毕业设计（论文）-基于GSM的防盗报警系统设计.doc

目目 录录 插插 图图 清清 单单 i 插插 表表 清清 单单.ii 摘摘 要要.iii abstractiv 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 课题提出的背景.1 1.2 房屋防盗系统的发展.1 1.3 本文设计目的及主要的工作1 第二章第二章 gsm 网络和短消息业务（网络和短消息业务（sms）3 2.1 gsm 网络的含义及其组成 3 2.1.1 gsm 的组成.3 2.1.2 gsm 的特点.3 2.2.短消息业务（sms）4 第三章第三章 硬件设计硬件设计5 3.1 红外对管传感器5 3.2单片机控制报警电路.6 3.2.1 at89c52 最小系统6 3.2.2 自动报警电路7 3.2.3 单片机串口电路串口通信.8 3.3.gsm mode 设计.10 3.3.1 tc35 无线模块介绍.10 3.3.2 gsm at 指令.12 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计13 4.1 开发工具介绍.13 4.2 系统总设计13 4.3 stc89c52 与 gsm tc35 通信的设计 15 结结 论论16 参参 考考 文文 献献17 致致 谢谢18 i 插插 图图 清清 单单 图 3-1 系统总体设计 9 图 3-2 红外对管传感器原理图 10 图 3-3 at89c52 最小系统图 11 图 3-4 单片机控制报警电路 12 图 3-5 rs-232 接口引脚图 13 图 3-6 max232 电平转换电路 13 图 3-7 单片机和 gsm tc35 模块的串口通信接口原理图 13 图 3-8 tc35 电源电路14 图 3-9 tc35 模块原理图15 图 4-1 系统总流程图 18 图 4-2 stc89c52 与 gsm tc35 通信流程图 19 ii 插插 表表 清清 单单 表 3-1 tc35 的电流消耗指标11 表 3-2 与 sms 相关的 gsm at 指 令12 iii 基于基于 gsmgsm 的防盗报警系统设计的防盗报警系统设计 摘摘 要要 随着中国经济的不断发展，人们生活的不断提高，越来越多的奢侈品进入 寻常百万家。随之而来的就是房屋防盗成为了急待解决的问题。现在市场上的 报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制和无法及时有效地通知户 主等缺陷。 本系统通过红外对管传感器监测入侵者，由单片机与 gsm 串口通信，来 实现报警，能很好的解决以上问题。它采用主动式红外传感器进行检测，变有 形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器 和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。 本文设计主要实现的是由红外对管传感器进行检测外人入侵室内的信号， 并将它作为单片机外部中断信号控制单片机和 gsm 模块 tc35 通信，由 gsm 模块发送短信通知业主并打开监控器对屋内的犯罪活动实现监控录像。 关键词关键词：gsm 模块 tc35; 单片机 stc89c52; 红外报警 iv gsm-based anti-theft alarm system abstract with the continuous development of chinas economy, improvement of peoples life, more and more family have the valuables. the housing security has become the problem to be solved. now in the market of the alarm system exist misstatement rate is high, the alarm scope is limited by region and cannot effectively and timely inform householder etc. the system through infrared sensor monitoring for intruders, monitoring by mcu and gsm serial communication, to realize the alarm, can solve the above problem well. it uses active infrared sensors to detect changes in the traditional physical security network security windows for the invisible, to the fire escape with ease. and equipped with smoke sensors and gas leakage sensors, to achieve fire prevention, the role of gas leak. this design is mainly realize through infrared sensor monitoring for intruders, and give it as a single-chip microcomputer external interrupt signal,use the signal to control the single-chip microcomputer and gsm module tc35 communications, by gsm module send sms notify owner and open to the criminal activities monitors realize the surveillance. key words：gsm module tc35; mcu stc89c52; infrared alarm - 1 - 第一章第一章 绪论绪论 房屋防盗问题成为了现代快节奏生活人们的热门话题，设计合理的室内防盗装置无 疑存在着巨大的市场价值。本文在查阅大量的文献和资料的基础上，对比各种防盗装置， 发现现在市场上的报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制和无法及时有效 地通知户主等缺陷。针对上述问题，下文结合红外传感器和无线通信网络的优点，从而 很好的解决上述问题。 1.1 课题提出的背景 目前市场上的防盗报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制、无法及时 有效地通知户主和易拆除等缺陷。这些缺点往往是致命的，无法实现报警功能，更是对 资源的浪费。而往往盗窃发生后，警察的破案率极低，盗窃案大多都是现场抓获才能破 案的。所以一套有价值的防盗系统必须要解决以上问题。 gsm 网络具有覆盖面广、成本低费用便宜、无噪声污染、不受地区和线路限制等优 点，因此用 gsm 和单片机的串口通信来更快、更真实的实行对房屋安全的监控。通过 gsm 防盗系统对房屋提供保护可以是户主更好的、实时的了解到房屋的情况，对盗窃犯 罪行为实施打击。 本论文旨在设计一种基于 gsm 的防盗报警系统，用它来对犯罪分子的犯罪活动记录 下来以打击入室盗窃的犯罪行为。 1.2 房屋防盗系统的发展 （1）机械式防盗系统。此类防盗器大多数是防盗门、防盗窗加一把大锁。但是缺点 是锁芯他的锁芯若是圆形锁孔、十字形、一字形或者其他普通锁芯，则防盗不安全。因 为这些普通的锁芯用专用的开锁工具数秒内便可强力扭开，还是不安全。 （2）蜂鸣器防盗系统。此类防盗器大部分是连接触碰式传感器，当有人触摸到门窗 时鸣叫。但缺点是报警范围小，易拆除。报警效果非常差，通常只起到了吓唬人的作用。 而且行人无意碰到的可能性也比较大，误报率高。 （3）监控器式防盗系统。这类防盗比较流行于大超市，近期也被引用到私人房屋内。 但此类防盗缺点是浪费电力资源，毕竟家庭失窃概率是比较小的，因此装此类防盗系统 成本比较高，普通家庭使用不够经济实惠。 1.3 本文设计目的及主要的工作 为了很好的解决上述防盗系统的缺点，本文设计由红外对管传感器进行检测外人入 - 2 - 侵室内的信号，并将它作为单片机外部中断信号控制单片机和 gsm 模块 tc35 通信，由 gsm 模块发送短信通知业主并打开监控器对屋内的犯罪活动实现监控录像。 - 3 - 第二章第二章 gsm 网络和短消息业务（网络和短消息业务（sms） gsm 网络的短消息业务（sms）具有无需建立联接，可靠性高的优点。能满足系统 的报警要求，因此本系统选择短消息作为报警方式。 2.1 gsm 网络的含义及其组成 2.1.1 gsm 的组成 gsm 是 global system for mobile communications 的英文缩写，中文为全球移动通讯 系统, 是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统, gsm 使用的是时分多 址的变体。是目前三种数字无线电话技术（tdma、gsm 和 cdma）中使用最为广泛的 一种。gsm 将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信 道发送出去。gsm 通信系统主要由移动交换子系统（mss） 、基站子系统（bss）和移动 台（ms）三大部分组成.其中： （1）移动台 ms ms 是 gsm 系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和客户识别卡（sim 卡） 。移动终端就是“机” ，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解 调、信息发射和接收。sim 卡就是“人” ，它类似于我们现在所用的 ic 卡，因此也称作 智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息， 以防止非法客户进入网路。sim 卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入 sim 卡后移动终端才能接入进网。 (2)移动交换子系统 mss 完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。 (3)基站子系统 bss 系统是在一定的无线覆盖区中由 msc 控制，与 ms 进行通信的系统设备，完成信 道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。 2.1.2 gsm 的特点 gsm 数字蜂窝移动通信系统是完全根据 etsi 制定的 gsm 技术规范研制的，它作为 一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点： (1) gsm 系统由几个分系统组成的，可与各种公众通信网互通互联。它有标准化的接 口规范； (2) gsm 系统能提供国际的自动漫游功能，对于全部 gsm 移动用户可以进入 gsm 系统； (3) gsm 系统除了可以开放语音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与 - 4 - isdn 相关的业务； (4）gms 系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全； (5）gsm 系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的 话务承担能力一般都很强； (6）gsm 系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高； (7）随着大规模集成电路技术的进一步发展，用户终端设备向更小型、轻巧和增强功 能方向发展。 随着移动通信技术的发展，根据目前 gsm 网络技术成熟，覆盖范围广的特点，合理 有效地利用 gsm 网络资源，可以避免组建专用数据传输网络的成本费用高，通信距离短， 通信效果差等诸多难题。 2.2.短消息业务（sms） sms（short messaging service）是最早的短消息业务，也是现在普及率最高的一种 短消息业务。目前，这种短消息的长度被限定在 140 字节之内，这些字节可以是文本的。 sms 以简单方便的使用功能受到大众的欢迎，却始终是属于第一代的无线数据服务，在 内容和应用方面存在技术标准的限制。短消息服务器使移动电话（包括 pocket pc phone）能够使用 gsm 网络发送短消息。 gsm 标准中定义的点-点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传 递。这些服务中心是通过称为 sms- gmsc 的特定 msc 同 gsm 网络联系的。 短消息业务(sms)它自身的优点有： (1)收费低廉、随时随地。 (2)能够承载多种数据。短消息有三种模式，块模式、pdu 模式和文本模式。尤其是 通过 pdu 编码的短信息内容可以是文字、声音或图象，可以实现手机图片或者铃声下载。 随着 sms 升级版本 ems 和 mms 的出现，短消息将能够支持更丰富多彩的数据。 (3)可以实现推（push）和拉（pull）两种不同的工作模式。用户定制信息就是一 种 push 的工作方式，每天定时由服务商将用户定制的信息直接推送给用户。而点播则是 一种 pull 的工作方式，接收方服务提供商立即响应用户的请求。 (4)能够保障传输中的安全。 - 5 - 第三章第三章 硬件设计硬件设计 本报警系统硬件设计包括红外对管检测传感器的设计、单片机控制报警电路、gsm mode 的设计的设计三部分组成,如图 3.1 所示。 gsm 报警系统 红外对管传感器单片机控制报警电路gsm mode 设计 图 3-1 系统的总体设计 3.1 红外对管传感器 （1）红外发光二极管的特性 红外发光二极管（ired）发出的光波是不可见的，它发出的峰值波长为 940nm 左右， 属红外波段，与一般半导体硅光敏器件的峰值波长 900nm 相近，甚为匹配。从波长角度 看，选用红外发光管来触发硅光敏器件是最理想的。 （2）光耦合器中的红外发光二极管 红外发光管除了作为分立器件和光敏器件配合使用外，现在更多地是把它和光敏器 件做在一起，成为光耦合器和光断续器。 本系统采用光敏电阻和红外发光管做在一起形成的红外对管作为报警触发电路。 当发光管和接收管中间没有障碍物时，接收管电阻相对 r5 的电阻 100k 来说可以忽 略不计，此时单片机 p1.5 管脚输入为低电平，电路处于初始化状态；当有入侵者经过发 光管和接收管中间时，接收管电阻变大，电阻大于 r5 的 100k，此时单片机 p1.5 管脚输 入为高电平，电路处于触发状态。红外对管电路原理图如图 3.2 所示。 - 6 - r5 100k r4 200 发发发发 发发发发 vcc 5v p1.5 图 3-2 红外对管传感器原理图 3.2单片机控制报警电路 3.2.1 at89c52 最小系统 at89c52 是美国 atmel 公司生产的低电压，高性能 cmos 8 位单片机，片内含 8k bytes 的课反复擦写的只读程序存储器（perom）和 256 bytes 的随机存取数据存储器 （ram） ，期间采用 atmel 公司的高精密、非易失性存储技术生产，与标准 mcs-51 指 令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（cpu）和 flash 存储单元， 功能强大 at89c52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合，原理图如图 3.3 所示。 - 7 - c2 30pf c1 30pf p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst /vpd 9 p3.0(rxd) 10 p3.1(txd ) 11 p3.2() 12 p3.3 13 p3.4 14 p3.5 15 p3.6 16 p3.7 17 xtal 2 18 xtal 1 19 vss 20 vcc 40 65 65 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 /ea/vpp 31 ale /prog 30 p2.7 28 p2.6 27 p2.5 26 p2.4 25 p2.3 24 p2.2 23 p2.1 22 p2.0 21 /psen 29 r1 10k s1 vcc c3 10uf 11.0592 crystal 图 3-3 at89c52 最小系统图 3.2.2 自动报警电路 自动报警电路包括蜂鸣器电路，工作指示电路，监控器电路。由于条件限制本论文 用一 led 灯模拟监控器，灯的亮灭状态表示监控器的开关。 蜂鸣器电路采用的是 pnp 三极管的基极与单片机的 i/o 口相连接，集电极接上 5v 电 压后与直流蜂鸣器串联，发射极直接接地。当 p1.3 为高电平时，pnp 不导通，蜂鸣器两 端电压相等。当 p1.3 为低电平时 pnp 管导通，蜂鸣器导通，蜂鸣器鸣叫。 工作指示电路和监控器模拟电路采用的是电阻和发光二极管相串联并和单片机的 i/o 口相连接，发光二极管的正极接上 5v 电压。当 p1.0 和 p1.1 为高电平时，电路不导通， 发光二极管管两端电压相等。当 p1.0 和 p1.1 为低电平时，电路工作，led 点亮。自动报 警如图 3.4 所示。 - 8 - p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst /vpd 9 p3.0(rxd) 10 p3.1(tx d) 11 p3.2() 12 p3.3 13 p3.4 14 p3.5 15 p3.6 16 p3.7 17 xtal 2 18 xtal 1 19 vss 20 vcc 40 65 65 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 /ea/vpp 31 ale /prog 30 p2.7 28 p2.6 27 p2.5 26 p2.4 25 p2.3 24 p2.2 23 p2.1 22 p2.0 21 /psen 29 at89c52 r3 2k r1200 r2200 u1 buzz er le d1 le d2 9012 vcc in 图 3-4 单片机控制报警电路 3.2.3 单片机串口电路串口通信 在本设计中用到的 rs-232 通讯芯片为 max3232，该产品是由德州仪器公司（ti） 退出的一款兼容 rs232 标准的芯片。rs-232 接口引脚图如图 3.5 所示。 图 3-5 rs-232 接口引脚图 其中：1 号引脚:数据载波检测 dcd；2 号脚：接收数据 rxd;3 号脚：发送数据 txd；4 号脚：数据终端准备好；5 号脚：信号地 gnd；6 号脚：通讯设备准备好；7 号 脚：请求发送 rts;8 号脚：允许发送 cts;9 号脚：响铃提示器。在本设计中只用到第 - 9 - 2、3、5 三个引脚，有这三根线，串行口就可以读写数据。 由于计算机串口的 rs232 电平时+10v、-10v，而一般的单片机采用的是 ttl 电平， 即 0，+5v。如果两者要实现通信，则需采用电平转换电路，在本设计中，采用 max232 转换芯片来实现电平转换，如图 3.2.4 所示。 c4 100pf c3 100pf c2 100pf c1 100pf 1 6 2 7 3 8 4 9 5 j1 db9 c1+ 1 vdd 2 c2+ 4 c2- 5 vee 6 t2out 7 r2in 8 vcc 16 gnd 15 t1out 14 r1in 13 r1out 12 t1in 11 t2in 10 r2out 9 c1- 3 max232 vcc p3.1 p3.0 图 3-6 max232 电平转换电路 单片机和 gsm tc35 模块的串口通信接口原理图如图 3.6 所示。 图 3-7 单片机和 gsm tc35 模块的串口通信接口原理图 - 10 - 3.3.gsm mode 设计 3.3.1 tc35 无线模块介绍 本设计选用的 gsm 模块采用的是西门子工业级 gsm 模块 tc35，它可以快速安全地 实现系统方案中的短消息服务(short message service)。tc35 模块主要由 gsm 基带处理 器、gsm 射频模块、供电模块、闪存、zif 连接器、天线接口等六部分组成。它设计紧 凑，大大缩小了产品体积，与 gsm22+兼容，符合 etsi 标准 gsm0707 和 gsm0705， 模块的工作电压为 3.34.8 v，兼容双频（gsm 900/gsm l800）工作，具有 rs232 数据通 信口。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的“at”(调制解调命令语言) 接口，为数据、语音和短消息供快速、可靠、安全的传输。tc35 模块原理图如图 3.7 和 3.8 所示。 图3-8 tc35电源电路 - 11 - 图3-9 tc35模块原理图 tc35的模块指标参数： （1）tc35的电流消耗指标如表1所示。 表3-1 tc35的电流消耗指标 通话模式 的峰值电 流 通话模式的典型电 流 空闲 模式 的消 耗电 流 休眠模式 的消耗电 流 关机模式 的消耗电 流 1.8a300ma 900mhz/ 270ma 1800mhz 10ma3ma50ua - 12 - （2） 关于 led 灯显示的状态 sync 引脚可以用来输出一个同步信号，也可以在应用使来控制一个 led 灯的输出 状态。sync 端通过一个三极管或者门电路来控制 led。一个简单的电路接法是：sync 端通过一电阻接到 npn 三级管的基极，发射极直接接地，集电极通过一个限流电阻接到 led 的负端，led 的正端接 vcc。led 的工作模式完全类同于同步信号，显示的是 tc35的工作状态。 1 led 灯灭，表示 tc35电源关闭，处于休眠、报警或单纯的充电模式。 2 600ms 亮/600ms 灭，表示未插入 sim 卡，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 75ms 亮/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 led 灯亮，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。 3.3.2 gsm at 指令 gsm 引擎模块提供的命令接口符合gsm07. 05和gsm07. 07 规范 。gsm07. 07 中 定义的at command接口 ,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口 ; gsm07. 05 对短消息作了详细的规定 。在短消息模块收到网络发来的短消息时 ,能够通过串口发 送指示消息 ,数据终端设备可以向gsm 模块发送各种命令 。表2给出了本系统用到的 gsm at指令。 表3-2 与 sms 相关的 gsm at 指令 at 指令指令 功功 能能 at+cmgc send an sms command(发出一条短消息命令） at+cmgd delete sms message(删除 sm 卡内存短消息） at+cmgf select sms message format(选择短消息信息格式：0-pdu；1-文本） at+cmgr read sms message(读短消息） at+cmgs send sms message(发送短消息） at+cnmi new sms message indication(显示新收到的短消息） at+cscasm service center address(短消息中心地址） at+csmp select message service(选择短消息服务） - 13 - 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4.1 开发工具介绍 单片机的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程 cpu 可执行的 机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机 器码，用于 mcs-51 单片机的汇编软件有早期的 a51，随着单片机开发技术的不断发展， 从使用普遍汇编语言到高级语言的不断发展，keil 是目前最流行开发 mcs-51 系列单片机 软件。keil software 公司出品的 52 系列兼容单片机 c 语言开发系统。用过汇编语言后再 使用 c 语言来开发，体会更加深刻。 keil c51 软件提供丰富的库，与汇编相比，c 语言在功能上，结构上，可读性，可维 护性上有明显的优势，因而易用函数和功能强大的集成开发调试工具，全 window 界面。 另外重要一点，只要看一下编译后生产的汇编代码，就能体会到 keil c51 生成的目标代 码效率非常之高，多数语言生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能 体现高级语言的优势。 4.2 系统总设计 当给系统上电后，系统开始检测单片机和 gsm 模块的连接，发送 at+cmgf=1 指令 给 gsm，如果返回 ok，p1.0 号脚的 led 灯闪烁 3 次并且处于常亮指示状态，表明系统 系统开始正常工作；如果没有返回 ok，led 灯闪烁 5 次并不断的查找 gsm。 当系统开始稳定工作时，单片机开始不断的查找 p1.5 号脚是否给高电平，如果为高 电平，则 p1.2 号脚的 led 灯点亮，p1.3 号脚的蜂鸣器响，并发送预先设定的短信给用户 手机；如果 p1.5 号脚为低电平，则系统不断查找，总流程图如图 4.1 所示。 - 14 - 开始 串口初始化 at 联机 短信中心设置 发送 at+cmgf=1 led 灯闪烁 3 次 led 灯闪烁 3 次是否返回ok y n p1_5 是否为 高电平 点亮 led 灯 发送 at+cmgs= y n 等待返回 发送成功短信 蜂鸣器响 返回 图 4-1 系统总流程图 - 15 - 4.3 stc89c52 与与 gsm tc35 通信的设计通信的设计 系统上电后，按顺序发送 at 联机，发送 ate 关回显， at+csca=设置服务中心 号码,发送 at+cmgf=1 设置短信的格式为 text 格式检测是否成功，如果成功了则返回 ok，没成功则继续发送。如果返回 ok 后，则发送 at+cmgs=设置用户手机号码。如 果返回 ok 则 stc89c82 与 gsm tc35 模块通信成功，如果没返回 ok，则继续发送指令。 stc89c52 与 gsm tc35 通信流程图如图 4.2 所示。 发送 at 联机 开始 发送 ate 关回 显 发送 at+csca= 短信中心设置 发送 at+cmgf=1 设置为 text 模式 是否返回ok 发送 at+cmgs= 是否返回ok 短消息发送成功 y n y n 图 4-2 stc89c52 与 gsm tc35 通信流程图 - 16 - 结结 论论 本文研究的是基于 gsm 防盗系统的设计，首先介绍了防盗系统