基于GMS的智能保险箱设计毕业论文.doc

学 号12043109哈尔滨学院学士学位论文基于gsm的智能保险箱设计院（系）名 称：工学院电气信息工程系专 业 名 称：电子信息工程专业学 生 姓 名：解永健指 导 教 师：仲伟峰教授哈尔滨学院2016年6月学 号 12043109密 级 公 开 基于gsm的智能保险箱设计design of intelligent safe deposit box based on gsm学生姓名：解永健所在学院：工学院所在专业：电子信息工程指导教师：仲伟峰职 称：教授所在单位：哈尔滨学院工学院论文提交日期：2015 年5月18日论文答辩日期：2015 年6月5日学位授予单位：哈尔滨学院基于gsm的智能保险箱设计目 录摘 要iiiabstractiv第1章 绪论11.1 保险箱技术的应用和现状11.2 gsm移动通信系统1第2章 设计方案32.1 设计要求32.2 设计方案介绍3第3章 硬件介绍53.1 主控制芯片53.2 门磁开关53.3 振动传感器63.4 加速度传感器63.5 红外检测传感器73.6 gsm模块8第4章 电路部分94.1 复位电路94.2 振荡电路94.3 门磁开关电路104.4 振动检测电路114.5 加速度检测电路114.6 人体红外检测电路134.7 gsm短信发送电路154.8 本地报警模块164.9 总体电路图17第5章 软件设计195.1 程序设计思路195.2 系统主程序流程图195.3 加速度模块输入检测程序流程图195.4 gsm短信发送流程图19结 论22参考文献23附录 a24附录 b33致 谢34摘 要随着人们生活水平的不断提高，人们所持贵重物品增加，保险箱逐渐走入人们的生活之中。本文在对传统保险箱的功能结构的分析理解上，结合近些年的保险箱盗窃案例，分析盗窃手段，将传感器和短信系统与保险箱结合起来，提出基于gsm的智能保险箱的设计方案。本文针对破锁撬门、暴力破解外壳、整体搬运等多种保险箱盗窃手段，相应采用红外感应、振动、加速度等传感器，设计开发了一种以stc80c52为核心控制器，多种稳定传感器互相辅助，加之合理软件控制的智能防盗检测系统。该系统具有结构简单、检测全面、成本低廉、稳定度较好等优点，具有良好的应用价值。关键词：保险箱；单片机；红外感应；gsm短信系统abstractwith the continuous improvement of peoples living standards, people have to increase the value of the insurance box gradually into peoples lives. the design scheme based on gsm intelligent safe. it is the in the analysis and understanding of the functional structure of traditional insurance box, combined with recent safe burglary case, analysis means of theft, combine the sensor and sms system and safe.in this paper, to break the lock qiaomen, violence violence to crack the shell and overall handling and other all sorts of safe means of theft, corresponding to the infrared sensor, vibration, acceleration sensor, design and development of a stc80c52 as the core controller, a variety of stable sensors assist each other, coupled with a reasonable control software of intelligent anti-theft detection system. the system has the advantages of simple structure, comprehensive testing, low cost, good stability and so on. it has good application value.keywords:safe deposit box; single chip microcomputer; infrared sensor; gsm short message systemiii第1章 绪论第1章 绪论1.1 保险箱技术的应用和现状近年来我国经济发展迅速，人均收入水平逐渐升高，人们可支配财产增加，加上宝石、贵金属、古玩等贵重物品的投资和收藏热潮，现金和贵重物品的存放和防盗措施成为了人们生活中的不可忽视一部分，保险箱开始走进人们的日常生活之中。保险箱一般由箱体、门板、防盗锁具、传动机构等几大部分组成，市场上的保险箱一般通过采用不同的规格、材料、工艺、配件来符合市场不同消费习惯的人群使用，但是从根本的防盗手段上并没有太多的改进。传统保险箱的防盗功能主要依赖于箱体等设备的物理性质，在科技不断发展的今天，盗窃等犯罪手段也在不断发展，传统保险箱的被动式的防盗措施已经渐渐的无法满足实际的防盗需求。因此，需要新型智能的防盗保险箱来对抗潜在的安全威胁。市场上的保险箱目前可以实现密码输入错误、人员离开时未能关闭箱门等几种不同状态下的报警。报警方式主要有：本地报警、电话报警和无线网络报警。这其中对于电话报警和无线网报警两种方式，具有容易遭到破坏、通话内容不够清晰、正常通话占用手机时无法接收到报警信息等限制和弊端，不具有较高的可推广性。而由于手机用户的不断增加和gsm技术的不断成熟，方便而价格低廉的短信报警，成为了远程报警的主要方式1。本系统采用了短信和本地报警两种不同的报警方式，有效地保障了保险箱的安全。1.2 gsm移动通信系统gsm(globalsystemformobilecommunication)系统是目前的移动通信体制中，比较成熟完善，且获得广泛应用的一种系统。我国已建成的覆盖全国的gsm通信网，是我国公众移动通信的主要方式2。基于gsm的短信息服务，是依靠移动网络传输短信的无线通信方式，是信息在移动网络上存储和转发的过程。由于基础gsm网络在全球范围内实现了联网互相通信，上述系统不需再设立专用的通信网络，以短信作为媒体的实时数据传输功能可以迅速普及和应用。基于gsm的智能保险箱正是借助gsm网络平台实现信息的传递。本文中所介绍的基于gsm的保险箱弥补了传统保险箱被动性、孤立性等设计弱点，采用了gsm短信发送和红外感应等技术，能够感知保险箱的多种异常状态，并通过gsm系统发送短信使用户远距离感知异常状态的发生，极大的缩短了保险箱发生异常的感知和反应时间，配合本地声光报警装置，真正达到智能防盗的效果，进一步保障了人们的财产安全。1第2章 设计方案第2章 设计方案2.1 设计要求本文设计的基于gsm的智能保险箱需要能够对于外界的入侵进行进行检测，能够检测并判断撬门、破坏箱体、整体移动等几种入侵类型所引起的环境变化。当发生环境异常，判断为外来入侵时能够启动本地声光报警并发送提示报警短信，以达到智能防盗的效果2.2 设计方案介绍整体设计方案模块图如图2.1所示。电源模块门磁开关本地报警模块振动传感器控制芯片加速度传感器gsm短信模块人体红外检测图2.1 整体设计模块图整体设计由控制芯片、传感器、报警模块和电源模块几部分组成。由电源模块给控制芯片、各传感器和各报警模块供电；为了应对针撬门等对保险箱箱门的入侵行为，需要对保险箱箱门的状态进行检测，本设计采用门磁开关来判断保险箱箱门的状态，并向主控芯片进行反馈。为了应对暴力破解的入侵行为，需要对保险箱外壳的状态进行检测，本设计采用振动传感器，当保险箱外壳受到暴力破坏时的强外力时，振动传感器能够感受到这种环境变化，并将入侵信息传送给主控芯片。保险箱一般设置于室内的固定位置，一般不会发生位置移动。在这种前提下，为了应对保险箱整体搬运的入侵行为，采用了加速度传感器对保险箱的运动状态进行检测，能将保险箱的运动状态反应给主控芯片。此外，由于保险箱周围环境可能很复杂，有可能出现非人为因素引起的外力作用或箱体移动，容易触发报警条件而引起误报。为了增加系统了稳定性和准确性，采用了人体红外检测模块，对保险箱周围的人体发出的红外线进行检测，从而感知保险箱周围环境中的人员活动。各传感器检测保险箱的内外环境，并将数据传送给控制芯片；控制芯片接受各传感器发送的信息并判断是否有异常情况发生，根据发生异常情况信息来源的传感器和相关信号设定的报警额限，判断异常情况的类型，发起报警。gsm模块负责发送短信，将保险箱受到入侵的信息告知远程用户。本地报警模块由二极管和蜂鸣器组成，通过声光方式提醒可能的在场人员，达到本地报警效果。3第3章 硬件介绍第3章 硬件介绍3.1 主控制芯片主控制芯片采用stc80c52单片机。stc80c52芯片结合了chmos的低功耗特征和hmos的高密度和高速处理技术，它基于标准的mcs-51单片机体系结构和指令系统，属于stc80c51单片机的增强型版本，集成了时钟输出和自下而上或自上而下计数器等更多的功能。stc80c52内置8位中央处理单元、256字节ram内部数据存储器、8krom片内程序存储器、32个双向输入/输出(i/o)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信端口，还有片内时钟振荡电路3。除此之外，stc80c52还可拥有低功耗工作模式，可通过软件来选择空闲或掉电模式。工作在空闲模式下时，单片机会冻结cpu而维持中断系统、ram定时器和串行口的功能。处于掉电模式下时，单片机会保存ram数据，停止时钟振荡，并且停止芯片内其它所有功能。stc80c52有pdip(40pin)和plcc(44pin)两种封装形式。stc80c52单片机中有内置rom，无须外接外存储器和逻辑电路373，使得单片机系统变得更加简练。自己编写的程序只能由芯片厂烧入芯片，且为一次性烧写，即使是厂家也无法再次改变rom中的程序内容4。主要功能参数有：标准mcs-51内核和指令系统、片内8krom(可扩充64kb外部存储器)、32个双向i/o口、256x8bit内部ram(可扩充64kb外部存储器)、3个16位可编程定时/计数器、时钟频率3.5-12/24/33mhz、向上或向下定时计数器、改进型快速编程脉冲算法、6个中断源、5.0v工作电压、全双工串行通信口、自动地址识别等。3.2 门磁开关门磁开关安装在保险箱箱门上，用于检测保险箱箱门的打开和关闭状态，并能将箱门的打开或关闭状态信息传递给防盗系统的控制芯片，主要用于对抗针对保险箱箱门破坏的盗窃行为。门磁开关主要由两部分组成：其中一部分体积较小为永磁体，一般为一块永久磁铁，能够产生恒定的磁场；另一部分体积较大，称为门磁主体，它的内部构造一般是一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管之间的距离很近时，门磁开关处于导通状态；当永磁体和干簧管之间拉开一定距离后，门磁开关处于常开状态。安装时将永磁体安装在保险箱箱门上，将门磁主体安装在箱门内侧对应位置上的箱体上。当保险箱箱门严格关闭时，永磁体与门磁主体间的距离很小，门磁开关处于导通状态；当出现箱门未严格关闭时，永磁体和门磁主体间距离大于规定距离，门磁开关转为断开状态。通过利用门磁开关的导通和断开状态，可以监测保险箱箱门是否严格关闭。门磁开关具有体积小、稳定性高、不易误报等优点，可以进行嵌入式安装，增加隐蔽性，不易发现和针对，并且没有多余部件裸露外形更加美观。门磁开关一般适用于常闭式门体，功耗通常小于2mw，节约能源。门磁开关采用两线式设计，并且没有极性限制，安装简便，布线不易出现连接错误，节约成本。根据实际情况的需要和永磁体与门磁主体间的距离等，还可选用不同型号的门磁开关。3.3 振动传感器振动传感器是用于检测冲击力的传感器，通常使用的是加上应力就会产生电荷的特殊压电器件，也有采用别种材料和方法来进行检测的传感器。振动传感器用于检测保险箱外壳的应力变化，对抗针对保险箱外壳的暴力破解盗窃行为。振动传感器具有多种类型，按照其机电变换的原理可分为电动式、压电式、电感式、电容式、电阻式和光电式几种。本设计中振动传感器采用sw-420型振动传感器，sw-420型振动传感器为单滚轴型全方位感应触发开关，可全方位感应不同方向的振动。当无振动时，振动传感器为闭合状态，处于稳定状态，当有振动发生时时，电阻升高到很高，阻止电流通过，从而触发电路。sw-42型振动传感器一般平稳状态下处于导通状态，振动时会短暂断开，所以具有很高的灵敏度，可以按照实际灵敏度作电路调整，其适用小电流电路的倾斜、振动感应触发。sw-420振动传感器的工作电压为1.25v30v，工作频率范0.5hz20hz，其信号输出为标准数字，信号输出的时间宽度与振动幅度成正比。3.4 加速度传感器加速度传感器是用来测量加速力的一种电子元件。加速力就是当物体在加速运动过程中施加或作用在物体上的力，加速力可以在一定程度上反映物体的运动状态。加速度传感器按照工作原理可以分为电阻式、压电式式和电感式。压电式传感器具有特殊的敏感芯体，当加速度发生改变后敏感芯体会产生与其加速度正比的电荷，从而实现测量加速度的目的。压阻式传感器的敏感芯体是由半导体材料制成的电阻，通过测量电桥来实现测量加速度。电容式传感器中有可以自由活动的质量块和固定电极作为两级组成的电容，器件受到加速力作用时，质量块与固定电极之间的距离会发生改变，从而使电容值发生变化，通过电容值的改变测量加速度5。加速度传感器主要用于检测保险箱的运动状态，将保险箱各个方向的加速度进行检测。正常情况下保险箱保持静止状态，z轴加速度为g，x轴和y轴的加速度都为0,当保险箱箱体被挪动时，能够检测出三轴的加速度值发生改变，从而检测保险箱是否被移动，主要对抗保险箱的整体移动盗窃行为。本设计采用的加速度传感器为mma7260三轴加速传感器。mma7260三轴加速传感器有四个灵敏档可以选择，分别是1.5g/2g/4g/6g，运行电压为2.2v3.6v，功耗为500a，休眠模式为3a。具有功耗小、防震稳定、灵敏度高、成本低廉等优点。3.5 红外检测传感器人体的体温通常保持37的恒定不变，在这种温度下人体所发出的红外线波长约10m左右。热释电红外传感器一般由一种广谱材料构成，能够检测波长范围为0.220m左右的红外线。为了检测人体发出的红外线，要提高传感器对人体发出的特定波长红外线的敏感度，因此需要在该传感器的探头上加装干涉滤波片。此滤波片只能通过人体发出的特定的波长范围的红外光，而灯光、日光、热源等发出的红外线则会被屏蔽掉。另外，在热释电感应器的探头前面还需要安装菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种经过特殊设计的由特质材料制成的光学透镜，它可以将人体发出的分散的红外线聚焦到热释电红外传感器的探头上，能够提高热释电传感器的灵敏度，并且还能够扩大监视范围。热释电红外传感器用于检测人体发出的红外线，以判断保险箱周围是否有人员存在，在本设计中不作为直接的报警信号，而是作为其他传感器的辅佐参考，防止由于非人为因素导致的误报，增加智能保险箱的稳定性和用户体验。本设计采用spi209s热释电传感器，其探头的检测窗口呈长方形，人体发射的10m左右波长的红外线经过光透镜增强并聚集到探头上。红外的内部通常由两个热释电元件通过串联或者并联组成，并且将两个元件的电极反向连接，环境背景中的红外线辐射对两个热释电元件的作用基本相同，所以其各自产生的热释电效应的输出会相互抵消，输出信号接近于零。当有人体进入探头的探测区域内时，人体发出的红外线通过镜面的聚焦作用聚集到检测探头上，并被热释电元件感受到，由于两个热释电元件接收红外线的角度有所不同，热释电元件接收到的红外线的热量也会不同，通过热释效应所产生的电能量也不相同，这时电量不能相互抵消，会产生相应的差额，所输出的差额经处理电路处理后输出控制信号，后续电路再经过检测处理后就能产生报警信号。若人体进入检测区后静止不动，则热释电传感器检测到得温度不会发生发生变化，传感器也就没有信号输出。因此这种传感器比较适合于检测人体或者恒温动物的活动情况，适合同于判断保险箱周围环境中有无人员活动。热释电传感器具有反应速度快、灵敏度高、准确度高、测量范围广、使用方便等优点。3.6 gsm模块gsm模块中通常包括gsm射频芯片、存储器、基带处理芯片、功放等器件，是一种具有独立的操作系统并具有gsm射频处理、基带处理、标准接口等功能的功能模块。gsm模块是基于gsm的智能保险箱设计的核心器件之一，gsm模块具有发送短信等基于gsm网络的通信功能。保险箱的报警功能主要也依赖于gsm模块实现，传感器将感受到的信号传送给核心控制芯片，当控制芯片判断保险箱环境存在异常时，再由控制芯片根据异常种类向gsm模块发出指令，发送报警信息。本设计所使用的的gsm模块采用德国西门子公司生产的的tc35i型gsm模块，这是一种能够发送中文短信息的工业级gsm模块。电源范围为3.34.8v，工作在双频gsm900mhz和dcs1800mhz双频段，发射功率在gsm900mhz（4类）和dcs1800mhz（1类）分别为2w和1w，能通过接口器和天线连接器分别连接sim卡卡槽和天线。sim卡操作电压为3v/1.8v。tc35i的数据接口通过at指令双向传递指令和数据。支持text和pud两种格式的短消息。通过连接单片机的两个i/o口，采用8位异步通信。具有功耗小、集成度高、稳定性好等优点。7第4章 电路部分第4章 电路部分4.1 复位电路复位电路电路图如图4.1所示。图4.1 单片机复位电路电路图在单片机系统中复位电路是必不可少的部分之一，当程序的执行出现错误时，可以通过复位电路让程序从头开始执行。单片机复位的条件是第9号引脚rst上接入并维持两个机器周期以上的高电平。单片机的复位过程可以分为上电复位和按键复位两个部分。在上电复位中，通电一瞬间，电源通过电容给rst引脚一个短暂的高电平状态，单片机复位，随着电源对电容充电，rst引脚电压快速下降，电压降到低电平以下后，单片机开始正常工作，最终rst引脚电压为0v；当按键复位时，按键闭合，电源电压直接加在rst引脚上，rst引脚获得高电平，单片机复位，按键松开后，电压恢复0v，单片机开始正常工作。上电复位主要是为了确保单片机在上电开始工作时处于初始工作状态，按键复位是当单片机工作出现混乱或意外情况时将单片机进行重新启动，回复正常工作状态。在复位电路中中，电容大小为10f，电阻大小为10k。可算出电容充电需要的时间为10f*10f=0.1s。所以在上电0.1s内，单片机系统自动复位（rst引脚接收到的高电平信号时间为0.1s左右）。4.2 振荡电路振荡电路电路图如图4.2所示。当单片机在工作时，是逐条从rom存储器中读取指令并逐条运行指令的，单片机每一次访问存储器的间隔时间被称为一个机器周期。机器周期作为一个时间基准，不仅在单片机指令运行的过程中十分重要，而且在还影响着定时器和计数器的运行。振荡电路是单片机系统运行的核心，没有振荡电路提供基准的时钟周期，单片机便无法正常工作。图4.2 单片机振荡电路电路图因此需要使用一个振荡电路为单片机提供时钟周期来辅助单片机工作。xtal1和xtal2引脚分别为单片机反向放大器的输入和输出引脚。可以配置该反相放大器为片内振荡器。设计中采用的是频率为12mhz的晶体振荡器，能够产生频率为12mhz的时钟信号，而一个机器周期包含12个时钟周期，则机器周期频率为1m，每个机器周期为0.000001秒。振荡电路中的电容能作用是排除外部干扰，能振提高荡电路的稳定性和精准度，电容取值一般在20pf-40pf之间。4.3 门磁开关电路门磁开关电路电路图如图4.3所示。图4.3 门磁电路电路图门磁开关电路用于检测保险箱箱门是否严格关闭，由门磁开关主体和电阻组成，当保险箱箱门严格关闭时，门磁主体与永磁体之间间隙很小，门磁主体内的干簧管触点受磁力影响闭合，干簧管导通，电源电流通过电阻和导通的门磁主体直接流向地端，电路输出为低电平；当保险箱箱门未能严格关闭时，门磁主体与永磁体之间间隙增大，当间隙距离超过规定范围时，干簧管触点受磁力减小，干簧管断开，电源电流通过电阻向外输出高电平。单片机通过门磁开关电路向其输出电平高低判断箱门关闭状况。电阻在电路中起到分压保护作用。同时需要在保险箱锁孔或电子密码盘设置接触式常开式开关，当输入正确密码或用正确钥匙开锁时开关闭合。将常闭式开关与门磁开关并联，当以正确方式打开保险箱箱们时，常开开关闭合将门磁开关短路，防止误判报警；当未以正常方式开启的情况下，保险箱箱门打开，才进行报警。增加报警的准确性和可行性，达到设计要求。4.4 振动检测电路振动检测电路电路图如图4.4所示。图4.4 振动检测电路电路图振动检测电路由sw-420震动传感器与电阻组成，sw-420振动传感器为常闭式传感器。处于静态时，传感器处于导通状态，电源电流通过电阻和振动传感器流向地端，输出信号为低电平，且电压稳定不变；当出现振动时，传感器瞬间断开，断开时间与振动信号幅度成正比，输出信号为高电平，多次振动电路输出信号波形为矩形波，可以由输出高电平信号时间判断振动幅度，并控制报警边界，当振动平复后，振动传感器恢复闭合状态，输出信号回归低电平。电阻在电路中起到分压保护作用。由于振动传感器为直接接触式传感器，在实际布置中需要和保险箱箱体用螺丝或黏结胶进行刚性连接，以减小信号传至传感器过程中的信号衰减。4.5 加速度检测电路加速度检测电路电路图如图4.5所示。图4.5 加速度检测电路电路图加速度传感器采用的是mma7260三轴加速度传感器，其1到3号引脚分别是z、y、x方向加速度亮的模拟输出。4和5引脚为量程选择控制端g1g2，当g2、g1输入为00、01、10、11时，输出灵敏度分别为为800mv/g、600mv/g、300mv/g、200mv/g。表4.1 mma7260三轴加速计量程选择和对应输出g2选择g2选择g的量程选择范围g的重量灵敏度001.5g800mv/g012g600mv/g104g300mv/g116g200mv/g6号引脚为电源供电引脚，采用5v供电，9号引脚为接地引脚。7号引脚为nc引脚，接空。10号引脚为睡眠模式控制引脚。由于输出的模拟信号电压量比较小，所以本设计采用敏感度比较高的量程，即1.5g量程，输出为800mv/g，因此给g1、g2引脚都输入低电平。由于mma7260加速度传感器输出的电压值为模拟信号，而单片机只能直接识别数字信号，单片机无法直接识别加速度传感器的输出的信号。因此加速度传感器输出信号需要经过a/d转换电路，将输出的模拟信号转换为数字信号输入单片机。adc0809为逐次逼近式8位a/d转换器，是单片机设计中常见的a/d转换芯片。芯片由译码器、比较器、多路开关、逐次逼近寄存器等电路组成，在芯片内部有一个切换8路个通道的多路开关，可以支持至多8个输入并由地址码切换输出。表4.2 adc0809地址码对应输出通道地址码对应输出通道cba0001n0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7为了a/d完成转换通道的切换，通过利用单片机p2.3、p2.4两个端口循环输出00、01、10信号，实现x、y、z三个通道的交替选择。ale引脚控制地址锁存器，当ale引脚高电平时允许地址信号进入，低电平时地址信号无法进入。start引脚控制开始转换，引脚获得高电平上升沿时时a/d转换器开始转换。将ale和start引脚连接在一起，同时连接单片机p2.1引脚，当p2.1输出高电平时，a/d转换器读取地址信息选择转换通道并开始转换。eoc引脚为转换状态引脚，当a/d转换器在进行转换时，eoc引脚输出低电平；当转换结束后，输出为高电平。可将eoc引脚输出信号作为地址信号改变的触发条件。oe引脚控制允许数据输出，当oe引脚输入低电平时，不允许输出端口进行输出；当oe引脚输入高电平时，允许输出端口进行输出。adc0809逐次逼近式8位a/d转换器的输出是将输入电压按照参考电压划分为0255，然后作为8位数字信号进行输出。参考电压取最大5v，5/2550.0196，即分辨率为0.0196v。0.0196v*32=0.6272v,按照加速度传感器量程，当输出为0.6272v时，加速度约为0.784g，已经达到应该报警的异常值。adc0809的输出为从d7到d0逐次降位，d7为最高位d0为最低位。因可以设定此当单片机连接a/d转换器的高三位即p0.5、p0.6、p0.7三个引脚收到高电平信号时，能够说明保险箱箱体的加速度处于异常，判断保险箱被移动，触发报警。4.6 人体红外检测电路人体红外检测电路电路图如图4.6所示。图4.6 人体红外检测电路电路图热释电传感器有三个引脚，d引脚为电源供电引脚，g引脚为接地引脚，s引脚为信号输出端。在红外检测电路中图中，当人体进入热释电传感器探头的检测范围内后，探头检测到温度变化使热释电传感器发出信号，但由本身热量微弱，热释电效应所产生的电压很小，热释电传感器输出信号很也小，因此需要对其输出信号的进行放大。红外热释电处理芯片biss0001是一款性能比较高的传感信号处理芯片，常用于和传感器构成传感器开关。先将热释电红外传感器的输出信号v作第一级信号传入运算放大器op1放大，14和15引脚为一级放大器的输入，并通过16引脚输出放大后的结果；经过一次放大后再将结果送入放大器op2再次放大，12和13引脚为二级放大器的输入。二次放大后的热释电信号再经由电压比较器cop1和cop2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号vs，vs启动延迟时间定时器，输出信号v0通过2号引脚传送给单片机。9引脚为触发禁止端，低电平时禁止触发，从而封锁触发信号，使触发信号无效；9引脚接高电平时，触发信号能够正常启动定时器，输出信号0。1引脚可以改变biss0001芯片的工作模式，将1引脚接高电平，则处于可重复触发的工作模式；将1引脚接低电平，则芯片处于不可重复触发的工作模式，一次触发后输出端锁定，不再改变。3和4引脚为输出延迟控制端，可以通过增大连接的电阻和电容的值增加输出延迟时间。输出延迟时间tx67025r*c，约为3.15秒。5和6引脚为触发封锁时间调节引脚，在封锁时间内，任何输入信号的改变都无法生成输出信号，可以有效地抑制干扰，同样可以通过增大引脚连接的电阻和电容的值增大封锁时间。biss0001芯片输入与输出关系图如图4.7所示。图4.7 biss0001输入与输出关系图4.7 gsm短信发送电路gsm模块连接电路电路图如图4.8所示。图4.8 gsm模块连接电路电路图gsm模块电路是智能保险箱报警功能的核心部分，控制芯片接收到的外部信息经过判断后，报警信息主要是通过gsm模块通过短信传送给外界，以达到实时报警的功能。tc35i主要由6部分组成，分别为为：供电模块、闪存器、zif管脚连接器和天线接口。tc35i芯片一共有40个引脚，可以通过插座连接器导出，可将40个引脚分为5类：电源供电接口，数据输入/输出接口、sim卡连接接口、音频接口和控制接口。tc35i的1到5号引脚是电源输入引脚，通常使用电压值为4.2v，6到10号引脚接地引脚。11和12号引脚为充电引脚，可以外接电池为芯片供电。15号引脚igt是tc35i的启动引脚，在系统加电后如果要使tc35i进入工作状态,必须要将一个大于100ms的低电平脉冲信号加在igt引脚。因此将igt引脚通过按键开关接地，启动时按下按键，igt引脚接入低电平，按键松开后，igt引脚恢复高电平，完成tc35i的点火启动。在实际安装中可以与单片机的复位按钮和置，简化操作，提升效率。16到23号引脚为数据输入/输出口，tc35i模块的数据输入/输出接口的功能等同于一个异步串行收发器，符合rs232接口标准，并且支持标准的at命令集。其中18引号脚rxd、19号引脚txd为ttl的串口通讯脚，可以用来负责和单片机进行通信。tc35i需要外接sim卡,第24到29号引脚用于连接sim卡，sim卡与tc35i的连接方法为:sim卡上的ccio、ccrst、ccclk、ccvcc和ccgnd五个引脚通过sim卡读卡器与tc35i上的同名管脚直接相连。ccin引脚用于检测sim卡与tc35i连接是否正常，如果sim卡未能正常连接，则ccin引脚输出为低电平；如果sim卡连接正常，则ccin引脚输出为高电平。sim卡上共有6个引脚。ccvcc和ccgnd引脚分别是sim的供电和接地引脚，ccio引脚为数据的输入/输出引脚，ccret引脚为复位引脚，ccclk心焦为时钟信号引脚。tc35i的32号引脚sync引脚具有两种工作方式，一种是在信息发送时，显示信息发射时的功率增长情况；另一种功能是显示tc35i芯片的工作状态，本设计使用的是该引脚的后一种功能。由于sync引脚的输出情况不容易被直接观测，因此将sync引脚串电阻连接led发光二极管后接地，通过观测led发光二极管的亮灭来显示sync引脚的输出情况，从而得知tc35i芯片的工作状态。当tc35i处于关闭或睡眠状态时,sync引脚输出低电平，led灯熄灭表明；当sim卡没有插入或tc35i正在进行网络登录时，led会以0.6秒为周期进行闪烁；当tc35i已登录进网络，处于待机状态时，led会以0.75秒亮和3秒熄灭的形式进行闪烁。4.8 本地报警模块本地报警模块电路电路图如图4.9所示。基于gsm的智能保险箱除了能够通过gsm模块发送短信进行报警之外，还需要进行本地报警。本地报警通过声音和发光进行报警，不仅能够震慑实施入侵的人员，最重要的是能够提示可能的在场人员，防止熟人或内部人员进行作案，增加保险箱的保护力度，同时也使保险箱被整体移动的入侵行为更加难以实施，进行双保险。本地报警电路由单片机直接控制通过引脚输出高电平时电流流过发光二极管，达到光报警的功能。但由于单片机输出电流较小，不足以驱动蜂鸣器工作。因此将单片机引脚连接到三极管的基极，将三极管发射极接电源，集电极接地，使单片机输出信号得到放大，驱动蜂鸣器工作，达到声音报警的功能。图4.9 本地报警电路电路图本地报警因该设置可以通过人工手动解除，可以通过按下设置于保险箱内部的单片机复位按键，使单片机恢复运行初始状态，从而解除报警。可以在人工误触，引发报警的情况下通过正确操作保险箱解除报警，提升保险箱报警的准确度和用户的实际体验。4.9 总体电路图在各部分电路设计完成后，将各部分的输出或输入端口与主控芯片相连，完成整体电路设计。单片机p0.0p0.7端口作为数据接收端口连接加速度检测模块，接收经过a/d转换后的8为数字信号；p1.0端口作为本地报警的输出端，触发本地报警电路，完成本地声光报警；p1.1、p1.2、p1.3三个端口分别作为振动检测模块、门磁开关和红外检测模块的输入端，分别接收各模块传送的报警信息。p2.3和p2.4端口作为a/d转换器地址选择信号输出端，负责循环输出信号，控制a/d转换器的转换通道轮换；p2.0作为a/d转换器的输出控制端口；p2.1作为a/d转换器开始转换控制端口；p2.2作为a/d转换器转换状态检测端口；单片机供电引脚vcc接5v电源，gnd端口接地，完成单片机供电。总体电路图如图4.10所示。图4.10 总体连接电路图总体电路图另见附录b。17第5章 软件设计第5章 软件设计5.1 程序设计思路当硬件设计成型之后，为了实现设计的功能，还需要相应的软件配合硬件。软件可以分为两个部分：一个是监控部分（主程序），这部分检测外部的传感器信号输入，同时控制着执行机构的开关；另一部分是执行部分，用来完成实际的功能如显示、通讯等。这里的执行部分是短信报警子程序，当主程序收到报警所要求的信号后，调用报警子程序完成短信报警功能。本设计采用了门磁开关、振动传感器和加速度传感器三种传感器用以感受外界环境，来针对不同的保险箱入侵事件，又采用了人体红外检测电路来提高报警精度，减少误判。因此需要检测是否有人体活动的红外检测电路的判断置于其他传感器判断之前。当红外检电路判断保险箱周围没有人员活动时，而其他传感器检测出环境异常，则视为误判或不构成安全威胁，不予触发报警。另外由于保险箱箱门在保险箱整体防护中处于较为重要的地位，且保险箱箱门一旦打开，保险箱的防盗保护功能将立刻失效。因此人体红外检测的判断要至于箱门判断之后，即使未能检测到人员活动，当保险箱箱们判断出现异常时仍然触发报警。振动传感器和门磁开关电路输出都为高低电平信号，因此只要检测单片机与相关电路的链接引脚的高低电平信号，就可以感知外部相关信息。加速度检测电路的输出为8位并行信号，需要对这部分电路的输入按位相加还原出原始的模拟信号值，再与报警额限进行比对，确定是否启动报警。本地报警电路元件构成简单，启动报警只需要将这部分电路的连接引脚输出高电平，即可完成本地报警。5.2 系统主程序流程图系统主流程图如图5.1所示。5.3 加速度模块输入检测程序流程图加速度模块输入检测流程图如图5.2所示。5.4 gsm短信发送流程图短信发送流程图如图5.3所示。开始n判断门磁电路输入是否正常判断红外电路输入是否正常判断振动电路输入是否正常判断加速度电路输入是否正常启动本地报警电路并发送短信初始化yynnyny图5.1 程序主流程图开始n判断a/d转换器是否转换完毕y输出转换结果改变地址值开始转换图5.2 加速度模块输入检测程序流程图开始设定发送目的号码设定短信格式设定短信内容进行联机发送短信结束图5.3 gsm短信发送框图33结论结 论本文针对人们所重视的财产安全问题和贵重物品的安保问题，设计了一套简便、高效、实用的基于gsm的智能保险箱。本文首先介绍了保险箱的构造和并分析了其防盗方面的弱点，通过观察现在市场上的保险箱，并分析常见的保险箱入侵案例。说明了传统保险箱设计不足和现在的报警方式所存在的问题，之后提出了本系统的设计方案。本系统采用模块化设计，采用了stc80c52单片机为主控制芯片，通过当下发展最为完善的gsm通信技术，向用户发送报警信息。具有安全、高效、简便、廉价等优点。使用了人体红外检测模块，加速度传感器模块，门磁开关和振动传感器，并应用了发光二极管和蜂鸣器的报警。最终完成了硬质电路板的设计与相应软件的编写。由于本系统是基于简单、高效、实用的原则和前提进行设计的，所采用的芯片和模块效率和性价比都比较高，有较高的实用价值和推广空间。但由于时间有限，本设计还不够完善，还有一些问题需要改善。例如原本设计中系统需要针对不同的报警类型发送不同的报警短信，红外检测的范围和各传感器电路的报警参数不够合理和完善。由于数据信息的不足和实际调试的缺失，没能较好的完成一些功能。基于gsm的智能保险箱设计参考文献1 周海波.基于at89s51的新型家庭语音报警系统设计j.世界电子元件,2011,1期.2 闫俊,谭玉波.基于短消息通信的车辆监控系统终端j.电子产品世界,2003,12期.3 白亚梅,张昌玉,白永刚.基于单片机的自动门的设计j.电子制作,2015,22期.4 郭天祥.51单片机c语言教程m.北京:电子工业出版社,2010.5 朱国忠,雷声,潘敏,陈玮.基于加速度传感器的保险箱报警系统设计j.电子技术应用,2011,1期.6 孟祥忠,宋保业,许琳.热释电红外传感器及其典型应用j.仪器仪表用户,2007,4期.7 欧阳宇轩.家庭防盗报警器设计j.消费电子,2013,8期.8 雷国荣.单片机制作智能台灯j.电子世界,2012,18期.9 倪晓军,章韵.单片机原理与接口技术教程m.北京:清华大学出版社,2009.10 万俊霞.未来教室j.消费导向,2015,4期.11 王勐.led灯具红外自控系统设计j.城市建设理论研究,2014,22期.12 陈宁.家庭安防系统研究.天津大学:学位论文,2008.附录 a部