毕业设计（论文）-基于GSM家庭防盗系统设计.doc

第 0 页 西华大学毕业设计说明书 目目 录录 1.1.前言前言 1 1 2.2.总体方案设计总体方案设计 2 2 2.1 方案比较 .2 2.1.1 方案一 .2 2.1.2 方案二 .2 2.2 方案的论证与选择 .3 3.3.单元模块设计单元模块设计 4 4 3.1 gsm 模块设计 .4 3.1.1 gsm modem 的主要功能 .4 3.1.2 gsm 通信原理 .4 3.1.3 gsm 系统的网络结构 .4 3.1.4 gsm 系统信道分类 .5 3.1.5 315mhz 调幅遥控器 6 3.2 单片机模块设计.7 3.3 时钟芯片模块设计 .9 3. 4 传感器模块设计 .12 3.5 电源模块设计 19 4.4.软件设计软件设计 2121 4.1 软件开发环境21 4.1.1 proteus 仿真软件简介 21 4.1.2 keil 编译及调试软件简介 .22 4.1.3 主程序流程框图 24 4.2 sm 短信模块编程 .25 4.2.1 常见 at 指令及使用方法 25 4.2.2 短消息的编码方式 26 4.2.3 短消息发送程序设计 30 4.3 lcd 显示 32 5.5.系统仿真系统仿真 3333 6.6.致谢致谢 3434 7.7.参考文献参考文献 3535 8.8.附录：附录： 3636 附录 1：设计原理图： 36 附录 2：程序 37 附录 3：外文翻译资料 44 第 1 页 西华大学毕业设计说明书 1.1.前言前言 随着科学技术的不断发展,目前日常生活中出现了各种各样的防盗报警器。但是,其中绝 大多数,要么是设计比较繁杂,要么是制造工序复杂,要么是成本很高,不适合生产和人们的消费 需求,不能在一般居民的日常生活中得到广泛应用。但有一种红外报警器却摆脱了这种种缺 点。该红外报警器原理易于理解,外形美观而且结构简单,所用器件数目少,比较常见而且成本 较低。因此该红外报警器在制造工序上比其他报警器简单,在制造成本上远远低于其他类型 的报警器。更为重要的是,此类报警器防盗的安全指数非常高,几乎不会出现不报或误报。可 以有效地预防和打击违法犯罪的盗窃行为,为人们的生命财产安全提供了强有力的保障,为社 会的安全稳定发挥了巨大的作用,尤其是在一些住宅小区更是令人叫好。这种红外报警器也 因此被人们誉为“忠诚的卫士“或“人性化看门狗。 随着生活素质的改善，人们对家居的财产、人身的安全的要求也越来越高，安防系统 不再只限于防盗，而且能做到防劫、防火，以及即时解决突发事件。原始的家居安防模式是 由铁门、铁链、铁栏杆等组成，称为被动式防盗，这是安防系统的雏型。这种被动式安防系 统已不能满足人们的要求，于是出现了由电子探测器、探头等报警终端通过有形的通信线路， 如双绞线、电缆等连接报警中心所组成的安防系统，这种方式称为主动防盗。这种主动安防 较之被动安防有很大的进步。无论是从结构简洁，还是成本低廉，甚至是美观上都优于被动 式安防系统。所以，这种主动式安防系统已不仅仅用于防盗，在其他领域都起到了安全防范 的作用。 但是，科学技术的不断进步，电子技术的日趋成熟，通信和集成电路技术的交叉发展， 这种有线的安防系统显然也已落伍了。采用有线的方式连接报警探头和报警主机，由于受传 输距离、环境、可变性等多种因素的制约，局域性很强，而且这种安防系统存在着很大的漏 洞，例如一个采用电话线连接的电话报警系统，入侵者只要割断电话线就可以让整个系统形 同虚设，不能工作。此时，人们把传感技术和无线通信技术引入安防领域，为安防系统向无 线发展提供了强有力的技术支持。 基于 gsm 模块的家庭防盗报警系统利用无线报警探头或传感器等作为报警终端，免去 了电缆的束缚,改善了屋内的环境，对于系统的施工也提供了很大的方便。基于 gsm 模块的 家庭防盗报警系统，可以实现一点与多点之间的信息交流，系统特别利用无线信息发送、接 收的方式使整个报警过程更加隐蔽，更加可靠。 基于 gsm 模块的家庭防盗报警系统概念一经提出，就得到了迅速的发展，不仅在居家 安全领域，在其他领域，如医疗监护、工业生产、商业活动，甚至是在科学实验等领域都得 到很好的应用，所以，未来的安防研究方向将是：基于 gsm 模块的家庭防盗报警系统。 第 2 页 西华大学毕业设计说明书 2.2.总体方案设计总体方案设计 防盗报警系统设计防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心(硬 件加软件)组成。它的最简形式是本地(家庭、单位等)报警系统,它的组成部分是入侵探测器 和本地报警控制器,以及声光报警器。 2 2. .1 1 方方案案比比较较 2.1.12.1.1 方案一方案一 利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、 门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设 定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音 提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大 队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。 方案一流程框图： 门磁监控主机固定电话布、撤防 电源 图 2.1 方案一系统框图 2.1.22.1.2 方案二方案二 通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制 gsm 系统向预 先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防 盗报警信号，也添加了温度传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防 燃气泄漏的作用，同时配备了 315mhz 调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后 能对系统的布、撤防状态进行改变。 方案二流程框图： 第 3 页 西华大学毕业设计说明书 gsm 模块 红外传感器 温度传感器 燃气泄漏传感器 m c u 遥控布、撤防 电 源 图 2.2 方案二系统框图 2 2. .2 2 方方案案的的论论证证与与选选择择 方案一选用门磁报及固定电话实现防盗报警，具有很强的时效性、可靠性。当窃贼退了 开门时，门磁与此提也同时产生唯一，电波信号即可发射给主机，主机鸣响报警声并拨打 6 组预设的电话号码。然而门磁存在的缺陷也是显而易见的，如： 1.门磁与主机之间不能距离过长 2.门磁与主机之间不能有钢筋混泥土及电器 3.发射器易受震动而脱落 方案二采用 at89c51 单片机作为主控制芯片，通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结 果送入单片机，通过单片机控制 gsm 系统向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计 的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了温度传感器和气体泄 漏传感器来检测温度和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，能够有效地达到实时控制 和分布式，非常适用于比较复杂的生产环境。 经过上面两个方案的分析，第二个方案的可行性高、可靠性与及时性强，且较符合实时 快捷的要求，所以我选择第二个方案做为设计方案。 第 4 页 西华大学毕业设计说明书 3.3.单元模块设计单元模块设计 3 3. .1 1 g gs sm m 模模块块设设计计 随着电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具基本上是人人必备的，基于这一 点，本文设计了基于 gsm 短信模块的家庭安全报警系统，而由于 hrh gsm modem 内嵌高可 靠性的 gsm 引擎（gsm cellular engine）和 51 单片机系统（mcs51），标准串行接口和 精简的软件接口协议将用户从繁杂的 gsm 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而 且公网的数据传输具有通信范围广（gsm 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。 因此本设计选用 hrh gsm modem 来进行通信。 3.1.13.1.1 gsmgsm modemmodem 的主要功能的主要功能 1.收发短信； 2.借助短信实现远程小批量数据传输； 3.语音通话（gsm 电话）； 4.数传模式实现无线实时数据通信； 5.无线上网（自动应答型）。 3.1.23.1.2 gsmgsm 通信原理通信原理 gsm900 和 dsc1800 即我们通常说的双频网，他们是 gsm 标准。系统功能都相同，主要 与不同的频率，gsm900 工作在 900mhz，dsc1800 工作在 1800mhz。中国最早使用的是 gsm900，与网络规模和用户数量的迅速发展，原有的 gsm900 网络频率变得越来越紧张，为 了更好的满足客户的需求，我国最近推出的一个 dcs1800，和使用的是基于 gsm 900 网络， dcs1800 网络被添加到网络，由移动/ dcs1800 双频网，以缓解高流量地区局势日益紧张的 无线信道。只要用户使用双频手机，你可以切换它们之间在 gsm 900dcs1800，自动选择 最佳的信道的呼叫，即使移动电话也可在网络之间自动切换移动电话用户通知，并选择最 好的通道，然后通过率增加。为适应这一趋势，抢占更多的市场份额，摩托罗拉，诺基亚， 爱立信等世界著名的移动电话设备制造商开发并推出多频带移动电话。 3.1.33.1.3 gsmgsm 系统的网络结构系统的网络结构 gsm900 和 dsc1800 即我们通常说的双频网，他们是 gsm 标准。系统功能都相同，主要 与不同的频率，gsm900 工作在 900mhz，dsc1800 工作在 1800mhz。中国最早使用的是 第 5 页 西华大学毕业设计说明书 gsm900， 与网络规模和用户数量的迅速发展，原有的 gsm900 网络频率变得越来越紧张，为了更好的 满足客户的需求，我国最近推出的一个 dcs1800，和使用的是基于 gsm 900 网络，dcs1800 网络被添加到网络，由移动/ dcs1800 双频网，以缓解高流量地区局势日益紧张的无线信道。 只要用户使用双频手机，你可以切换它们之间在 gsm 900dcs1800，自动选择最佳的信道 的呼叫，即使移动电话也可在网络之间自动切换移动电话用户通知，并选择最好的通道， 然后通过率增加。为适应这一趋势，抢占更多的市场份额，摩托罗拉，诺基亚，爱立信等 世界著名的移动电话设备制造商开发并推出多频带移动电话。 3.1.43.1.4 gsmgsm 系统信道分类系统信道分类 蜂窝通信系统需要传输的不同类型的信息，包括业务信息和控制信息，因此在物理信 道设置相应的逻辑通道。一些这些逻辑信道的呼叫连接阶段，一些用于通信，也有一些用 于系统运行的所有时间。 (l)业务信道(tch)传输话音和数据 话音信道根据不同，可分为全速率话务信道半速率语音业务信道。同样，数据业务信 道根据不同，又分为全速率数据业务信道和半速率业务信道半速率数据和数据业务信道 （数字 9.6,4.8 和 2.4 表示数据速率 单位：千字节/秒）。 (2)控制信道(cch)传输各种信令信息 控制信道分为三类: 1) 广播信息（bch），一种“点对多点”单方向控制通道，基站向移动站所有电台和 公共信息。内容传输的移动台接入网络和呼叫建立所有必要的信息。 2)公共控制信道(ccch)，一种“一点对多点”的双向控制信道，其用途是传输链路连 接所需要的控制信令与信息。它分为: 寻呼信道(pch):传输基站寻呼移动台的信息; 随机接入信道(rach):移动控制台入网时，向基站发送入网请求信息; 准许接入信道(agch):基站在呼叫接续时，从移动台发送分配控制信道的信令。 3)专用控制信道(dcch)，一种“点对点”的双向控制信道，作用是在呼叫接续阶段和 在通信过程中，从移动控制台与基站间传送所需的控制信息。其中又分为: 独立控制信道(sdcch):传输移动控制台与基站相连接和信道所分配的及时信令; 慢速辅助控制信道 (sacch):处于移动控制台和基站之间，以周期传输一些特定的有 用信息，也是安排在业务通讯信道和有关的基本控制信道中，是一种复接传输信息的方式。 快速辅助控制信道(facch):传送与 sdcch 相同的有用信息。使用时必须中断业务信 息(4 帧)，及时将 facch 插入，在没有分配 sdcch 的状况下，才用这种控制信道。由此可见， 第 6 页 西华大学毕业设计说明书 gsm 通信系统在传输所需的各种信令的同时，预设了多种专用的控制信道。 3.1.53.1.5 315mhz315mhz 调幅遥控器调幅遥控器 1.发射、接收电路 为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设计 选用了 315mhz 调幅遥控器，该遥控器具有以下优点： 1.1 工作在业余频段，不用花钱购买频点； 1.2 有效距离远，一般可达 2001000 米； 1.3 有丰富的地址码供用户选择。 由于遥控器和遥控器接收板上应用的 pt2262/pt2272 编解码芯片对都提供 8 位三态的 编解码状态，也就是说有 3 的 8 次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的防 盗报警布、撤防应用。 发射、接收电路电路图分别图 3.1.1 和 3.1.2 所示： 图 3.1.1 发射电路 图 3.1.2 接收电路 第 7 页 西华大学毕业设计说明书 2.gsm 模块与单片机的链接 hrh gsm modem 内嵌高可靠性的gsm引擎（gsm cellular engine）和51单片机系统 （mcs51），标准串行接口和精简的软件接口协议，与单片机通过串口连接，由于hrh gsm 模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双工的工作方式， 来进行通信和控制。 3 3. .2 2 单单片片机机模模块块设设计计 1at89c51 的主要性能 本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计， 可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可 以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果 的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。 再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方 案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带eprom的单片机，由于应用程序不 大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。intel公司的 8051和8751都可使用，在这里选用at89c51单片机，其特点为： 1.与mcs-51兼容 2.4k字节可编程flash存储器 3.寿命：1000写/擦循环 4.数据保留时间：10年 5.全静态工作：0hz-24mhz 6.三级程序存储器锁定 7.1288位内部ram 8.32可编程i/o线 9.两个16位定时器/计数器 10.5个中断源 11.可编程串行通道 12.低功耗的闲置和掉电模式 13.片内振荡器和时钟电路 2、at89c51的引脚结构 at89c51的引脚如图3.1.4所示: 第 8 页 西华大学毕业设计说明书 图3.2.1 at89c51的引脚 其引脚功能如下 vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第 一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地 址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码， 此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门 电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门 电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储 器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时， 它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存 器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电 平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。 rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信 第 9 页 西华大学毕业设计说明书 号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要 注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在 sfr8eh地址上置0。 此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期 两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管 是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时， 此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 3 3. .3 3 时时钟钟芯芯片片模模块块设设计计 1.时钟芯片ds1302简介 ds1302 是美国 dallas 公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加 31 字节 静态 ram，采用 spi 三线接口与 cpu 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的 时钟信号和 ram 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31 天 时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5v。采用双电源供电（主电 源和备用电源） ，可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 ds1302 的内部结构如图 3.3.1 所示。ds1302 用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的 数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。 图 3.3.1 ds1302 的内部结构 第 10 页 西华大学毕业设计说明书 时钟芯片 ds1302 的外部引脚分配如图 3.3.2 所示： 图 3.3.2 ds1302 的外部引脚分配 各引脚的功能为： vcc1：主电源；vcc2：备份电源。当 vcc2vcc1+0.2v 时，由 vcc2 向 ds1302 供电；当 vcc2vr 时允许触 发(vr0.2vdd) 10ib- 运算放大器偏置电流设置端 11vdd- 工作电源正端 122outo 第二级运算放大器的输出端 132in-i 第二级运算放大器的反相输入端 141in+i 第一级运算放大器的同相输入端 151in-i 第一级运算放大器的反相输入端 161outo 第一级运算放大器的输出端 （四）biss0001的工作原理 biss0001 是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间 定时器等构成的数模混合专用集成电路。 首先，根据实际需要，利用运算放大器 op1 组成传感信号预处理电路，将信号放大。然 后耦合给运算放大器 op2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为 vm(0。5vdd)后， 将 输出信号 v2 送到由比较器 cop1 和 cop2 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 vs。由于 第 18 页 西华大学毕业设计说明书 vh0。7vdd、vl0。3vdd，所以，当 vdd=5v 时，可有效抑制1v 的噪声干扰，提高系统 的可靠性。 cop3 是一个条件比较器。当输入电压 vcvr 时，cop3 输出为高电平，进入延时周期。当 a 端接“0”电平时，在 tx 时间内任何 v2 的变化都被忽略，直至 tx 时间结束，即所谓不可重 复触发工作方式。当 tx 时间结束时，vo 下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封 锁周期 ti。在 ti 时间内，任何 v2 的变化都不能使 vo 跳变为有效状态（高电平）,可有效 抑 制负载切换过程中产生的各种干扰。 biss0001的应用电路如图3.4.4所示： 图 3.4.4 biss0001 的热释电红外开关应用电路图 上图中，运算放大器 op1 将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由 c3 耦合给运算放大器 op2 进行第二级放大，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 去启动延迟时间定时器，输出信号 vo 经晶体管 t1 放大 驱动继电器去接通负载。 上图中，r3 为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮， r3 的电阻值会降低，使 9 脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号 vs。sw1 是工作方 式选择开关，当 sw1 与 1 端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当 sw1 与 2 端连通时， 芯片则处于不可重复触发工作方式。图中 r6 可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选 10k，实际使用时可以用 3k，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间 tx 由外部 的 r9 和 c7 的大小调整，触发封锁时间 ti 由外部的 r10 和 c6 的大小调整，r9/r10 可以 用 470 欧姆，c6/c7 可以选 0。1u。说明 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性 探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳 定性。 第 19 页 西华大学毕业设计说明书 、上述特性指标是在源极电阻 r2=47k 条件下测定的，用户使用传感器时，可根据 1 自己的需要调整 r2 的大小。 、注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计。 2 、所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标。平衡度 b 中的 ea 和 eb 分别表示两 3 个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值。 2、tgs308 燃气传感器 在出现可燃性气体时 tgs308 型气体传感器的电导增加，通过电位器 rp 滑动点取出电 压，其值从正常的 3v 有效值增加到 20v。此升高的电压经二极管和 4.7k 电阻加至晶体管 vt1，使之导通，vt1 导通使双向晶体管 2n6070a 导通，使之输出一个高电平，来使单片机 控制工作。在检测烟雾信号时，为了简单电路，我选用了与 tgs308 工作原理相近的 8224 烟雾传感器。同样，在 8224 周围气体浓度增加时，它的电导也会增加，通过这个电路也可 以实现向 单片机发送开关信号，来控制报警信号。其电路图如图 3.4.5 所示： tgs308 822418200031 24v r43d14 r32 q4 2n3904 d13 c6 r27 c7r33 传传传 p3.4,p3.5 sd02 图 3.4.5 燃气传感器电路 复位电路如图 3.4.6 所示 图 3.4.6 复位电路 该部分电路完成 at89c51 的复位，采用按键复位的方式，它与单片机的 rst 引脚相连， 第 20 页 西华大学毕业设计说明书 当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电复位的 功能。其电阻 r1 为 200 欧姆，r2 为 1k 欧姆，电容为 22uf。 3 3. .5 5 电电源源模模块块设设计计 单片机电源如图 3.5.1 所示： 第 21 页 西华大学毕业设计说明书 图 3.5.1 单片机电源 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满 足负载要求的电能，所以一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量较少纹 波,电压要恒定,且单片机复位电路要稳定、可靠,考故需要设计一个直流稳压电源给单片机 供电，先经变压器转为 9 伏的交流电，再通过桥堆 2w10 对输入的 9 伏的交流电进行整流， 然后通过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为 +5 伏，电源指示灯亮，说 明该模块能正常工作。 第 22 页 西华大学毕业设计说明书 4.4.软件设计软件设计 4 4. .1 1 软软件件开开发发环环境境 4.1.14.1.1 proteusproteus 仿真软件简介仿真软件简介 proteus isis 是英国 labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 windows 操作系统上，可以仿真、分析(spice)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是： 实现了单片机仿真和 spice 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片 机及其外围电路组成的系统的仿真、rs232 动态仿真、i2c 调试器、spi 调试器、键盘和 lcd 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主 流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、avr 系列、 pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11 系列以及各种外围芯片。提供软 件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各 个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支 持第三方的软件编译和调试环境，如 keil c51 uvision2 等软件。具有强大的原理图绘 制功能。总之，该软件是一款集单片机和 spice 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 proteus 主要用于绘制原理图并可进行电路仿真，proteus ares 主要用于 pcb 设计。 isis 的主界面主要包括：1 是电路图概览区、2 是元器件列表区、3 是绘图区。绘制电路 图的过程如下： 单击 2 区的 p 命令即弹出元器件选择（pick devices）对话框，proteus 提供了丰富 的元器件资源，包括 30 余种元器件库，有些元器件库还具有子库。利用该对话框提供的关 键词（keywords）搜索功能，输入所要添加的元器件名称，即可在结果（results）中查找， 找到后双击鼠标左键即可将该元器件添到 2 区，待所有需要的元器件添加完成后点击对话 框右下角的 ok 按钮，返回主界面。接着在 2 区中选中某一个元器件名称，直接在 3 区中 单击鼠标左键即可将该元器件添加到 3 区。 由于是英国的软件，特别要注意的是绘图区中鼠标的操作和一般软件的操作习惯不同， 这正像是司机座位和人行道走向和国内不同一样。单击左键是完成在 2 区中被选中的元器 件的粘贴功能；将鼠标置于某元器件上并单击右键则是选中该元器件（呈现红色） ，若再次 单击右键的话则删除该元器件，而单击左键的话则会弹出该元器件的编辑对话框（edit component） ；若不需再选中任何元器件，则将鼠标置于 3 区的空白处单击右键即可；另外 如果想移动某元器件，则选中该元器件后再按住鼠标左键即可将之移动。 元器件之间的连线方法为：将鼠标移至元器件的某引脚，即会出现一个“”符号， 按住鼠标左键后移动鼠标，将线引至另一引脚处将再次出现符号“” ，此时单击鼠标左键 第 23 页 西华大学毕业设计说明书 便 可完成连线。连线时在需拐弯的地方单击鼠标左键即可实现方向的改变。绘制好电路后， 可利用 1 区的绿色边框对 3 区的电路进行定位。 4.1.24.1.2 keilkeil 编译及调试软件简介编译及调试软件简介 目前流行的 51 系列单片机开发软件是德国 keil 公司推出的 keil c51 软件，它是一个 基于 32 位 windows 环境的应用程序，支持 c 语言和汇编语言编程，其 6.0 以上的版本将编 译和仿真软件统一为 vision（通常称为 v2） 。keil 提供包括 c 编译器、宏汇编、连接 器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，由以下几部分组成： vision ide 集成开发环境（包括工程管理器、源程序编辑器、程序调试器） 、c51 编译器、 a51 汇编器、lib51 库管理器、bl51 连接/定位器、oh51 目标文件生成器以及 monitor- 51、rtx51 实时操作系统。 应用 keil 进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存建立工程并添加源 文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件程序调试。keil 使用“工程” （project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序）进行编译/汇编、连接等操作。工 程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单 filenew，在源程序编辑器中输入汇编语言或 c 语言源程序（或选择 fileopen，直接 打开已用其他编辑器编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展 名.asm（.a51）或.c；然后选择菜单 projectnew project，建立新工程并保存（保存 时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2） ；工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框，选 择 cpu 后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页（files）会出现“target1” ，将 其前面+号展开，接着选择 source group1，右击鼠标弹出快捷菜单，选择“add file to group source group1 ” ，出现一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件 后，该对话框不会消失，而是等待继续加入其他文件） 。加入文件后点 close 返回主界面， 展开“source group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开该源程 序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的 target1，再选择 projectoption for target target1 （或点右键弹出快捷菜单再选择该选项） ，打开工程属性设置对话 框，共有 8 个选项卡，主要设置工作包括在 target 选项卡中设置晶振频率、在 debug 选项 卡中设置实验仿真板等，如要写片，还必须在 output 选项卡中选中“creat hex fi” ；其 他选项卡内容一般可取默认值。工程设置后按 f7 键（或点击编译工具栏上相应图标）进行 编译/汇编、连接以及产生目标文件。 成功编译/汇编、连接后，选择菜单 debugstart/stop debug session（或按 ctrl+f5 键）进入程序调试状态，keil 提供对程序的模拟调试功能，内建一个功能强大的 仿真 cpu 以模拟执行程序。keil 能以单步执行（按 f11 或选择 debugstep） 、过程单步执 第 24 页 西华大学毕业设计说明书 行（按 f10 或选择 debugstep over） 、全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错， 可采用在线汇编功能对程序进行在线修改（debuginline assambly） ，不必执行先退出 调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。 对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以用单步执行方式进行 调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（debuginsert/remove breakpoint 或 debugbreakpoints等） 。在模拟调试程序后，还须通过编程器将.hex 目标文件烧写入单 片机中才能观察目标样机真实的运行状况。 keil 软件 eval 版（免费产品）的功能与商业版相同，只是程序的最大代码量不得超过 2kb，但对初学者而言已是足够。keil 软件由于其强大的软件仿真功能，友好的用户界面以 及易于掌握的特点而受到工程技术人员的欢迎，有人甚至认为 keil 是目前最好的 51 单片 机开发应用软件。 第 25 页 西华大学毕业设计说明书 4.1.34.1.3 主程序流程框图主程序流程框图 开始 初始化 读时钟是否等于定时时间 发短信：系统运行正常！ 读传感器开关 量 读布、撤防开关 发送报警短 信 布防 撤防 n y =0 =1 =1 =0 图 4.1.1 主程序流程图 第 26 页 西华大学毕业设计说明书 4 4. .2 2 s sm m 短短信信模模块块编编程程 4.2.14.2.1 常见常见 atat 指令及使用方法指令及使用方法 at指令集是指专用于调制解调器的命令集 ，gsm07.07 协议对at指 令做了详细的介绍。 计算机和单片机可以发送at指令来控制调制解调器，发送at指令给调制解调器时，应注意 以下几点： (1)每个 at 命令字符串的最后面必须加上cr(也就是键盘上的enter键)字符，否则调 制解调器将不识别此命令。这个字符就是结束符。 (2)除了 “a/”及 “+”命令外， 其它的命令必须加上at两个字符。 (3)命令字符串可以合成一个字符 串后再一次送给调制解调器，但总 的字符串长度 不得超过 40 个字符，而且所有的字符必须一律大写或小写。 (4)命令集分成at标准命令集、at 高级命令集、缓存器命令集、at+f传真命令集及 at+v语言命令集等。常见的at指令的功能： a/：重新执行前一命令，当此字符串被数据收到后，调制解调器即执行前一个命令， 不需要加上 at，而在此字符串的后面也不需要加上 cr+：从数据模式切换到命令模式。 at+cmgc：send an sms command(发出一条短消息命令)。at+cmgd：delete sms message(删除 sim 卡内存的短消息)。 at+cmgf ： select sms message formate( 选 择短消息信息格式：0-pdu;1-文本)。at+cmgl：list sms message from preferred store(列出 sim 卡中的短 消息 pdu/text:0/“rec unread”-未读，1/“rec read”- 已读， 2/“sto unsent”-待发，3/“sto sent”-已发，4/“all”-全部的)。 at+cmgr：read sms message(读短消息)。 at+cmgs：send sms message(发送短消息)。 at+cmgw：write sms message to memory(向 sim 内存中写入待发的 短消息)。 at+cmss：send sms message from storage(从 sim 内存中发送短消 息)。 at+cnmi：new sms message indications(显示新收到的短消息)。 at+cpms：preferred sms message storage(选择短消息内存)。 at+csca：sms service center address(短消息中心地址)。 at+cscb：select cell broadcast messages(选择蜂窝广播消息)。 at+csmp：set sms text mode parameters(设置短消息文本模式参数)。 at+csms：select message service(选择短消息服务)。 第 27 页 西华大学毕业设计说明书 4.2.24.2.2 短消息的编码方式短消息的编码方式 根据gsm07.07 协议标准，对sms的控制共有3种实现途径： (1)最初的 block mode：一个二进制的协议，这个协议适用于在 不完 全可靠的地方， 特别是对远程设备的控制。但是，block mode 已是昔日黄 花，目前应用很少。 (2)基于 at 命令的 text mode：定义了一个基于 at 命令以字符为基 础的界面。此 模式适用于无智能终端，一般不支持中文。 (3)基于 at 命令的 pdu mode：此模式定义了一个基于字符的接口，以二进制传送十 六进制编码的消息块，此模式适用于基 于 at 命令结构的 软件驱动程序，不需要了 解消息块的内容，只是在终端之间传送消息块。 因现在手机和gsm modem都支持pdu模式，还支持中文，为满足系统的通用性，系统中 短消息均采用 pdu mode。那么什么是 pdu 模式呢， 简单的说是发送或接收手机 sms 的一 种方法。pdu 串表面上是一串 ascii 码，由0-9 、 a-f这些数字和字母组成。 它们是8位字节的十六进制数，或者bcd码十进制数。pdu 串不仅包含可显示的消息本身， 还包含 很多其它信息， 如 sms 服务中心号码、 目标号码、 回复号码、 编码方式和 服务时 间等。 发送和接收的 pdu 串， 结构是不完全相同的。 下面介绍 短消息的 pdu 编码方式。 表 4.2.1为发送短消息的 pdu 模式的解析， 表 4.2.2 为接收短消息的 pdu 模式的解析。 表 4.2.1 scafomrdapiddcsvpudlud sca：服务中心地址；fo：文件字节头，一般为 11；mr：短消息参数，一般为 00；da：目的地址；pid：协议指示标志，一般为 00； dcs：数据编码方案； vp：有效 期限，00 表示 5 分钟；udl：用户数据长度；ud：用户数据域。 表 4.2.2 sca aa fooapiddcssctsudlud sca：服务中心地址；fo：文件字节头，一般为 04；oa：发送方地址；pid：协议指 示标志，一般为00；dcs：数据编码方案；scts：短消息中心时间戳；udl：用户数据长度； ud：用户数据域。 下面以两个例子来说明短消息的pdu编码方式。 例1：实现将字符“hi”发送到目的地址“+8613677328099” ，短消息 中心号码为 第 28 页 西华大学毕业设计说明书 “+8613800210500” 。 发送的 pdu 字符串为： 08 91 683108200105f0 1100 0d91 683176378290f9 0000 00 02 c834 (1) 08短消息中心地址长度。指(91)+(683108200105f0)8 个字节的 长度。 (2) 91短消息中心号码类型。是 ton/npi 遵守 international/e.164 标准，指 在号码前加+号；此外还有其它数值，但 91 最常用，91 指国 际类型的电话号码。 9110010001，表 4-3 为此号码类型的解析。 表 4.2.3 bit no.76543210 name1数值类型号码鉴别 数值类型(type of number)：000未知，001国际，010国内,111留作扩展； 号码鉴别(numbering plan identification)：0000未知，0001isdn/电话号码 (e.164/e.163)，1111留作扩展。 (3) 683108200105f0短消息中心号码。对于短消息中心号码的编码 采用的是半 位码。取十六进制的 ascii 码，8 的 ascii 码是 38，6 的 ascii 码是 36，所以数字 编码只要取相应的二进制的后四位就可以有效的表示一 个数字，也就是十六进制的右边 一位。所有数字都取二进制的后四位，然 后两两合并，后面的字符是高四位，前面的字符 是低四位。依此原则，短 消息中心号码的前两位号码为 86，编码后为 68，同样的 13 编码为 31，但是最后只剩下一个 0，用 f 补齐，编码为 f0。其中 86 为中国的区号。 (4) 11文件头字节。 11 / 定义 dq 引脚为 p1.7 /* 延时函数 * * 功能：在 11.059mhz 的晶振条件下调用本函数需要 24s ，然后每次计数需 16s */ void delay(int useconds) int s; for (s=0; si; temp write_bit(temp); delay(50); /* 位读取函数 * 第 40 页 西华大学毕业设计说明书 * 功能：从单总线上读取一位信号，所需延时时间为 15s，因此无法调用前面定义 * 的 delay()函数，而采用一个 for()循环来实现延时。 * */ unsigned char read_bit(void) unsigned char i; dq = 0; /将 dq 拉低开始读时间隙 for (i=0; i=1; uchar read_1302(void)/从 1302 中读取一个字节 uchar i,data_1302; for(i=0;i=1; if(ds1302_io) data_1302|=0x80; 第 43 页 西华大学毕业设计说明书 ds1302_clk=1; ds1302_delay(); ds1302_clk=0; ds1302_delay(); return (data_1302); /读出 1302 的时间序列 void read_serial(uchar j8) uchar i; ds1302_rst = 0; ds1302_clk = 0; ds1302_delay(); ds1302_rst = 1; ds1302_delay(); write_1302(0xbf);/0xbf 为连续读出的命令代码 for(i=0;i8;i+) ji = read_1302(); ds1302_clk = 1; ds1302_rst = 0; /写入 1302 的时间序列 void write_date_time(uchar j8) uchar i; 第 44 页 西华大学毕业设计说明书 ds1302_rst = 0; ds1302_clk = 0; ds1302_delay(); ds1302_rst =