毕业设计（论文）-基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统.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 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 900 dcs1800 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 900 dcs1800 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 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 200 1000 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 接收电路无解码电路图分别图 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 3 3 2 2 单单片片机机模模块块设设计计 随着计算机技术的发展 单片机技术已成为计算机技术中的一个独立的分支 单片机 的应用领域也越来越广泛 特别是在工业控制和仪器仪表智能化中扮演着极其重要的角色 从应用领域看 单片机主要用于控制 所以也称它为微控制器 目前计算机硬件技术向巨型化 微型化和单片化发展 自 1975 年美国德克萨斯仪器公 司第一块单片机芯片 TMS 1000 问世以来 在短短的 20 余年间 单片机技术已发展成为计 算机技术中一个非常有活力的分支 它有自己的技术特征 规范 发展道路和应用环境 按单片机的生产技术和应用对象 单片机先后经历了 4 位机 8 位机 16 位机 32 位机几 个有代表性的发展阶段 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS 8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存 储器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程器 在芯片上 拥有 灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵 活 有效的解决方案 AT89S52 的主要性能有 1 与 MCS 51 单片机产品兼容 2 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 3 1000 次擦写周期 4 全静态操作 0Hz 33Hz 5 三级加密程序存储器 6 八个中断源 7 全双工 UART 串行通道 8 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 9 看门狗定时器 10 双数据指针 11 掉电标识符 8k 字节 Flash 256 字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指针 三个 16 位定时器 计数器 一个 6 向量 2 级中断结构 全双工串行口 片内晶振及时钟电路 另外 AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作 支持 2 种软件可选择节电模式 空闲模式下 CPU 停止 工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工作 掉电保护方式下 RAM 内容被保 第 8 页 西华大学毕业设计说明书 存 振荡器被冻结 单片机一切工作停止 直到下一个中断或硬件复位为止 7 AT89S52 的引脚如图 3 1 所示 图 3 1 AT89S52 引脚的引脚图 AT89S52 的各个引脚的说明如下 VCC 电源电压 GND 接地 P0 口 P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I O 口 即地址 数据总线复用口 作为输出口 时 每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平 对 P0 端口写 1 时 引脚用作高阻抗输入 当访问外部程序和数据存储器时 P0 口也被作为低 8 位地址 数据复用 在这种模式下 P0 具有内部上拉电阻 在 flash 编程时 P0 口也用来接收指令字节 在程序校验时 输出 指令字节 程序校验时 需要外部上拉电阻 P1 口 P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P1 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 此外 P1 0 和 P1 2 分别作定时器 计数器 2 的外部计数输入 P1 0 T2 和时器 计数 器 2 的触发输入 P1 1 T2EX 具体如表 3 1 所示 8 在 flash 编程和校验时 P1 口接收低 8 位地址字节 表 3 1 引脚号第二功能 引脚第二功能 P1 0T2 定时器 计数器 T2 的外部计数输入 时钟输出 P1 1T2EX 定时器 计数器 T2 的捕捉 重载触发信号和方向控制 P1 5MOSI 在系统编程用 第 9 页 西华大学毕业设计说明书 P1 6MISO 在系统编程用 P1 7SCK 在系统编程用 P2 口 P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P2 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使 用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR A 时 P2 口送出高八位地址 在这种应用中 P2 口使用很强的内部上拉发送 1 在使用 8 位地址 如 MOVX R1 A 访问外部数据存储器时 P2 口输出 P2 锁存器的内容 在 flash 编程和校验时 P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号 P3 口 P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平 对 P3 端口写 1 时 内部上拉电阻把端口拉高 此时可以作为输入口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因 将输出电流 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能 第二功能 使用 如表 3 1 所示 表 3 2 AT89S52 特殊功能表 第二功能功能 P3 0RXD 串行输入口 P3 1TXD 串行输出口 P3 2 外部中断 0 0INT P3 3 外部中断 1 1INT P3 4T0 定时 计数器 0 P3 5T1 定时 计数器 1 P3 6 外部数据存储器写选通 WR P3 7 外部数据存储器读选通 RD 此外 P3 口还接收一些用于 Flash 闪存编程和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片 机复位 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输出脉冲 用于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的 1 6 输出固定的脉冲信 号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要注意的是 每当访问外部数据存储器时将 跳过一个 ALE 脉冲 XTAL1 振荡器反相放大器的输出端及时钟发生器的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端及时钟发生器的输入端 第 10 页 西华大学毕业设计说明书 对 Flash 存储器编程期间 该引脚还用于输入编程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的 8EH 单元的 D0 位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会被微弱 拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89S52 由 外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在 此期间 当访问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为 0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1 被编程 复位时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 VCC 端 CPU 则执行内部程序存储器的指令 Flash 存 储器编程时 该引脚加上 12V 的编程允许电源 VPP 当然这必须是该器件是使用 12V 编程 电压 VPP 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 DS12887 的功能特点 DS12887 是一种实 时时钟管 理芯片 采用 CMOS 技术 内部装有晶振和时钟芯片 备份锂电 池 其管脚与目前常用的时钟芯片 M C146818B 和 DS1287 兼容 可直接替换 DS12887 具有良好的微机接口 用其设计构成时钟电路时无须附加任何外围电路 并具 有低功耗 精度高 工作稳定可靠等优点 可广泛用于各种较高精度的实时时钟系统中 DS12887 内含锂电池 在没有外部电源的情况下可工作 10a 以上 可统计 2100 年 前的秒 分 小时 星期 日 月 年 7 种信息 并带有闰年补偿功能 时间 日 历和定时闹钟可采用二 进制数或 BCD 码表示 有 12 h 和 24 h 2 种制式 12 h 制 式有 AM 和 PM 提示 具有 M otorola 和 Intel2 种总线时序选择 采用数据 地址 总线复用技术 当采用 Intel 总线模式时 易与 8051 等单片机的接口 连接 片内有 128 B 的 RAM 其中 14 个作为时钟和控制寄存器 114 B 作为通用 RAM 所有 RAM 单元 都具有掉电保护功能 可编程输出 13 种不同频率的方波信号 提供 3 种可屏蔽中断 每秒一次直到每天一次的闹钟中断 13 种不 同周期的周期性中断 时钟更新结 束中断 具有上电 掉电保护功能 当 V cc 高于 4 25V 200 ms 时 芯片可被外部 操作 当 V cc 低于 4 25 V 时 芯片处于写保护状态 所有输入均无效 同时所有输 出呈高阻状态 当 V cc 低于 3 V 时 自 动把供电方式切换为由内部电池供电 2 DS12887 的引脚排列及引脚功能 DS12887 的引脚排列如图 3 3 1 所示 第 11 页 西华大学毕业设计说明书 图 3 3 1 DS12887 的引脚排列 时钟芯片的引脚功能如下 1 AD0 AD7 为地址 数据复用总线 2 NC 为空脚 3 MOT 为总线模式选择 2324256 78395 当此接到 Vcc 时 选用的是 2324256 总 线时序 当它地或不接时 选用的是 78395 总线时序 4 CS 为片选端 5 AS 为地址锁存允许端 6 R W 在 Intel 总线下作为写 7 DS 在 78395 总线下作为读 8 RESET 为复位端 复位端对时钟 日历 RAM 无效 系统上电时复位端要保持低电 平 200ms 以上 DS12887 才可以正常工作 10 IRQ 为中断请求输出端 11 SQW 为方波输出端 当 Vcc 低于 4 25V 时没 作用 12 Vcc 为 D 5V 电源 13 GND 为接地端 第 12 页 西华大学毕业设计说明书 3 3 4 4 传传感感器器模模块块设设计计 1 DS18B20 温度传感器 DS18B20 温度传感器提供 9 位 二进制 温度读数 指示器件温度 所以无需 A D 转换 信息经过单线接口送入 DS18B20 或从 DS18B20 送出 因此从主机 CPU 到 DS18B20 仅需一条 线连接 而且 DS18B20 的电源可由数据线本身提供 相对于外部电源 转换时间要延长 因此每一个 DS18B20 在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个 DS18B20 可以 连接在一条单线总线上 DS18B20 的测量范围从 55 到 125 增量为 0 5 最高精度可 达 0 1 转换速度小于 1s 而在本遥测系统中采用外部电源供电温度测量工作方式 其中电阻 R 是上拉电阻 使得 单线总线的空闲状态是高电平 由于 DS18B20 只有一根数据线 因此它和主机 单片机 通信是需要串行通信 而 AT89C51 有两个串行端口 所以可以不用软件来模拟实现 经过单线接口访问 DC18B20 必须 遵循如下协议 初始化 ROM 操作命令 存储器操作命令和控制操作 要使传感器工作 一 切处理均从序列开始 主机发送 Tx 复位脉冲 最短为 480 s 的低电平信号 接着主机便释放此线并进 入接收方式 Rx 总线经过 4 7K 的上拉电阻被拉至高电平状态 在检测到 I O 引脚上的上 升沿之后 DS18B20 等待 15 60 s 并且接着发送脉冲 60 240 s 的低电平信号 然后以 存在复位脉冲表示 DS18B20 已经准备好发送或接收 然后给出正确的 ROM 命令和存储操作命 令的数据 DS18B20 通过使用时间片来读出和写入数据 时间片用于处理数据位和进行何种 指定操作的命令 它有写时间片和读时间片两种 写时间片 当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时 产生写时间片 有两种类 型的写时间片 写 1 时间片和写 0 时间片 所有时间片必须有 60 微秒的持续期 在各写周 期之间必须有最短为 1 微秒的恢复时间 读时间片 从 DS18B20 读数据时 使用读时间片 当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻 辑低电平时产生读时间片 数据线在逻辑低电平必须保持至少 1 微秒 来自 DS18B20 的输出 数据在时间下降沿之后的 15 微秒内有效 为了读出从读时间片开始算起 15 微秒的状态 主 机必须停止把引脚驱动拉至低电平 在时间片结束时 I O 引脚经过外部的上拉电阻拉回高 电平 所有读时间片的最短持续期为 60 微秒 包括两个读周期间至少 1 s 的恢复时间 一旦主机检测到 DS18B20 的存在 它便可以发送一个器件 ROM 操作命令 所有 ROM 操作 命令均为 8 位长 第 13 页 西华大学毕业设计说明书 DS18B20 的光刻 ROM 中存有 64 位序列号 它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码 64 位光刻 ROM 的排列是 开始 8 位 28H 是产品类型标号 接着的 48 位是该 DS18B20 自身的 序列号 最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码 CRC X8 X5 X4 1 光刻 ROM 的作用是使 每一个 DS18B20 拥有惟一的地址序列码 以确保在一根总线上挂接多个 DS18B20 所有的串行通讯 读写每一个 bit 位数据都必须严格遵守器件的时序逻辑来编程 同时 还必须遵守总线命令序列 对单总线的 DS18B20 芯片来说 访问每个器件都要遵守下列命令 序列 首先是初始化 其次执行 ROM 命令 最后就是执行功能命令 ROM 命令和功能命令后 面以表格形式给出 如果出现序列混乱 则单总线器件不会响应主机 当然 搜索 ROM 命令和报警搜索命令 在执行两者中任何一条命令之后 要返回初始化 基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的 初始化过程由主机发出的复位脉冲 和从机响应的应答脉冲组成 应答脉冲使主机知道 总线上有从机 且准备就绪 在主机检测到应答脉冲后 就可以发出 ROM 命令 这些命令与各个从机设备的唯一 64 位 ROM 代码相关 在主机发出 ROM 命令 以访问某个指定的 DS18B20 接着就可以发出 DS18B20 支持的某个功能命令 这些命令允许主机写入或读出 DS18B20 便笺式 RAM 启动温 度转换 软件实现 DS18B20 的工作严格遵守单总线协议 1 主机首先发出一个复位脉冲 信号线上的 DS18B20 器件被复位 2 接着主机发送 ROM 命令 程序开始读取单个在线的芯片 ROM 编码并保存在单片机数 据存储器中 把用到的 DS18B20 的 ROM 编码离线读出 最后用一个二维数组保存 ROM 编码 数据保存在 X25043 中 3 系统工作时 把读取了编码的 DS18B20 挂在总线上 发温度转换命令 再总线复位 4 然后就可以从刚才的二维数组匹配在线的温度传感器 随后发温度读取命令就可以 获得对应的温度值了 在主机初始化过程 主机通过拉低单总线至少 480us 来产生复位脉冲 接着 主机释 放总线 并进入接收模式 当总线被释放后 上拉电阻将单总线拉高 在单总线器件检测到 上升沿后 延时 15 60us 接着通过拉低总线 60 240us 以产生应答脉冲 写时序均起始于主机拉低总线 产生写 1 时序的方式 主机在拉低总线后 接着必须在 15us 之内释放总线 产生写 0 时序的方式 在主机拉低总线后 只需在整个时序期间保持 低电平即可 至少 60us 第 14 页 西华大学毕业设计说明书 在写字节程序中的写一个 bit 位的时候 没有按照通常的分别写 0 时序和写 1 时序 而 是把两者结合起来 当主机拉低总线后在 15us 之内将要写的位 c 给 DO 如果 c 是高电平满 足 15us 内释放总线的要求 如果 c 是低电平 则 DO c 这条语句仍然是把总线拉在低电平 最后都通过延时 58us 完成一个写时序 写时序 0 或写时序 1 过程 每个读时隙都由主机发起 至少拉低总线 1us 在主机发起读时序之后 单总线器件才 开始在总线上发送 0 或 1 所有读时序至少需要 60us 单片机通过命令实现对 DS18B20 的控制 其支持的主要命令及其功能如表 3 4 1 所示 表 3 4 1 命令码功能说明命令码功能说明 33H读 ROM 中的 64 位地址序列码BEH读 9 字节暂存寄存器 55H 只有地址码匹配的 DS18B2 才 能接收后续的命令 4EH 写入温度上 下限 紧随其后 是 2 字节数据 对应上限和 下限值 F0H 锁定总线上 DS18B20 的个数 和识别其 ROM 中的 64 位地址 序列码 48H 将 9 字节暂存寄存器的第 3 和 4 字节复制到 EEPROM 中 ECH 只有温度超过上限或下限的 DS18B20 才做出响应 B8H 将 EEPROM 的内容恢复到暂 存寄存器的第 3 和 4 字节 44H 启动 DS18B20 进行温度转换 结果存入 9 字节的暂存寄存器 B4H 读供电模式 寄生供电时 DS18B20 发送 0 外接电源时 DS18B20 发送 1 CCH 忽略地址序列码 适合单片 DS18B20 2 BISS0001 红外传感器 一 BISS0001的特点 BISS0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路 它配以热释电红外传感器和 少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关 它能自动快速开启各类白炽灯 荧光灯 蜂 鸣 器 自动门 电风扇 烘干机和自动洗手池等装置 特别适用于企业 宾馆 商场 库房及 家庭的过道 走廊等敏感区域 或用于安全区域的自动灯光 照明和报警系统 1 CMOS 工艺 2 数模混合 3 具有独立的高输入阻抗运算放大器 4 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 5 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 第 15 页 西华大学毕业设计说明书 6 采用 16 脚 DIP 封装 二 BISS0001的管脚图说明 BISS0001 管脚图如图 3 4 2 所示 图 3 4 2 BISS0001 的管脚图 管脚说明如表 3 4 2 所示 表 3 4 2 引脚名称 I O 功能 1 AI 可重复触发和不可重复触发选择端 当 A 为 1 时 允 许重复触发 反之 不可重复触发 2 VoO 控制信号输出端 由 VS 的上跳变沿触发 使 Vo 输出从 低电平跳变到高电平时视为有效触发 在输出延迟时间 Tx 之外和无 VS 的上跳变时 Vo 保持低电平状态 3 RR1 输出延迟时间 Tx 的调节端 4 RC1 输出延迟时间 Tx 的调节端 5 RC2 触发封锁时间 Ti 的调节端 6 RR2 触发封锁时间 Ti 的调节端 7 VSS 工作电源负端 8 VRFI 参考电压及复位输入端 通常接 VDD 当接 0 时可使 定时器复位 9 VCI 触发禁止端 当 VcVR 时允许触 发 VR 0 2VDD 10 IB 运算放大器偏置电流设置端 11 VDD 工作电源正端 第 16 页 西华大学毕业设计说明书 12 2OUTO 第二级运算放大器的输出端 13 2IN I 第二级运算放大器的反相输入端 14 1IN I 第一级运算放大器的同相输入端 15 1IN I 第一级运算放大器的反相输入端 16 1OUTO 第一级运算放大器的输出端 三 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 VH 0 7VDD VL 0 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 3所示 第 17 页 西华大学毕业设计说明书 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 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 第 18 页 西华大学毕业设计说明书 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 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 19 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 3 3 6 6 键键盘盘显显示示 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能 则必须有键盘和 LED 显示 来对防盗报警系统进行电话号码的预设 本设计选用 HD7279 作为键盘显示驱动 3 6 13 6 1 HD7279HD7279 键盘显示芯片键盘显示芯片 该芯片支持 64 键盘和 8 位数码管动态显示 与传统的键盘显示芯片 8279 相比 外围芯片 少 与 CPU 仅有 4 线串行通信 大大的节省了 CPU I O 口的资源 HD7279 内部含有译码器 可直接接受 BCD 码或 16 进制码 并同时具有两种译码方式 此外 还具有多种控制指令 如左移 右移 闪烁 消隐 段寻址等 HD7279 具有片选信号 可方便的实现多于 8 位的显示或多于 64 键的键盘接口 其应用电路 如图 3 6 1 所示 第 20 页 西华大学毕业设计说明书 图 3 6 1 HD7279 的典型应用电路 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 第 21 页 西华大学毕业设计说明书 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 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 File New 在源程序编辑器中输入汇编语言或 C 语言源程序 或选择 File Open 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 Project New 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 第 22 页 西华大学毕业设计说明书 择 CPU 后