基于GSM汽车防盗报警系统的设计.doc

哈尔滨理工大学学士学位论文基于gsm汽车防盗报警系统设计摘要随着移动通信技术的快速发展，远程控制技术已经有越来越广阔的理论和实践的研究价值。远程控制综合了移动通信技术、数字信号处理技术、自动控制技术和单片机等技术，被广泛的应用于远程控制机器人系统、汽车防盗系统、远程控制工业机器等领域，它有别于一般控制系统的优点就在于该技术可以实现实时双向通信并不受地域范围的限制。本课题设计的防盗报警系统正是远程控制技术在现实生活中的一个应用。针对防盗报警系统的实现，论文的主要工作：首先，详细介绍了远程通信技术的发展现状，报警系统的发展历程及sms技术的工作原理。分析了系统要实现的基本功能，提出了总体设计方案。其次，根据报警系统需要实现的功能要求，对系统的硬件和软件进行了设计。防盗报警系统的硬件由stc89c52单片机和移动通信模块两部分组成，其中，单片机控制器和移动通信模块之间通过at指令进行数据传输，移动通信模块利用gsm网络实现了与手机用户的远程通信。软件设计分为两个部分：一是移动通信模块部分的程序设计，二是单片机内部数据存储器的规划及系统数据读写程序设计。通过软件设计完成了系统初始化、识别和保存手机用户号码、报警短信息的选择和设计、系统处理不符合预制短信息的方法、以及如何把用户手机号码整合到通信模块要发送的短信息中等功能。最后，对系统的软硬件进行了调试。结果表明，该系统满足要求，运行正常，实现了手机用户与该系统的实时双向远程通信。关键词 gsm模块；stc89c52；传感器；汽车防盗the design of anti-theft alarm car system based on gsm systemabstractwith the rapid development of mobile communication technology, remote control technology has been more and more extensive value of theory research and practice. remote control is combined of mobile communication technology, digital signal processing technology, automatic control technology with single-chip microcomputer technology, and it is widely applied to remote control systems of robot, car alarm system, remote control of industrial machinery and other fields. it is different from the general control system because the advantages of it is that it can accomplish real-time and two-way communication which is not limited by geographical scope .this topic the design of anti-theft alarm system talked in this topic is the application of remote control technology in our life. the papers main work is as follows when we talk about anti-theft alarm system.first, the paper will introduce the development of remote communication technology at present, the development process of alarm system and the working principle of sms technology. in order to realize the basic function of the system analyzed, we put forward the overall design.secondly, according to the need of function of the alarm system, we combine the design of software with hardware of system. anti-theft alarm system hardware consists of two parts, single-chip computer stc89c52 and mobile communication module, the single chip microcomputer controller and the mobile communication module transmit data through the at command. the mobile communication module uses gsm network to realize the remote communication with the mobile phone users.the software design is divided into two parts. one part of the program design is mobile communication module, the second is the design of single chip microcomputer used as internal data storage and the program design of speaking, reading and writing. we need to complete the system initialization, identify. and save number of the mobile phone user, at the same time we need to deal with alarm message, system selection and design of process which is not in conformity with the method of producing short messages, and how to integrate into the users phone number communication module to send short message function of medium through the software design.finally, we will debug hardware and software of the system. it shows that the system meets the requirements and operates normally. it realizes the real-time bidirectional remote communication between the mobile phone users and the system.keywords gsm module; stc89c52; sensor; car alarm不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- iii -目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外文献综述11.3 论文研究内容2第2章 系统总体方案及关键技术介绍42.1 系统总体结构42.2 核心控制器的选择52.3 gsm模块及通信技术62.4 传感器模块及相应技术72.5 本章小结9第3章 系统硬件结构的设计103.1 单片机最小系统的设计103.1.1 单片机复位电路103.1.2 单片机时钟振荡电路103.2 gsm通信模块的设计113.2.1 gsm模块介绍113.2.2 车主对系统的控制143.3 传感器模块设计153.3.1 加速度传感器153.3.2 人体红外传感器213.3.3 振动传感器233.4 电话号码输入存储设计243.4.1 单片机的eeprom介绍243.4.2 矩阵键盘介绍263.5 显示模块的设计273.5.1 lcd1602模块介绍273.5.2 lcd1602电路及引脚介绍283.6 电源模块的设计293.7 执行模块的设计303.8 单片机下载电路设计313.9 本章小结31第4章 系统软件的设计324.1 系统软件介绍324.1.1 at指令324.1.2 pdu模式334.1.3 信息的读取354.2 程序的总体设计354.3 子程序的设计374.3.1 车主控制系统流程图374.3.2 短信息发送流程图374.3.3 输入电话号码流程图384.3.4 读取短信流程图394.4 本章小结40第5章 系统的调试415.1 调试软件介绍415.2 gsm模块调试445.3 系统整体调试465.4 本章小结48结论49致谢50参考文献51附录52附录b58附录c63千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“abstract”这一行后加一空行- v -第1章 绪论1.1 课题背景随着人们生活水平的提高，汽车已逐步进入家庭，但日益猖獗的汽车盗窃案件也呈上升趋势，如何有效防止汽车被盗是车主们最关心的问题。目前普遍使用的汽车防盗报警器有以下3种：机械式防盗器，具有价格低廉、适合所有车辆、不需供电系统支持的优点，目前还在使用，但是它只防盗不报警，容易被发现和破坏；遥控汽车防盗报警器，是通过钥匙扣式无线发射机遥控控制，可以实现所有的防盗功能，但是控制和回收的距离有限；gps全球卫星定位跟踪汽车防盗系统，是通过gps地面网络全面获取报警信息，监控车辆状态，控制汽车防盗，但是设备昂贵，服务费较高，不太适合一般用户。针对以上几种汽车防盗系统的优缺点，我们利用当今广泛使用的移动通信网络gsm网络，设计基于gsm网络短消息的汽车防盗报警系统，可以将报警信号以发送短消息的方式传输到任何gsm网络可以覆盖的地方，具有成本低、报警范围大、系统灵活性和可靠性高的特点。gsm是目前发展较成熟的一种数字移动通信系统，其中短消息是利用最广泛的通信方案，把需要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由服务中心转发给目的地址，具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高和保密性好等特点。因此，基于短消息的远程控制防盗报警系统，充分利用了gsm无线移动通信网络平台，不仅实时、自动、可靠及方便地实现了远程通信报警的监控，而且打破了防盗报警地域的限制。gsm汽车防盗报警系统是一种崭新的集成传感、控制和报警三大功能模块的防盗报警器，当传感器收到汽车震动、移动信号时，以gsm网络为信道，报警信息通过短信/电话通知用户，实现准确、实时的报警，从而有效的解决传统汽车防盗方式的缺点和不足。gsm汽车防盗报警系统是集传统车载式防盗报警单元和gsm全球通移动通信网路控制为一体的高科技产品。该产品无需设运营中心，依托覆盖率极高的gsm公众网络，利用gsm无线通讯业务和短消息增值业务，采用人车互动主动防盗模式，对车辆进行远程监控和定位；具有遥控监听现场语音功能、遥控呼叫语音报警功能、发送和遥控关闭报警短消息功能、被劫报警按键、振动报警等功能，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面；无需设运营中心，解决了gps入网成本高以及普通的车辆防盗报警器监控范围小，不胜其烦地声响噪音等问题，能让您的汽车随时随地尽在您的掌握之中1。1.2 国内外文献综述早在2000年左右，就有相关报道称：日本已经成功开发出了手机远程遥控机器人，而且在远程控制方面有了一定的成就。但是在国内关于利用手机实现远程控制方面的应用研究还相对较少。实际上利用移动通信技术实现远程控制已经有着越来越广阔的研究价值，远程控制综合了移动通信技术、网络技术、数字信号处理，自动控制和单片机等技术，可以广泛的应用于手机远程遥控机器人、家用防盗、汽车防盗、远程遥控工业机器等方面，与一般系统相比较，最大的优点就在于它的便利性以及能实现实时双向通信，并且对系统的控制不受地域的限制。21世纪以来，电子信息技术的飞速发展使电子信息技术、传感器技术、数据通信技术、网络技术、计算机处理技术和控制技术等有效的应用与汽车防盗技术，促进了汽车防盗技术的高度智能化和功能多样化。虽然产品的结构和特点各不相同，但概括来讲，现有的汽车防盗装置主要包括机械式防盗装置、电子防盗报警装置、芯片式防盗装置、网络式防盗系统和其他防盗系统等等。它们之间各有优劣，但是汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展的。它通过网络实现车门的开关和车辆的启动、截停、定位，及根据车主要求提供远程车况报告等功能。主要使用的网络有gps全球卫星定位跟踪汽车防盗系统，但是设备昂贵，不太适合一般用户。针对以上几种汽车防盗系统的优缺点，我们利用当今广泛使用的移动通信网络gsm网络，设计基于gsm网络短消息的汽车防盗报警系统，可以将报警信号以发送短消息的方式传输到任何gsm网络可以覆盖的地方，具有成本低、报警范围大、系统灵活性和可靠性高的特点。gsm是目前发展较成熟的一种数字移动通信系统，其中短消息是利用最广泛的通信方案，把需要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由服务中心转发给目的地址，具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高和保密性好等特点。因此，基于短消息的远程控制防盗报警系统，充分利用了gsm无线移动通信网络平台，不仅实时、自动、可靠及方便地实现了远程通信报警的监控，而且打破了防盗报警地域的限制1。本课题设计的防盗报警系统就是利用全球移动通信系统gsm(global system for mobile communications)网络的短信息服务sms(short message service)功能进行实时双向的数据通信。1.3 论文研究内容本设计主要是用于一对一通信情况下，利用gsm网络作为通信媒介，当发生警情的时候，可以向车主发送报警信息，车主可以根据现场的情况，执行相应的操作，达到防盗报警的目的。论文首先对防盗报警系统的需求及国内外的发展现状做了详细的概述，本设计从硬件和软件两大方面详细的介绍了单片机控制下汽车防盗系统的设计，硬件方面又从硬件器件的选择及相关技术的介绍到硬件电路的设计，详细的介绍了硬件平台搭建过程，搭建好了硬件平台后，又详细的介绍了软件方面的一下知识，进而成功的设计了系统的软件。本文研究主要具体内容如下：首先，本设计对报警系统的组成和工作方式以及报警系统构架和体系做了分析阐述。介绍了系统的总体方案及关键技术，包括系统的总结结构设计、stc89c52的概述和关键技术、移动通信模块的主要技术特点和sms的相关知识，并且介绍了热释电人体红外传感器、振动传感器、加速度传感器。然后，从系统的核心控制器开始，详细的介绍了单片机最小系统、gsm通信模块、警情采集部分、目标电话号码的输入存储显示、供电模块以及执行模块所用到的芯片和电路的搭建。其次，本设计详细的介绍了软件相关的一些知识，包括控制gsm模块执行各种功能的at指令、pdu编码和其模式下的短信息发送及读取。接着，课题以总分的形式，先介绍了系统的整体软件流程图，又详细的给出了短信发送流程图、识别车主电话流程图、输入电话号码流程图和短信读取流程图。最后，本设计给出了上位机串口调试发信息、接收电话、读取短信的控制流程，并且给出了系统整体的调试电路和结果，介绍了本次设计用到的主要软件，如keil uvision4、串口调试助手、文本与unicode码转换工具等。第2章 系统总体方案及关键技术介绍2.1 系统总体结构本课题设计的报警系统就是利用gsm移动通信模块，通过gsm网络，实现点对点的短信通信。利用交互式的移动通信，来达到汽车防盗报警的功能：如果发生盗车事件，本系统会及时的将现场的警情通过短信的发送给车主，使车主能及时的掌握现场情况。当车主收到来自系统的报警短信后，回复一条预设好的短信给报警系统，报警系统收到车主的指令时，执行相应的动作，之后报警系统给车主发送操作结果等。完成本次设计的关键步骤是对at指令的理解和应用以及stc89c52和移动通信模块之间的通信编程。将stc89c52的串口与移动通信模块的串口相连接，通过pdu模式来发送中文短信，移动通信模块指令部分采用at指令集。从性价比和系统的实际功能要求的角度，本系统采用stc89c52单片机作为核心控制器来控制系统，利用其串口与移动通信模块进行通信。警情采集模块将采集到的盗车信号发送至单片机，单片机分析、处理之后，通过发送at指令给移动通信模块，移动通信模块接收到指令后调用预先设计好的报警短信息程序，通过gsm网络发送给车主手机，从而实现报警功能；车主接到报警短信息后，根据接收到的信息，回复短信给报警系统，系统通过判定用户回复的短信息内容，单片机根据接收到的信息控制系统的执行机构作出相应的动作，从而实现防盗的功能。其中单片机作为核心控制器，外围电路有电话号码输入模块、传感器模块、移动通信模块、报警模块、执行控制等模块。系统的硬件结构图如图2-1所示。图2-1 系统硬件结构图说明：本系统采用按键控制输入电话号码，当按下输入电话号码的功能按键时候，用户可以输入任何一个11位的电话号码，同时在输入的时候，通过1602液晶显示来显示用户输入的数字，然后将输入的电话号码存储在单片机的eeprom中，保证下次重启系统、下次开机的时候保留车主的电话。系统运行之后，传感器模块便开始采集外界警情信号，人体红外模块、振动传感器模块返回来的是数字信号，所以可以直接给单片机，由单片机判断是否报警，而加速度传感器采集到的是三路模拟信号，所以我们需要利用cd4052多路选择开关来分时采集三路信号，然后将信号送入adc0804模数转换芯片中，从adc0804中出来的信号便为数字信号了，送入单片机中判断、比较。若发生警情，单片机向移动通信模块发送at指令，由gsm模块发送相应的报警短信息，用户接受到报警短消息之后，回复短信单片机读取短信息内容之后，判断是否执行相应的操作来控制汽车的油路3。2.2 核心控制器的选择stc89c52可通过串口直接下载用户程序。具有eeprom功能。共3个16位定时器/计数器。power down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。单片机处于掉电模式时，ram中的内容不会丢失，振荡器停止工作，cpu也不工作，此时直到下一个中断或硬件复位为止。如图2-2所示为stc89c52单片机的基本结构框图，它由8个部件组成，即中央处理器(cpu)、片内数据存储器(ram)、片内程序存储(rom)、输入输出接口、可编程串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(sfr)。各部分通过内部总线相连。在功能单元控制上，采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。基于上述优点，本系统选stc89c52单片机作为本系统的核心控制器。图2-2 stc89c52单片机的基本结构框图2.3 gsm模块及通信技术移动通信模块采用的是基于gsm数字移动通信系统的通信模块。该模块可以传输语音和数据信号，其外围电路简单，将板板连接器和天线连接器连接sim卡读卡器和天线，其数据接口通过单片机串口发送at指令和识别接收到的信号可双向传输指令和数据。可用利用text和pdu格式两种格式来发送短信消息，由于pdu模式可靠信高、操作方便、容易理解，所以本系统采用pdu编码方式来发送at指令。2gsm网络的特点和优点gsm网络在全国范围内实现了联网和漫游，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵建网费用和维护费用。同时，它对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大，维护费用高，以及网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。利用gsm短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台6。3sms相关知识介绍(1)sms的分类短信息有点对点短信息业务和小区广播短信息业务(点对多点)两种方式。点对点的短信息业务是指将一条短信息从一个实体经短信息服务中心 smcs(short message service center)发送到指定的目的地址的业务。被发送的短信息经过编码后最大长度为140个字节，如果采用unicode编码方式则一次最多发送70个中文汉字)。小区广播信息业务是指通过发送信息的基站向指定区域中所有短信息用户发送短信息的业务4。(2)sms的工作原理、特点及优点gsm短信息业务系统是由移动业务交换中心、短信息业务网关移动交换、本地用户寄存器、访问者位置寄存器和短信息服务中心等部分组成的。它们之间的关系如图2-3所示。图2-3 短信息sms业务结构图说明：移动台是指移动通信设备，比如手机等，它是用来收发短信息的。基站主要完成的是移动台和移动交换中心之间的信息交换。移动交换中心负责系统切换管理并控制来自发向其它电话或数据系统的拨号。短信息业务网关移动交换中心接收由短信息服务中心发送的短信息，并将它发送给接收者所在基站的交换中心。短信息服务中心在基站和短信息实体之间中继、存储和转发短信息。本地用户寄存器用于存储本地用户的信息。访问位置寄存器可以保存本地区以外用户的数据。1)sms的工作原理当sms短信息从一个可发送sms的手机发出去后，这个短信息和一个普通呼叫建立的处理没有什么不同，它从手机发送到基站(base station)5，然后到移动交换中心，寻址到需要的短信息服务中心。如果移动漫游到外地，被访问的移动台将把短信息路由到合适的短信息业务/互联移动中心，再将短信息传递给移动交换中心，最后移动交换中心将信息传递给相应目的移动台。当移动台(例如手机)接收短信息时，短信息服务中心要确定一个移动台终结短信息的路由，短信息服务中心把短信息转发到短信息业务/网关移动交换中心，再由它向目的移动台的归属位置寄存器询问路由信息并且把短信息发送到合适的移动交换中心，由该移动交换中心把信息发给目的移动台。2)sms的发送方式短信息的发送方式不局限于手机之间互发短信。为了实现业务在企业中的应用，出现了很多新的短信息发送方式。主要有以下三种方式：1有线短信息发送方式。此种工作方式是企业通过自己的服务器直接接入移动运营商的网络来发送短信息。2移动或者联通授权的中间运营商和一部分网络站点都为企业或者个人提供短信息发送业务。3在计算机上通过手机发送中文短信息。3)sms特点、优点及发展sms采用的是存储-转发模式，如果接收方当时关机或者不在服务区，smsc就会自动保存该条短信息(一般不超过3天，通常为24小时)，等到接收方在服务区出现的时候会马上发送给接收方。同时，sms对短信息的发送可以是一种有保证的双向服务。另外，sms可与数据、传真等业务一起进行同步传输。总之，短信息除了具有上述特点之外，之所以得到迅速发展还因为它具有以下优点：一是收费低廉；二是内容丰富；三是随时随地；四是文字的特殊魅力；五是开通方便等7。2.4 传感器模块及相应技术随着科技的发展，为了应对盗车方式的多样性以及防止发生错报漏报的情况，本设计充分考虑了各种情况，采用了热释电人体红外传感器、振动传感器、加速度传感器、霍尔传感器来采集警情信号，并将信号处理后送入单片机中，分析、判断后确定是否发送报警短信息。1热释电人体红外传感器模块人体辐射的红外线中心波长为910um。在传感器上有一个滤光镜片的窗口，只有波长为710um的光才能通过此滤光片，此波长恰好为人体辐射的红外线中心波长，其他的光会被吸收，基于此原理设计了人体红外线传感器。人体红外传感器本身不发任何类型的辐射、器件功耗很小、隐蔽性好、价格低廉等一系列的优点。人的运动方向影响热释电红外传感器对人体的敏感程度。其对径向移动反应不敏感，而对于横切方向移动则很敏感。因此，安装的时候必须选择合适的位置和方向。2加速度传感器模块以及力学知识设计的加速度传感器可以测物体的加速度，主要就是用于了解物体在运动过程中的运动状态。在我们的日常生活中，加速度传感器的应用非常普遍，比如环境的检测、大坝振动的检测、报警系统的检测等等，在很多行业领域方面都得到了很好的应用。(1)加速度传感器的工作原理：加速度传感器是根据牛顿的第二定律设计的。当传感器收了的时候，其内部的敏感元件将发生形变，然后测量它的变形量，接着通过相关的电路把形变信号转换成电信号输出，外电路通过运算就可以得到对应的加速度的信号。它的主要技术指标有3个。(2)加速度传感器的技术指标：1)灵敏度方面的技术指标：此加速度传感器量程可调，其灵敏度随着量程的不同选择也不同。2)带宽方面的技术指标：传感器都有其可以测量的有效的频带。3)量程方面的技术指标：用户可以根据自己情况，选定一个适合知己的量程来开发产品。 (3)mma7361加速度传感器的主要特点如下：1)芯片有两个可选的测量范围(1.5g，6g）2)低消耗电流：400a3)可以设置芯片为睡眠模式，此模式下功耗为3ua4)低电压工作：2.2 v3.6 v的5)高灵敏度（800 mv / g的，量程为1.5g）6)开启时间快（0.5毫秒启用响应时间）7)自由落体检测诊断的自我测试8)0g的检测自由落体保护9)低通滤波器与信号调理10)低成本说明：本系统采用5.0v的电压给加速度传感器模块供电的原因是在加速度传感器模块内部已经集成了一个电平转换电路，把5.0v的电平转换成了3.3v电平后给mma7361芯片供电。本课题采用了高精度三轴加速度传感器mma7361做加速度检测模块，其精度模式可以选择1.5g或6g两种。通过测量x、y、z引脚上的电压输出，利用cd4052模拟选择开关实现分时采集三轴上的电平，然后利用8位的ad转换芯片，将其转换为数字信号，在系统处于水平状态的时候，在加速度传感器的三个方向上输出来的电压信号分别在一个固定的值变化，为了防止发生误报现象，本设计设置当角度大于20度报警。3振动传感器模块振动传感器的内部用压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号，并通过lm358等运放放大并输出控制信号，具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节范围大的优点振动传感器作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。需要注意的是振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的9。可以用来检测各种振动触发作用，报盗报警，智能小车，电子积木等。注意：由于这个模块在感应到小的振动时触发时间会很短，不能够直接驱动继电器。本设计用到的振动传感器模块特色如下：1)比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15ma2)工作电压3.3v-5v3)输出形式：数字开关量输出(0和1)4)设有固定螺栓孔，方便安装5)小板pcb尺寸：3.2cm x 1.4cm6)使用宽电压lm358比较器102.5 本章小结本章首先给出了系统的总体硬件结构和方框图，并给出了核心控制器stc89c52单片机简单描述，然后对gsm模块和sms相关的技术作了详细的介绍，最后，详细的介绍了人体红外传感器模块、振动传感器模块、加速度传感器模块的相关知识。第3章 系统硬件结构的设计3.1 单片机最小系统的设计3.1.1 单片机复位电路单片机复位是使cpu和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后pc0000h，使单片机从第个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位的条件是：必须使rst引脚(9)加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。本系统时钟频率为11.05926mhz，每机器周期为1.085us，则只需2us以上时间的高电平，在rst引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机的复位电路如图3-1所示。图中c5为上电复位电路，它是利用电容充放电来实现的。在接电瞬间，reset端的电位与vcc相同，随着充电电流的减少，reset的电位逐渐下降。只要保证reset为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过rst端经电阻与电源vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图3-1。时钟频率6mhz时，c取10uf，r4取200，r3取10k。图中s2、r4构成按键复位电路。若要复位，只需按图中的s2键，此时电源vcc经电阻r4、r3分压，在reset端产生复位高电平，两个机器周期后单片机复位8。图3-1 单片机复位电路3.1.2 单片机时钟振荡电路stc89c52单片机各功能部件运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊的一步一步地工作，因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性，常用的时钟电路设计有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。本电路采用内部时钟方式。具体电路见图3-2。本电路的时钟频率为12mhz，电容c3、c4的容量为30pf左右，该电容的大小会影响振荡器频率的高低、振荡器稳定性和起振的快速性，本电路采用33pf的磁片电容8。图3-2 单片机时钟电路3.2 gsm通信模块的设计3.2.1 gsm模块介绍1gsm介绍将手机的基频、中频、射频整合到一起，然后在模块里面包含物理层软件和2、3层的通讯协议软件，这样就形成一个gsm移动通信模块。模块本身就像一个芯片，本身不能工作，必须配合相应的外围电路，形成一个最小系统才可以工作。移动通信模块一共有 60个pin管脚用于连接外围控制电路11。gsm模块实物图的正反面如图3-3所示。从图中，可以看到gsm移动通信模块有一个60引脚的板板连接器用于连接系统工作的必要电路和一些外部扩展电路。在模块的一个角上还有一个ipex天线接口，用于和天线连接。 图3-3 gsm实物图的正反面通过上面的介绍，可知gsm移动通信模块是相当复杂的，模块内部具体结构如图3-4所示。图3-4 gsm模块内部结构图2sim300主要特性参数如表3-1所示。表3-1 sim300主要特性参数特性说明工作电压单电压供电，3.44.5v低功耗模式休眠模式下，工作电流典型值为2.5ma工作频段sim300具有三个频段：egsm900、dcs1800、pcs1900。频段频率可由at指令设置，默认频段是egsm900和dcs1800。与gsm phase 2/2+兼容。gsm类型小型移动基站（ms)发射功耗在频率egsm900 class 4下 2w在频率dcs1800和pcs1900 class 1下1wgprs连接gprs多时隙10级gprs移动电台b级工作温度正常工作温度：-22+55极限工作温度：-25-22，+55+70存储温度：-40+80gprs数据传输gprs下行数据传输最大85.6kbpsgprs上行数据传输最大42.8kbps编码方案：cs-1，cs-2，cs-3，cs-4sim300支持pap（密码验证）协议，此协议通常用于ppp连接3sim300模块引脚功能如表3-2所示。表3-2 sim300模块引脚功能引脚名称引脚说明引脚名称引脚说明vbat板板连接器有八个引脚连接供电电压。sim300的工作电压vbat=3.4v4.5v。此八个引脚为电压引脚。vrtc当电源不给系统供电时给实时时钟的电流输入。当主电源供电且备用电源为低电平状态时给备用电源的电流输出。vdd_ext给外部电路供3.0v。用户通过检测此引脚，可以判断系统的运行和关闭，为低电平时，系统关闭，相反，系统运行。pwrkey系统启动按键的电压输入。由于系统响应软件需要一定的反应时间，用户启动或关闭系统时需要按住按键几秒。mic1pmic1n正负音频输入mic2pmic2n附加正负音频输入spk1pspk1n正负音频输出spk2pspk2n附加正负音频输出agnd模拟接地gnd数字接地kbc0kbc4一般用途输出引脚(gpio)可由at指令配置其输出电压的高低。所有gpio未由at指令配置时初始化低电平。buzzer蜂鸣器输出kbr0kbr4dtr数据终端就绪spi_datarxdreceive data 接收数据spi_clktxdtransmit data 发送数据spi_csrtsrequest to send请求发送spi_d/cctsclear to send 清除发送spi_rstriring indicator 响铃侦测network leddcddata carrier detection 数据载体检测gpio8一般输入输出端口dbgtx用于调试和通信的串口sim_vddsim卡的电源引脚dbgrxsim_i/osim卡数据输出adc0一般用途模数转换sim_clksim卡时钟sim_rstsim卡复位sim_presencesim卡检测stc89c52的串行接口与sim300的串口相连，采用异步串行通信。利用人体红外传感器、振动传感器、加速度传感器检测外部信号，由单片机判别报警的种类然后向sim300发送at指令实现向车主手机发送短消息报警，车主接收到短信之后向系统发送相应的操作命令，sim300提取短消息并译码后进行相应的操作启动执行模块。同时用户可以拨打报警器的电话，使单片机进入掉电模式，此时只有外部中断和硬件复位的可以唤醒报警器，使其继续工作。gsm通信模块的电路如图3-5所示6。图3-5 gsm通信模块电路本系统中单片机和gsm模块采用的是串行通信方式1，为了减少串口通信时候的误差，我们选用11.0592mhz的晶振，由于串口通信的时候会对系统产生干扰，为了减小干扰，我们设置定时器的初值，将波特率设置为1200hz。3.2.2 车主对系统的控制1电源控制寄存器pcon的格式13如表3-3所示。表3-3电源控制寄存器pcon的格式pcond7d6d5d4d3d2d1d0位名称smod-gf1gf0pdidl(1)pcon寄存器各位功能介绍：1)idl空闲模式设定位idl=0 单片机处于正常工作状态idl=1 单片机进入空闲(idle)模式，除了cpu不工作外，其余仍继续工作，在空闲模式下可由任一个中断或硬件复位唤醒。2)pd掉电模式设定位pd=0 单片机处于正常工作状态pd=1 单片机进入掉电(power down)模式，可由外部中断触发或由硬件复位模式唤醒，进入掉电模式后，外部晶振停振，cpu、定时器、串行口全部停止工作，只有外部中断继续工作。3)gf0、gf1两个通用工作标志位，设计人员可以自由使用。4)smod该位与串行口的波特率有关smod=0 串行方式1、2、3时，波特率正常。smod=1 串行方式1、2、3时，波特率加倍。2用户控制系统进入掉电模式14由于系统正常工作的时候在检测到有人靠近或车发生振动的时候都会给用户发信息，考虑到时用户自己对车进行的操作，所以我们需要实现用户对模块工作状态的控制，我们通过用户拨打模块的电话号码，使模块进入掉电模式，此时，系统只有在通过重启系统、硬件复位、外部中断的方式才能唤醒，从而继续工作。3.3 传感器模块设计本系统利用加速度传感器通过检测输出模拟电压的大小判断是否车发生了前后左右的移动和倾斜，hc-sr501人体红外传感器检测是否有人进入车内，振动传感器检测是否车被打砸了。 3.3.1 加速度传感器1mma7361芯片及加速度模块的详细介绍。(1)本课题采用了高精度三轴加速度传感器mma7361作为角度检测模块，该加速度有1.5g或6g两种量程可供选择，不同的量程精度不同，1.5g的量程下，精度为800mv/g，6g量程下，精度为200mv/g。根据本课题的要求选择1.5g量程。在正常工作状态，sleep引脚需要置为高电平。加速度模块实物图如图3-6、mma7361芯片引脚功能图3-7所示14。 图3-6 加速度传感器模块实物图正反面图3-7 mma7361芯片引脚图mma7361三轴加速度传感器实现角度测试，其核心算法是建立输出电压和角度之间的函数映射关系。以mma7361传感器x轴方向的倾角计算为例。设x轴的方向和重力加速度的如图3-8所示。图3-8 x轴方向倾角测量图示传感方向x轴方向的重力加速度分量是，当0时有：可以看到，当倾斜角为一个小角度时，其角度的变化率趋向于g，这样将提高加速度模块的分辨。因为传感器的加速度分量与其电压成正比，且选取的精度是800mv/g，因此倾角。(2)mma7361加速度模块的引脚功能说明如下：1)vdd+3.3v输入/+5v输入：mma7361芯片的供电电压是3.3v，由于模块内部应集成了一个转3.3的电平转换电路，所以可以用5v的电源供电。因此，模块供给电压可以外接3.3v也可以用5v，二者选一个便可。 2)gnd：电源地3)g-select(gs)：加速度灵敏度设置 g-select：0 1.5g g-select：1 6.0g当灵敏度为1.5g时，三引脚(xout、yout、zout)输出电压变化值为800mv/g；当灵敏度为6.0g时，三引脚输出电压变化值为206mv/g。引脚悬空默认灵敏度为1.5g。4)0g-detect(0g)：自由落体检测正常情况下，该引脚的输出电压为0v，如果自由掉落时候输出为1，当芯片自由落体时，会有输出，可连接到微控制器的中断上，检测是否发生了自由落体运动。5)self test(st)：自检测功能 可以验证0g检测功能，也可检测三轴输出是否正常。6) sleep(sl)：可以开启休眠模式 sleep：0 休眠模式，降低功耗 sleep：1 正常工作注意：要正常工作，此引脚必须接高电平。7)xout：x轴输出 输出值为电压值，当芯片水平放置时，输出典型值为1.6v，在量程为1.5时，沿x轴顺时针或逆时针旋转90度，输出电压增加或减少0.8v，电压值变化与角度sin值成正比。8)yout：y轴输出，同x轴输出相似9)zout：z轴输出，同x轴输出相似(3)x、y、z这三个轴对应的方向关系如图3-9所示。图3-9 x、y、z这三个轴对应的方向关系(4)在不同的状态下的理论输出电压值如图3-10所示。图3-10 只受重力的不同的状态下的理论输出电压值2加速度模块模拟信号的处理利用加速度传感器采集到的电压信号为模拟值，所以先利用多路选择开关cd4052芯片实现对三轴信号的分时采集，再把采集来的模拟信号送入8位的adc0804芯片实现模拟信号转为数字信号。然后对数字信号进行处理。(1)cd4052的相关介绍cd4052是双四选一的多路模拟选择开关，其引脚图如图3-11所示。图3-11 cd4052引脚图cd4052芯片引脚功能介绍如表3-4所示。表3-4 cd4052引脚功能介绍引脚号符号功能1、2、4、5in/outy通道输入/输出端11、12、14、15in/outx通道输入/输出端9、10a、b地址端3out/iny公共输出/输入端13out/inx公共输出/输入端6inh禁止端7vee模拟信号接地端8vss数字信号接地端16vdd电源+cd4052相当于一个双刀四掷开关，当禁止端inh为高电平时，通道不接通，当禁止端inh为低电平时，具体接通那一通道，由输入地址码ab来决定。其真值表如表3-5所示。表3-5 cd4052通道控制真值表inhba接通通道0000x，0y0011x，1y0102x，2y0113x，3y1xxnone(2)adc0804 a/d转换芯片相关介绍：集成a/d转换器品种繁多，综合考虑各种因素本课题选取早期的集成芯片acd0804。adc0804逐次比较型单片集成a/d转换器19。adc0804是一款8位单通道、低价格a/d转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便ttl或cmos标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内