基于GSM模块 TC35的短信远程安全防护报警系统设计方案

1 基于 块 短信远程安全防护报警系统设计方案 第一章 系统结构及工作原理 随着电子技术的发展、信息服务的普及，人们生活水平 越来越 高 ， 人们的生活节奏越来越快， 对安全的要求也越来越严格，由此，基于 块的远程安全防护报警系统应运而生。 块的选择 在 块的选择中，常用的 块有 采用 司推出的新一代无线通信 块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息 服务 (传真。模块的工作电压为 以工作在 900800在频段功耗分别为 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。模块有 持文本和 三组的二类传真以及 外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测等功能，常用工作模式有省电模式、 过独特的 40引脚的 现电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。通过 接器及 50天线连接器，可分别连接 区别在于外形、体积、电压都不同，功耗比 小一些，价格比 一些。 经过各种比较，发现 合做远程安全防护报警控制器，它不仅价格便宜，而且性能稳定，足以胜任远程遥控！ 在检测温度的模块中，常用有 感器、 热电阻 等。 采用 感器。 2 测温范围 125 ，分辨率最大可达 。 以直接读出被测温度值。而且采用 三 线 制 和 单片机相连，减 小 了外部硬件电路，具有低成本 、 易使用的特点。 导体公司的数字化温度传感器，它是一种支持 “一线总线 ”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络 。在安全防护检测温度上显然足以胜任，因此我选择了 为安全防护中检测温度的传感器。 在检测人员进入情况的传感器中，常用的有 人体热释红外传感器模块 ，光电传感器，红外对管传感器等。 采用光电传感器。 最终选择了 光电传感器。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器检测距离可以根据要 求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点 。 在电子密码锁部分中，由于资金和技术的限制，无法做出正在的锁具，在这里选择了 24为电子密码锁储存密码的芯片， 24用 线驱动的外部2K 容量储存芯片 电后可以保存数据，像你电脑的硬盘一样。 24口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用 ，在应用本作品中绰绰有余，因此我选择了它。 在最后主控芯片的选择中，由于对 运行速度、容量要求不高，为 此，选择单片机 为主控芯片。 系统的组成及功能介绍 本系统由单片机外围电路、 和安全防护功能模块电路组成。单片机外围电路除了包括单片机正常工作所必须的元件外，还包括键盘、 12864 液晶显示等， 块电路由 其外围电路组成，安全防护功能模块包括 外头检测电路、电子密码锁电路有液晶显示屏代替其显示功能，用 24 系统的工作原理 口通讯脚 （ 18 脚 19 脚 行口通信引脚（ 10脚 11脚 连接进行通信。 行口的结构由串行口控制寄存器 送和接收电路等组成。 位定义 1：（见图 2 3 图 2位定义 行方式控制位，用于设定串行口的工作方式，如表 2列： 表 2 串行口的工作方式和所用波特率对照表 应工作方式 说明 所用波特率 0 0 方式 0 同 步移位寄存器 2 0 1 方式 1 11 位异步收发（双机通信） 由定时器控制 1 0 方式 2 12 位异步收发（多机通信） 2 或 4 1 1 方式 3 12 位异步收发（多机通信） 由定时器控制 机通信控制位，主要在方式 2 和方式 3 下使用。 许接收控制位。 送数据第 9 位，用于在方式 2 和方式 3 时存放发送数据第 9 位。 收数据第 9 位，用于在方式 2 和方式 3 时存放接收数据第 9 位。 送中断标志位，用于指示 一帧数据发送是否完成。 收中断标志位，用于指示一帧数据接收是否完成。 位定义 1：（见图 2 位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 I 收中断标志 发送中断标志 接收数据第 9 位 发送数据第 9 位 接收控制 0：禁止接收 1：允许接收 多机通信 0：单机对单机 0：多机通信 见表 24 图 2位定义 波特率选择位，在方式 1、方式 2 和方式 3 时，串行通信波特率和 成正比。 的其余各位用于 电源控制。 串行口的通信波特率计算 1： 本系统中 52 单片机选择 振， 块的波特率选择 9600 片机与 波特率一定要匹配： 波特率 /32 (2) (1/( ) 0（波特率不加倍）， K=8（定时器 方式 2），初值 253，即 0 温度检测： 由于 微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与双向通讯。 因此将 片机的一个 与 数据口相连进行通信 。 测温低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小 ， 用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显位地址 8E 8D 8C 8B 8A 89 88 87 - - D 闲控制位 0：单机对单机 0：多机通信 掉电控制位 0：单机对单机 0：多机通信 波特率选择位 0：单机对单机 0：多机通信 通用标志位 5 改变，所产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时， 对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将 所对应的基数分别置入减法计数器 1 和温度寄存器中，减法计数器 1 和温度寄存器被预置在 所对应的一个基数值。减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器 1 的预置值减到 0 时温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1的预置将重新被装入，减法计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 其中 累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是于 有严 格的时隙概念，因此读写时序很重要。系统对 各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化 复位脉冲） 发 发存储器操作命令 处理数据。 这些协议都是通过编程来实现的。 图 2位时序图 从时序图中，只需将总线拉低 ， 然后保持一段时间 t（ 555后单片机等待模块返回 符 “ ”，然后输入 0891683108704705 对各个数据域进行分析如下表 3 表 3送信息的 数据 说明 08 短信服务中心所占字节数 91 国际格式号码 (在前面加“ +” ) 683108704705信中心号码为 “ 8613800774500 ，经过了位移处理，将相邻的两位数字颠倒，如 86 换为 68, 13换为 31, 80换为 08等，可将号码还原。字母 11 文件头字节，一般设为 11 00 模块使用 中己存的短消息中心号码 0B 发送方地址信息 81 国内格式号码 3174411078信目标号码为 “ 8613471401876 ，经过了位移处理，将相邻的两位数字颠倒，如 86 换为 68, 13换为 31, 47换为 74等，可将号码还原。字母 减 1 00 协议标志，一般设为 00 08 编码方案，使用 消息有效日期 08 实际短消息内容长度 6210529消息内容“成功开启”，如 :“ 成 ”的 “ 6210”，“ 功 ”的 “ 529F” , “开”的 5“启”的 542F” 。 结束符 019 单片机控制智能安全防护电路 片机介绍 一种低功耗、高性能 微控制器，具有 8K 在系统可编程储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 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 在系统可编程 得 有效的解决方案。 有以下标准功能： 8k 字节 256 字节 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， 降至 0态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， 许 时器 /计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 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。 单片机与 连线 单片机和 应的 两者间要加上 2 工作方式 由于 位数据 位、 1位停止位、无校验位， 所以单片机的串行口工作在方式 1。 波特率设定 方式 1的波特率 =振荡器频率 /32x 12x(256)。系统的晶振为 特率为 9600以 片机外围硬件 单片机部分是提供单片机工作的基本电路，主要由 位电路、晶振电路、见附录图） 单片机 单片机作为主控单元，在系统中起着核心作用，在本系统中单片机主要控制据接收和继电器的输入电 平。 单片机通过串口与 括传送命令和传输数据，通过正确的 0 指令对 统上电以后，首先由单片机控制启动 正确安装，则控制板上的 快速闪烁，反之会慢慢闪烁。然后由单片机控制 有新短消息到达时，由 片机读取短信内容，并对其进行解码，并根据短信内容控制 I 制继电器动作，完成对家用电器开启与关闭的控制，然后重复上述过程。 复位电路 1 单片机在工作之前有 个复位的过程，一般的复位只需要 5时间，只要在单片机的 图 3 1243单片机复位电路 晶振电路 1 作为单片机的时钟基准， 别为用作片内振荡器的反向放大器的输入和输出，参阅相关手册，选用外部石英晶振，晶振频率为 图3 晶振电路 本芯片是以 密度非易失性存储器技术生产的，支持在线编程。片内。本系统软件开发使用自制的 件到单片机中。如图 3 21 图 3 本系统所用的 一种具有 4 位 /8 位并行、 2 线或 3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块：其分辨率为 128 64,内置 8192个 16*16 点汉字，和 128个 16*8点 用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，可以显示 8 4 行 16 16 点阵的汉字，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点，由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。该模块可分串口、并口通讯方式，本系统采用并口方式通讯。如图 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2001286436图 3 22 全检测硬件 124在电路图中，单片机通过 2两个管脚联接 24口，并通过程序在 个管脚上面来形成 线协议来与 24行信息交互。 240一个电路中有多个 线元器件时，单片机通过设置这三个管脚来区分是与那个元器件通信。现在电路板上只有这一个 线芯片，所以 传输的 号只能是与这个芯片进行通信。我们将此三个管脚接地，表示其地址为 000B。在实际电路图中 2 分别对应 体电路如图 3 24 2 温度检测部分采用 总线数字温度传感器对温度进行检测 ， 工作时由键盘输入设定温度值， 当温度达到设定的温度时 ，通过单片机 制报警。 在设计图中， 单总线引脚和 连。在实际电路图中 体电路如图 3 23 123温电路 3 红外检测电路 将 控制器线与 检测到障碍物时，相连的 此时传递给单片机通过 具体电路如图 3 123红外检测电路 24 第四章 系统软件设计 单片机系统除了必要的硬件支持外，还需要进行软件设计。主要由主程序、报警检测处理程序、按键处理程序等组成。 程序设计 主程序是对整个系统框架的描述。本系统的主程序的功能是上电后，完成系统的初始化，等待控制端信息命令的到达，并根据信息内容完成响应的动作。主程序流程图如下图 4示： 图 4主程序流程图 开始 串口初始化程序 始化程序 度采集程序 按键检测程序 报警系统设置程序 按键检测程序 单片机处理程序 信报警程序 Y N 报警检测处理程序 25 警检测处理程序 数据查询程序主要检测控制端是否有命令，若有则执行，若无则返回。程序流程图如下图 4示： 按键检测程序 分别检测温度报警、密码锁报警、红外报警是否达到要求 Y Y N 密码锁报警检测 温度报警检测 红外报警检测测 Y 密码锁报警检测 N N 单片机处理程序 26 图 4数据查询程序流程图 键处理程序 按键处理程序主要用来调整 示的各个模块以及设置报警。程序流程图如下图 4示： 图 4键处理程序流程图 Y 能选择界面 N 模块内部功能 的显示以及设置 相应的模块 0 9 数字键按下？ 始化程序 N N Y 能选择界面 能选择界面 27 第五章 硬件测试与分析 示灯及功能按键 在 近稳压管的那两个 别是 块和 52 控制板的电源指示灯，另外一个是 的指示灯，用以 显示的是 工作状态： 1 灭，表示 源关闭，处于休眠、报警或单纯的充电模式； 2 600 / 600，表示未插入 ，或者个人身份未登记 /已注销，或者网络正在搜寻中，或者正在进行用户身份鉴定，或者网络注册正在进行中； 3 75 / 3s 灭，表示网络注册成功（控制通道和用户交换信息完成），无来电； 4 亮，依据 不同的呼叫类型：声音呼叫，数据呼叫，在建立或者完毕时的状态。 在 52 控制板上有一个按键键盘和 0 9 * # A B C D 数 可以通过 幕显示的相应部分通过矩阵键盘来达到其相应的功能 键控制模块 首先 52控制板是否正常工作，按下复位键， 后通过矩阵键盘来实现相应的操作，具体实现过程如下表 5 表 5键控制及液晶显示 对应按键 1 2 3 温度报警器 电子密码锁 红外检测器 显示当前温度 温度报警器内部界面 2 设置温度报警 # 退出模块 任意输入 6位密码 输入密码 # 确认 检测密码输入时 28 # 退出 密码输入正确时 1 开启红外检测 红外检测内部界面 ; 2 关闭红外检测 # 设置完成退出 程短信控制 将 （设该卡的号码为正确插入 块板上的 卡座，并用排线将模块板与 制板上对应的插线柱连接好，按下按键 位按键），启动 块，观察模块板上的 指示灯是否正常（ 75 / 3s 灭，网络注册成功 ），然后按一下控制板上的复位按键 后再检查一下模块板上的 指示灯是否正常。如果正常就可以进行硬件调试。然后通过单片机模块中对矩阵键盘的操作来显示其相应的功能，比如设置报警温度为 25，当温度传感器检测到温度为 25时 则启动报警， 体操作如下表 5 表 5程家电控制 手机发送信息内容 安全检测模块工作状态 目标手机接收到信息内容 温度报警 温度达到报警要求 温度报警 密码锁报警 密码锁（ 12864代替）达到报警要求 密码锁报警 红外检测报警 红外检测达到报警要求 红外检测报警 29 第六章 结论 本文所做的主要工作是：围绕“单片机控制 块实现安全报警 这一热点课题，阐述了基于 块 发方法和开发过程，介绍了主要的器件 块 度传感器 外检测头、 24储芯片、 单片机 功能特点，本设计介绍了短信息业务、温度检测原理、红外检测原理、 242C 总线原理等，包括用能安防检测系统 的工作原理等。 设计中的远程家电控制系统充分利用了单片机的内部资源，尽可能地提高了可靠性。系统的完成经过了器件选择、原理图设计、 统的软硬件调试等几个阶段。在满足项目要求的前提下，尽可能减少系统的复杂程度。 在智能安全防护控制系统的开发中还存在的问题和不足： 1、智能安全控制系统操控家电功能较单一，使用过程中不能对安全检测模块，存在安全隐患； 2、控制组件控制的安全检测模块数量少，开发成本高。 3、不能充分利用 其他功能。例如：利用 短信接受功能使用户远程控制 控制安全模块 的工作状态 论文的工作还有许多有待改进之处。在本论文的工作的基础上，未来可能的研究开发方向如下： 1、在远程家电控制系统设计中增加对用安全检测系统运行的相关监控，增加对用安全检测使用中出现异常情况的报警功能以提高远程控制的安全性； 2、根据需要改进软硬件，适当增加用安全防护功能数量以降低开发成本。 3、加强 其他部分的学习，提高软件调试能力，开发其功能 30 参考文献 1 胡汉才 二版） 清华大学出版社，2 赵兰涛 ,苏彦华 口通信技术与工程实践 人民邮电出版社 ,3 毛慧琴 单片机的远程家电控制系统 D 士论文 4 潘斌 ,郭红霞 外围电路设计 J 2004年 07期 5田丰 ,敦旭锋 ,孙小平 ,吕鸣 无线传感器网络远程监控系统 6高锋 ,季瑞松 J 2004年 09期 7李迎春 短消息监控系统国外电子元器件 . 2003,(1) 8吴玉田 ,王瑞光 ,郑喜凤 ,肖传武 块 其应用 与控制 579 刘秋艳 块的无线 示屏的设计 D 士论文 10付军 D 11李鸿 J 2003,01： 2412李德领 ,马潮 J 统应用 1： 33 35 13鹿泽洲 J 2005， 03： 6914李家福 络的智能监控模块设计 D 15刘涛 ,张春业 ,韩旭东 ,李鹏 统 2003,3:3616曹尉清 ,韩冰 无线电工程， 2002,(10):3417李杰 ,吴学英 控带 块的一种方法 J 18刘涛 ,张春业等 J 术 3： 361903 01， I)一 01 9， 21G,31 123附录 图 1 电源电路 32 01401435和36接喇叭不分正负37麦克风+38麦克风4 30插槽0412P+1 2 3 41 2 3 48麦克风筒输出筒输入图 2 围电路 33 122012345678123456781234567892)0)1)D)R)1610)11)15)13)12)14)8)9)源3 45 67 89 10 #37; 图 3 单片机控制报警模块电路 34 = 智能安全防护系统 ; = 1 温度报警器 ; = 2 电子密码锁 ; = 3 红外 检测器 ; = 设置报警温度按 2; = 确认请按 # ; = 电子密码锁 ; =请输入密码： ; = 是否开启红外检测 ; =1 开启 2 关闭 ; = 退出请按 #; = 红外检测已开启 ; = 红外检测已关闭 ; =设置温度： ; = 确认请按 #; = 改变温度设置位数 ; = 请按 A 或 B; =*; =密码正确锁开启 ; =修改密码请按键 1; = ; =请再次输入密码 ; =密码错误一次 ; =密码错误两次 ; =密码错三次自锁 ; =修改密码成功 ; =密码输入不一致 ; =9,9; =0,0,0,0,0,0; =1,1,1,1,1,1; 35 =)&(=) ; ; 1) ; 00); ; 1) ; 00); 0; 1) 36 0) ; 00); ; ; s) i; k; /* /保存第一位密码 1=0 k=; k!=0&(k!=0 *s=k; i = 0; ,0); i != 0) /显示字符 i); i+; s+; /* /保存第二位密码 1=0 k=; k!=0&(k!=0 37 *s=k; i = 0; ,1); i != 0) /显示字符 i); i+; s+; /* /保存第三位密码 1=0 k=; k!=0&(k!=0 *s=k; i = 0; ,2); i != 0) /显示字符 i); i+; s+; /* /保存第四位密码 1=0 k=; k!=0&(k!=0 *s=k; i = 0; ,3); i != 0) /显示字符 i); i+; 38 s+; /* /保存第五位密码 1=0 k=; k!=0&(k!=0 *s=k;