜂鸣声提示，密码锁状态提示音，确认密码后有若干下蜂鸣声作为密码锁状态提示音，也可参与报警。如图8所示。3.2.5语音功能模块语音报警电路由ISD1760芯片、喇叭、麦克风和控制按钮组成，可进行语音的录入、擦除及播放。采用芯片的独立按钮模式，引脚REC控制录音，出现低电平时开始录音，引脚LED出现低电平，LED灯亮，表示录音中，低电平消失后停止录音。引脚ERASE控制录音的擦除，低电平触发，删除当前录

17、音。引脚VOL控制音量大小，初始为最大音量，低电平触发一次音量大小降低一级，音量总共八级，达到最小后下一次触发返回最大值。按钮S5、S6、S7分别控制语音报警电路的录音、擦除及音量。引脚PLAY控制语音播放，低电平触发，播放当前录音，持续的低电平可使其循环播放。播放引脚与单片机的P2.4连接，当报警时，单片机的P2.4脚持续输出低电平，触发语音报警模块，使模块中预先录入的录音自动循环播放，实现语音报警。如图9所示。3.2.6串口通信模块 串口采用工作方式1，单片机的通信引脚RXD、TXD通过芯片MAX232进行电平转换连接串口，单片机的TXD引脚发送信号到MAX232的T1IN，RXD引脚从M

18、AX232的R1OUT接收信号。该模块可通过连接串口与GSM模块进行通信，发送控制命令及接收应答信号。还可以通过连接串口把程序下载到单片机芯片中。如图10所示。3.2.7 GSM无线通信模块利用单片机发送转换成传输命令字的信码，发送给TC35。发送短信时，每发送一条指令给GSM模块，TC35返回一条指令。发送短信时，使用同样的通信方式，不同的通信命令字。接口电路如图11所示：4、系统软件设计系统程序流程图如图12所示：5、系统测试5.1测试仪器表1 测试仪器列表序号仪器名称数量1UNI-T 数字万用表12示波器13万用表14直流电源15.2指标测试延时精度结合12M晶振预分频，采用for语句延

19、时，经测量调整误差不到5微秒。红外探测测试红外发射管的电流在520mA之间，电流大，发射的红外线强，电流小，工作可靠，检测头相对被检测的物体的距离范围窄，用手移于红外发射接收管底下用示波器观察波形是否存在低、高电平中跳变。若没有此现象，可进一步慢慢红外发射接收管离地面的距离，直到满意为止。（3）串口稳定性测试串口模块使用常用的MAX232芯片，外部电路的电容参数按数据手册结合实际电路微调。使用示波器观察串口输出特定数据流的波形，如波形符合标准，则模块测试通过。（4）语音模块测试先按时长录制一次，按播放的声音调整音量与录音分段的长度。6、总结经过一份辛勤的付出与努力，我们组终于圆满完成了单片机的

20、课程设计任务。从方案讨论，方案确定，再到后期的硬件制作和编程，由于组员分工明确合理，所以一切进展的都很顺利。此次我们除完成老师既定要求外，包括报警器模块、显示模块、密码锁模块、红外热释电模块，还新增了GSM模块和语音报警模块的功能。一开始工作进行的还是比较顺利，但当我们调试GSM模块时，我们调试了两天依然没有结果，可我们组依然没有放弃。最终我们采用了华为的GTM900C，实现了远程发送报警信号的功能。在整合完所有程序后，我们最终测试成功。这也标志着我们所用硬件和软件调试成功。经过这次课程设计，我们组的合作能力进一步提升。更重要的是我们将平时所学的课本知识与时间相结合，不仅提升了自身的学习水平和

21、能力，而且使得自己的综合能力，尤其是动手能力有更多的提高。所以，经过这次的课程设计，我们收获的远比我们一开始想象的要多。致 谢本论文是在姜晟老师、邓小玲老师的亲切教导和悉心指导下完成的。在论文的写作过程中，虽然花了一定的心血，但由于前期的作业做了一定的铺垫，所以完成的还是比较顺利的。也感谢这篇论文所涉及到的各位学者，本文引用了数位学者的研究文献，如果没有他们的文献，我们组也很难将本次文献检索课题完成。最后，再一次对感谢一路以来关心，帮助过我的老师和队友！参考文献【1】 王卫星 单片机原理与应用开发技术 中国水利水电出版社【2】 李孟源 测试技术基础 西安电子科技大学出版社【3】 康华光 电子技术基础 高等教育出版社