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手机控制的实验室门禁、电源智能管理系统手机控制的实验室门禁、电源智能管理系统 说明书说明书 基于基于 gprs 模块模块和单片机的和单片机的实验室监控实验室监控系统设计方案系统设计方案 摘要：设计一种基于 gprs 和 stc 单片机的实验室监控系统。利用单片机技术、gprs 无线通信模块、 含有图像捕获和图像压缩编码功能的摄像头模块，实现原理图设计到电路板 设计开发。 用单片机控制串口摄像头图像采集和压缩处理，采集图像通过彩信的方式发送到 用户手机，同时可以通过短信命令随时查看实验室状态，或者摄像头采集图像，监控现场 情况。 21 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。国 内传统的监控系统方案大多是在用户端通过电子设备不停息的对对象进行图像采集， 然后 通过电脑显示采集的图像信息。 而且，其监控系统只能对对象进行监控，而无法做出相应的 措施。 而这套设计的智能监控系统集采集数据与执行操作于一体。 用户可以通过短信在任何 地点、 任何时间控制实验室的门、 窗、 灯、 电源等设施的开关，以及通过彩信接收到实验室的 即时监控图像。 此系统具有随时随地监控、 网络涵盖范围大、 查询控制等操作简便、 费用低、 通信速度快、 等众多优势。 而且通过技术改进，、 此系统能广泛应用于家庭、 办公、 工厂、 商铺 等等各种场所。 关键词：gprs模块，单片机，摄像头模块，彩信 1 系统硬件设计系统硬件设计 1.1 系统总线设计 系统总线设计 1 本智能监控系统以普通stc 单片机、无线gprs模块sim300和摄像头模块组成，用户可 以通过短信命令随时查看监控状态， 或者控制前端摄像头采集图像，监控现场情况，单片 机收到信号后可以控制摄像头采集图片，发送到用户手机上。 采用此方案设计的产品操作简 单，费用低廉。 为了降低成本，在最小硬件设计的基础上，系统的功能尽可能用软件程序来 实现，以达到降低成本，满足市场需求。 设计的硬件电路主要由三部分组成： 图像捕获和图像压缩编码部分通过串口摄像头模 块实现； 主控制器和任务控制用 stc12c5a60s2 单片机实现；发送短信、彩信由无线 gprs 模块实现。在设计中使用电路图，在设计的过程中，首先设计了硬件的结构框图，如图 1 所示： 图1 系统硬件结构框图 采用单片机 stc12c5a60s2 为核心组成智能实验室监控系统，stc12c5a60s2 具有快速 8051 内核、 8kbflashe2prom、 256bidataram，符合该硬件要求；发送短信、 彩信功能，采用 无线gprs模块sim300 ；利用串口摄像头实现现场捕获和图像压缩存储功能。 1.2 单片机模块设计单片机模块设计 stc12c5a60s2 stc12c5a60s2 具有快速 8051 内核、8kbflashe2prom、256bidataram gprs 模块中集成的单片机自带多组全双工的标准串口，可通过改变跳线来控制串口扩 展模式。 该模块母串口和子串口的工作波特率可由软件调节，而不需要修改外部电路和晶振 2 主处理器 stc12c5a60s2 供电电源 各个功能 传感器 gprs 模块 sim300 串口摄像 头模块 频率， 它的外部控制少，应用灵活，编程使用简单，适用于大多数有串口扩展需求的系统 所以利用自带的多组串口， 可以与串口摄像头和单片机模块进行连接通信。 如图2 所示。 图2 单片机接口电路设计 1.3 gprs 数据传输模块硬件设计数据传输模块硬件设计 sim300 是一款三频段 gsm/gprs 模块，其结构小巧，几乎可满足所有对产品尺寸有要 求的工业应用，模块与应用设备通过一个 60 引脚的板板连接器相连，它提供了所有模块和 开发板的硬件接口。它内部集成了 tcp/ip 协议栈，并且扩展了 tcp/ip at 指令，使得该模 块开发数据传输设备十分方便。具体参数如下： 工作电压：单电压供电，3.44.5v 工作频段：egsm900、dcs1800、pcs1900，频段频率可由 at 指令设置，默认频段是 3 egsm900、dcs1800 gprs 数据传输：下行数据传输最大 85.6kbps，上行数据传输最大 42.8kbps，编码方 案cs-1、cs-2、cs-3、cs-4 gprs 模块和单片机之间的数据通信主要是通过端口 gt 与 s1r 之间，gr与s2t 之间的 数据传输来完成。其中 gprs 模块上的 gr 口是用于接收从单片机传来的数据， 而单片机上 的扩展s2t 端口是用于向gprs 模块传送数据的。 gprs 数据传输模块硬件部分的电路原理图如图 3 所示。 图3 gprs 数据传输模块电路设计 1.4 串口摄像头模块设计串口摄像头模块设计 4 串口摄像头是一款具有视频采集和图像压缩功能的摄像头，具有 50 万像素 cmos 摄 像头，最大分辨率可达到800600，是一个内含有拍摄控制、 视频捕捉、 图像数据采集、 图 像jpeg 压缩、串口通讯等功能的齐全的图像采集设备，最大串口通讯速率可达115.2kbs。 本设计采用的带有串口的摄像头， 主机通过串口以串口指令对摄像头进行控制。主机与摄 像头模块是一种主从关系，摄像头模块的操作命令由主机发出，主机可以控制相机的输出 格式、分辨率，相机向主机发送响应消息。具体参数： （1）接口：主机与摄像头模块之间用 rxd、txd 接口相连，波特率为 57 600。 （2）图像格式：相机输出的图像格式为 jpeg. （3） 图像分辨率可以是：800600、 320240、 160120、 352288、 176144.图像分 辨率越高，则图像数据量越大。图4 表示分包传输时一幅完整图片采集流程。 2 软件设计 软件设计 2.1 模块软件设计 模块软件设计 软件采用标准的c 语言构造，由keil c51 编译器编译。 系统软件设计包括两部分：一 是单片机对各个功能模块的控制程序；二是 gprs 数据收发控制程序。 2.1.1 单片机与单片机与 gprs 无线模块无线模块 这个程序主要是完成 gprs 模块与单片机之间的数据传输，单片机是 51 系列的，设定 的单片机串行口工作方式为模式 1，8 位 uart， 数据传输率为可变；定时器 1 的工作方 式为模式 2，数据传输率设置为 9 600 b/s，晶振为 11.059 2 mhz.。我们传输的主要是 “km”“gm”“kd”“gd”“kc”“gc”等指令，而这些指令对应执行各个命令的 at 指令， 然后通过单片机对各个功能模块进行操作。 dns 服务的 ip 地址，gprs 服务提供商的密码， 接入gprs 服务的 apn.当然还需要建立一个 tcp 通讯，此服务的客户内容包括 ip、 地址以 及远方主机的tcp 端口号等所传输的信息都编有相应的函数。 5 该程序的主程序是对手机发送过来的指令进行接收和控制，在完成接收指令之后分别 调用相应的控制子程序，这里共包括 3 个子程序：gprs模块初始化程序、数据接收子程序 以及延时子程序。 2.1.2 单片机摄像头的控制过程。 单片机摄像头的控制过程。 主机获取摄像头图像时操作：（1） 打开串口；（2）开始采集图像，设置图像分辨率； （3） 获取图像数据；（4） 结束采集图像；（5） 关闭串口。 步骤（3） 获取图像可以循 环执行。如果重新设置图像分辨率应重新执行步骤（2）。 因此，整个控制过程是：定义和初始化各个元器件的控制指令和端口，当手机发送相 应的指令到 gprs 模块，然后单片机执行相应的命令通过 i/o 接口来检查和控制各个功能模 块和串口摄像头的工作。 2.2 程序流程程序流程 系统上电后首先初始化单片机， 设置串行口的波特率和定时器；然后初始化 sim300、 各个功能传感器；接着执行摄像头模块上电，然后初始化摄像头模块。 6 图 5 系统程序流程图 3 部分程序部分程序 #include “duanxin.h“ #include “stc12c5a.h“ #include “systerm.h“ #include “gprs.h“ #include “timer.h“ void main() 7 timer0init(); uart1init(0,1,253);/初始化串口，设置波特率 115200 uart2init(0,1,232);/初始化串口，设置波特率 14400 gprs_rst = 0;/sim300 复位键拉低 delaysec(3);/延时3 秒 gprs_rst = 1;/sim300 复位键拉高 gsmatflag = 0; while(gsmatflag = 0) uart2sends(“at+ipr=14400r“);/设置 sim300 波特率 / # delaysec(1);/延时1 秒 gsmatflag = 0; uart2sends(“ate0r“);/设置 sim300 不回显 shanchu(); /删除第一条短信 led5_off; p1_0 = 0; led6_off;p1_1 = 0; led7_off;p1_4 = 0; led8_off;p1_5 = 0; kongzhi(); #include “duanxin.h“ #include “stc12c5a.h“ #include “systerm.h“ #include “gprs.h“ #include “timer.h“ #include “paizhao.h“ #include “wendu.h“ uint volatile i = 0; char uart1init(char smod,char brtx12,unsigned char reload) scon = 0x50;/8 位可变波特率，无奇偶位(sm0=0,sm1=1),使能串口接收模块 (ren=1) brt = reload;/设置独立波特率发生器波特率 if(smod = 1) pcon |= smod; /smod = 1;/波特率倍速位 else if(smod = 0) pcon /smod = 0;/取消波特率倍速位 else 8 return -1; if(brtx12 = 1) auxr |= brtx12;/brtx12 = 1;1t模式 else if(brtx12 = 0) auxr /brtx12 = 0;12t模式 else return -2; auxr |= s1brs;/串口1 设置为使用独立波特率发生器 auxr |= brtr;/开启波特率发生器 es = 1; /开串口中断 ea = 1; /开总中断 return 0; / */ / / 函数名:void uart1send(char i) / 作用: 用于 gps连接的串口1 向gps发送1 字节数据 / 参数:i要发送的数据 / 返回: void / /*/ void uart1send(char i) ti = 0; /清空发送完中断请求标志位 sbuf = i; /将数据放入寄存器发送 while(ti = 0);/等待发送完毕，发送完毕 ti = 1 ti = 0; /清空发送完中断请求标志位 /*/ / 函数名:void uart1sends(char* at) 9 / 作用: 发送字符串到串口 1 / 参数: char* at 字符串头地址 / 返回: /*/ void uart1sends(char* at) unsigned char cnt=0; while(*(at+cnt)/判断一串数据是否结束 sbuf=*(at+cnt); /发送数据 while(ti=0);/查询发送是否结束 ti=0;/清除发送一标志位 cnt+;/准备发送一个数据 void duanxin() uart2sends(“at+cmgf=1r“);delaysec(1); uart2sends(“at+cmgs=r“); delaysec(1); uart2sends(“ok“);/jingbao 为发送的内容 uart2send(0x1a);/以0x1a来结束，表示内容结束，发送短信 uart2sends(“at+cmgd=2r“);/删除该短信 void duanxin1() uart2sends(“at+cmgf=1r“);delaysec(1); uart2sends(“at+cmgs=r“); delaysec(1); uart2sends(sms_text);/jingbao 为发送的内容 uart2send(0x1a);/以0x1a来结束，表示内容结束，发送短信 uart2sends(“at+cmgd=2r“);/删除该短信 void duanxin2() uart2sends(“at+cmgf=1r“);delaysec(1); uart2sends(“at+cmgs=r“); delaysec(1); uart2sends(“!“);/jingbao 为发送的内容 uart2send(0x1a);/以0x1a来结束，表示内容结束，发送短信 uart2sends(“at+cmgd=2r“);/删除该短信 void shanchu() while(1)/这一步删除第一条短信，保证以后收到的短信保存在 1 的位置 10 uart2sends(“at+cmgd=1r“); delaysec(1);/延时1 秒 while(gsmatflag = 0); if(gsmrcvat0 = o void kongzhi() while(1) if(gsmatflag = 1) gsmatflag = 0; if(gsmrcvat0 = + uart2sends(“at+cmgf=1r“); delaysec(2);/延时 1 秒 uart2sends(“at+cmgr=1r“); /读完短信后 gsm向串口2 回复信息+cmgr 并且 gsmatflag = 1 else if(gsmrcvat0 = + for(i=0;i=1000;i+); gsmatflag = 0;/将 at指令收到标志位置 0 while(gsmatflag = 0);/等待读出短信内容 /* *灯灯* if(gsm