基于单片机GSM的家居智能防盗控制系统设计毕业论文.doc

I 基于单片机基于单片机 GSMGSM 的家居智能防盗控制系统设计毕业论文的家居智能防盗控制系统设计毕业论文 目录目录 摘摘 要要 II 第第 1 1 章章绪论绪论 1 1 11 1课题背景课题背景 1 1 21 2家庭安防的发展与现状家庭安防的发展与现状 1 1 31 3 设计的目的和意义设计的目的和意义 3 第第 2 2 章章系统功能及总体设计方案系统功能及总体设计方案 4 2 12 1 系统功能系统功能 4 2 22 2 总体方案设计总体方案设计 4 第第 3 3 章章 硬件系统设计硬件系统设计 6 3 13 1 主控芯片的选择主控芯片的选择 6 3 1 13 1 1 STC89C51STC89C51 的功能特性简述的功能特性简述 6 3 1 23 1 2STC89C51STC89C51 最小系统最小系统 7 3 23 2 GSMGSM 无线通讯模块无线通讯模块 SIM900ASIM900A 9 3 2 13 2 1 GSMGSM ModemModem 的主要功能的主要功能 11 3 2 23 2 2 GSMGSM ModemModem 的硬件电路的硬件电路 11 3 33 3 电源电路设计电源电路设计 14 3 3 13 3 1 5V5V 电源设计电源设计 14 3 3 23 3 2 传感器选型传感器选型 14 3 73 7 键盘与显示键盘与显示 15 3 7 13 7 1 4 44 4 矩阵键盘矩阵键盘 15 3 7 23 7 2 LCD1602LCD1602 16 第第 4 4 章章 家庭防盗报警系统的软件设计家庭防盗报警系统的软件设计 18 4 14 1 主程序流程图主程序流程图 18 4 24 2 外部中断外部中断 0 0 中断服务子程序流程图中断服务子程序流程图 19 4 34 3 串口通信的软件设置串口通信的软件设置 20 4 44 4 热释电红外热释电红外 HC SR505HC SR505 的软件设计的软件设计 21 4 64 6 液晶显示的软件设计液晶显示的软件设计 21 4 74 7 GSMGSM 模块中的模块中的 ATAT 指令指令 21 第第 5 5 章章 系统调试系统调试 24 5 15 1 GSMGSM 模块调试模块调试 24 5 1 15 1 1 设置短信中心号设置短信中心号 24 5 1 25 1 2 ATAT 指令调试指令调试 25 5 25 2 防盗报警系统调试防盗报警系统调试 27 第第 6 6 章章 总结总结 29 6 16 1 设计总结设计总结 29 西京学院毕业设计 II 6 26 2 展望展望 29 参考文献参考文献 31 致谢致谢 32 附录 程序源代码附录 程序源代码 33 硬件系统总图硬件系统总图 33 0 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 11 1课题背景课题背景 随着人们物质生活水平的不断提高 全国范围内建成了各式各样的现代化住宅小区 人们对家庭住宅的要求越来越高 特别是对个人安全和家庭财产安全的重视 人们不仅 希望拥有一个舒适 温馨的住所 而且对家庭住宅的安全性等方面也提出了更高的要求 另一方面 经济的快速增长也带来了很多的负面社会效应 城市 农村之间收入差距进 一步拉大 城市中的流动人口也随之急剧增加 盗窃 入室抢劫等案件呈现明显的增长 趋势 因此人们希望有一个可以安全生活的住所 但是犯罪分子的作案手段越来越高明 这使得以往那种依靠专人看管 小区物业管理等防范方式 已不能满足人们对家庭住宅 防盗的要求 此外 传统的家庭防盗监控方式需要耗费较大的人力 物力及时间 效率 低又不能保证家庭住宅的安全 上述情况都使得现代防盗报警系统慢慢深入到人们生活当中 尤其是电子和通信技 术的迅猛发展 各种新技术的不断涌现 传统的安防物防等形式已经不能满足要求 难 以适应当今社会新形势发展的需求 随着电子通信技术的进步和普遍应用 实现了家庭 安防系统的快速发展 基于通信设备的家庭防盗系统也迅速崛起 1 21 2家庭安防的发展与现状家庭安防的发展与现状 随着信息社会的发展 计算机和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中 并 提出了智能家居的概念 智能家居 Smart Home 系统是一个开放的 使用了多项高新技术 的智能化 人本化的集成型家居系统 1 它把宽带互联网 信息家电 家居自动化和家 庭安全防护防盗有机地结合到一起 智能化和网络化是未来家居发展的必然趋势 自从 世界上第一幢智能建筑 1984 年在美国出现后 多年以来 人们对智能家居环境的研究和 追求始终没有停顿过 1997 年 美国微软公司的总裁比尔 盖茨的新居落成 不仅具备 高速上网的专线 所有的门窗 灯具 电器都能够通过电脑控制 而且一个高性能的服 务器作为管理整个系统的平台 1998 年 5 月新加坡举办的 98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会 上 通过在 场内模拟 未来之家 推出了新加坡模式的家庭智能化系统 1999 年的时候 在德国汉 诺威举办的 Cebit 信息产品博览会确确实实展出了一所真正的信息住宅 国内的智能家居网络技术的发展始于上个世纪九十年代末 到 2000 年开始广泛介绍 西京学院毕业设计 1 和宣传智能家庭概念 使我国的居民了解智能家庭的概念 并感觉到我们在跨入新世纪 的同时 自己的家居也将进入智能化的新时代 2001 年是各个科研机构和公司从规划到 实际研发的关键一年 但由于没有智能家庭所需的接口标准 可选配的智能家用设备也 很少 限制了智能家庭网络的发展 到 2002 2003 年有相当一部分高档和中档的住宅小 区和私人住宅 在控制和管理上实现一般意义上的智能化 宽带网进入一般居民的住宅 和小区 到 2003 2004 年 我国自行研制的系统已经较为成熟 并有能力与国外的系统 和产品相抗衡 美国和欧洲在 2003 年 2004 年全面普及智能家庭网络 各种可连网的终 端电器设备大量出现在市场上 国内自行设计和生产的可连网的家用电器设备也有相当 的规模 到 2005 年 2007 年 我国将全面普及智能家庭网络系统和产品 即开始走进普 通居民的家居中 在这个时期 整个市场将是以我国自行研究和开发的系统和产品为主 国外的产品将在高档系统产品占有一席之地 其真正智能家庭网络的大市场将在 2004 2007 年中形成 如何建立一个高效率 低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题 对家 庭设备进行远程监控也是智能家居一个分支 人们希望在回到家前启动家中的空调以调 整到适当的温度 希望家中小偷入侵时能够报警 基于这些考虑本课题研究建立一个采 用 GSM 短信息对家居环境进行远程监控 实现家居智能化的系统 目前传统的机械式 防盗网 防盗窗 安防系统在实际使用中暴露了很多隐患 随 着电子技术的飞速发展 报警系统已从原来的简单化 局部化向智能化 集成化发展 而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机 分机与用户之间进行通 讯 目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号 以太网 集群系统等 等 但它们有各自的缺点 1 固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线 使其在关键时刻失 灵 2 以太网同样面临着线路被切断的隐患 且不易普及 3 集群系统功耗很大 网络架设和维护费用很高 而且需要购买固定的频点 针对以上通信方式的优 缺点 我设计了基于 GSM 短信模块的家庭无线防盗报警系 统 此系统可解决这些隐患 让家庭防盗更及时 使用更方便 它不再依赖有线电话执 行报警 而是借助最可靠 最成熟的 GSM 移动网络 以最直观的中文短消息形式 直接 把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上 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 一步步实现 千里眼 智能家居的理念 1 31 3 设计的目的和意义设计的目的和意义 西京学院毕业设计 2 随着时代的进步 人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求 尤其是在家居 安全方面 不得不时刻留意那些不速之客 现在很多小区都安装了智能报警系统 因而 大大提高了小区的安全程度 有效保证了居民的人身财产安全 由于红外线是不可见光 有很强的隐蔽性和保密性 因此在防盗 警戒等安保装置中得到了广泛的应用 此外 在电子防盗 人体探测等领域中 被动式热释电红外探测器也以价格低廉 技术性能稳 定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎 同时 SIM900A 型 GSM 模块自带 RS232 通信 端口 能够方便地与单片机相连 可实现报警信号的无线快速传递 直接将报警信息传 送到客户手机终端上 方便及时报警 通过 GSM 模块也能使该系统与 PC 终端相连 方便 多系统的协调统一管理 目前国内使用的各类防盗 保安报警器基本都是以超声波 主动式红外发射接收以 及微波等技术为基础 本设计所用的热释电红外传感器能以非接触的方式检测出人体辐 射的红外线 并将其转化为电压信号 同时 它还能鉴别出运动的生物与其他非生物 用热释电红外防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比 1 不需要红外线或电磁波等发射源 2 灵敏度高 控制范围大 3 隐蔽性好 可流动安装 自然界中 不论任何物体 也不论其本身是否发光 只要其温度高于绝对零度都会 一刻不停的向周围辐射红外线 红外线传感器是将红外辐射能转化为电能的一种光敏元 件 通常将红外传感器分为热型和光子型 热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射 作用引起元件本身的温度变化 其探测率 响应速度都不如光子型传感器 但由于热释 电红外传感器可在室温使用 灵敏度与波长无关 所以广泛地应用于民用领域 第第 2 2 章章系统功能及总体设计方案系统功能及总体设计方案 西京学院毕业设计 3 2 12 1 系统功能系统功能 该系统主要应用于家庭的室内或门窗上 具体安装位置还应结合房屋设计来选定 其价格低 抗干扰能力强 操作方便 工作环境温度为 0 40 C 系统通过研究国内家 庭防盗设备的特性与应用 考虑了干扰的消除措施 有效地避免干扰的产生 系统的器 件需要采用高性能低价原件 降低开发成本 而且能够满足大多数用户的需求 本系统 将对家庭环境中的异常情况进行智能控制 以期达到最佳的控制效果 本设计包括硬件 软件两部分 模块可划分为检测模块 报警模块和控制模块 电 路结构可划分为热释电红外传感器 报警器 矩阵键盘 单片机控制电路 软件结构有 循环检测 防盗报警两个功能 就此设计的核心模块来说 单片机是设计的中心元件 该系统也是单片机应用系统 的一种应用 单片机应用系统也是有硬件和软件组成 硬件包括单片机 输入 输出设备 以及外围应用电路等组成系统 软件是各种工作程序的总称 单片机应用系统的研制过 程包括系统功能分析 硬件设计 软件设计等几个阶段 图 2 1 系统功能示意图 2 22 2 总体方案设计总体方案设计 本系统以单片机 STC89C51 为控制中心 外接红外传感器 输入设备采用矩阵键盘 输出设备采用 LCD1602 液晶显示 通过键盘输入数字 可以设定接收报警信息的手机号 码 当传感器检测到有异常情况入侵时 单片机会触发报警输出设备发出蜂鸣器报警 热释电红外 蜂鸣器报警 矩阵键盘 MCUGSM户主 西京学院毕业设计 4 并且可以通过 GSM 模块将报警信息发送到用户手机上 使用户对异常情况做出反应 系 统结构图如 2 2 所示 图 2 2 系统结构图 GSM 模块 红外传感器 键盘输入 蜂鸣器报警 M C U 遥控布 撤防 备 用 电 源 西京学院毕业设计 5 第第 3 3 章章 硬件系统设计硬件系统设计 3 13 1 主控芯片的选择主控芯片的选择 STC89C51 作为普通 51 单片机已与广泛应用于各种产品中 其接口简单 方便使用 且功能强大 因此本系统采用 STC89C51 单片机作为主控制芯片 3 1 13 1 1 STC89C51STC89C51的功能特性的功能特性简述简述 STC89C51 的主要性能 与MCS 51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作 0Hz 33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I O口线 三个16位定时器 计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 STC89C51是一种低功耗 高性能CMOS8位微控制器 具有 8K 在系统可编程Flash 存储器 在单芯片上 拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash 使得STC89C51为众 多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效的解决方案 具有以下标准功能 8k字节 Flash 512字节RAM 32 位I O 口线 看门狗定时器 内置4KB EEPROM MAX810复 位电路 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 另外 STC89X52 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 最 高运作频率35Mhz 6T 12T可选 西京学院毕业设计 6 和atmel的对比STC89C51RC单片机 8K字节程序存储空间 512字节数据存储空间 内带4K字节EEPROM存储空间 可直接使用串口下载 AT89S52单片机 8K字节程序存储空间 256字节数据存储空间 没有内带EEPROM存储空间 3 1 23 1 2STC89C51STC89C51 最小系统最小系统 1 复位电路 51 为高电平复位 电容和电阻构成简单的上电复位 10K R11 10uF C8 S1 RST VCC 图 3 2 复位电路 2 蜂鸣器报警电路 如图 3 3 单片机 P15 输出高低电平经 R21 连接三极管 B 极控制三极管的导通与截止 从而使蜂鸣器工作 西京学院毕业设计 7 VCC P15 Speaker GND 5 1K R21 Res2 Q2 8550 图 3 3 蜂鸣器电路 4 独立键盘 如图 3 4 由六个按键组成 每个按键的一端连接 IO 口 另一端连接 GND 案件 分别接入 P37 P32 只要按下相应的按键 相应 IO 口被拉为低电平 程序可以判断相应 位是否为 0 来确认按键已按下 2 SW PB 3 SW PB 4 SW PB 5 SW PB 6 SW PB 1 SW PB P37 P36 P35 P34 P33 P32 GND 图 3 4 独立键盘 5 时钟 其中 Y1 是可插拔更换的 默认值是 12MHz C9 C10 30pf 它们决定了单片机的工作 时间精度为 1 微秒 30pF C10 30F C9 12 Y1 X1 X2 图 3 6 晶振电路 西京学院毕业设计 8 3 23 2 GSMGSM 无线通讯模块无线通讯模块 SIM900ASIM900A 本设计中单片机可实时监控系统工作状态 且具有现场声光报警功能 但对于出门 在外或经常出差的人来说 声音报警和灯光报警只能起到警示作用 实际意义不大 故 本系统选用了 GSM 模块进行短信报警 通过系统自动发信息的功能以方便地通知用户家 庭的安防状态及系统的运行状况 短信报警电路采用 SIM900A 模块 要实现目前 GSM 无线传输必须选择对应的设备 通过比较和核对 最终选定 SIM900A 模块来进行无线传输 SIM900A 新版西门子工业 GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块 工作 在 EGSM900 和 GSM1800 双频段 电源范围为直流 3 3 4 8V 电流消耗 休眠状态为 3 5mA 空闲状态为 25mA 发射状态为 300mA 平均 2 5A 峰值 可传输语音和数据信 号 功耗在 EGSM900 4 类 和 GSM1800 1 类 分别为 2W 和 1W 通过接口连接器和天线连 接器分别连接 SIM 卡读卡器和天线 SIM 电压为 3V 1 8V SIM900A 的数据接口 CMOS 电平 通过 AT 命令可双向传输指令和数据 可选波特率为 300b s 115kb s 自动波特率为 1 2kb s 115kb s 它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS Short Message Service 短消息 可通过 AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复 1 技术特点 SIM900 SIM900A 短信模块体积小 重量轻 低功耗 支持数据 语音 短消息和传真 SIM 应用工具包 AT 命令集控制 RA 最大值 语音解码标准三种速率 半速 ETS 06 20 西京学院毕业设计 10 全速 ETS 06 10 增强型全速度 ETS 06 50 06 60 06 80 短信息MT MO CB 和 PDU 模式 外型尺寸 54 5 x 36 x 3 6mm 音频接口模拟信号 麦克风 耳麦 免提手柄 通讯接口RS232 指令和数据的双向传送 SIM 卡操作电压 3V 1 8V 电话薄功能存储于 SIM 卡中 模块复位采用 AT 指令或掉电复位 串口通讯波特率 300bps 115kbps 自动波特率范围 4 8kbps 115kbps 软件下载功能通过 RS232 或 SIM 接口 实时时钟可实现 时钟频率 32 768KHz 定时器功能可用 AT 命令编程 3 2 13 2 1 GSMGSM ModemModem 的主要功能的主要功能 a 收发短信 b 借助短信实现远程小批量数据传输 c 语音通话 GSM 电话 d 数传模式实现无线实时数据通信 e 无线上网 自动应答型 3 2 23 2 2 GSMGSM ModemModem 的硬件的硬件电路电路 模块要求 12V 500mA 供电 与计算机或单片机通过串口通信 波特率 9600bp 通过 SIM 卡座来安装 SIM 卡 1 SIM900A 模块概述 SIM900A 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块 工作在 EGSM900 和 GSM1800 双频段 电源范围为直流 3 3 4 8V 电流消耗 休眠状态为 3 5mA 空闲状态为 25mA 发射状态为 300mA 平均 2 5A 峰值 可传输语音和数据信号 功耗在 EGSM900 4 类 和 GSM1800 1 类 分别为 2W 和 1W 通过接口连接器和天线连接器分别连 接 SIM 卡读卡器和天线 SIM 电压为 3V 1 8V SIM900A 的数据接口 CMOS 电平 通过 AT 命令可双向传输指令和数据 可选波特率为 300b s 115kb s 自动波特率为 西京学院毕业设计 11 1 2kb s 115kb s 它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS 短消息 可通过 AT 命令或关断信号 实现重启和故障恢复 SIM900A 由供电模块闪存 ZIF 连接器 天线接口等 6 部分组成 作为 SIM900A 的核心基带处理器主要处理 GSM 终端内的语音和数据信号 并涵盖了蜂窝 射频设备中的所有模拟和数字功能 2 SIM900A 引脚介绍 SIM900A 模块有 40 个引脚 通过一个 ZIF Zero Insertion Force 零阻力插座 连 接器引出 这 40 个引脚可以划分为 5 类 即电源 数据输入 输出 SIM 卡 音频接口和 控制 SIM900A 的第 1 5 引脚是正电源输入脚 第 6 10 引脚是电源地 11 12 为充电引 脚 可以外接锂电池 13 为对外输出电压 共外电路使用 14 为 ACCU TEMP 接负温度 系数的热敏电阻 用于锂电池充电保护控制 SIM900A 使用外接式 SIM 卡 24 29 为 SIM 卡引脚 分别为 CCIN CCRST CCIO CCCLK CCVCC 和 CCGND ZIF 连接器上有 6 个引脚 作为 SIM 卡的接口 SIM 卡上也有 6 个引脚分别与它相对应 SIM 卡同 SIM900A 是这样 连接的 SIM 上的 CCRST CCIO CCCL CCVCC 和 CCGND 通过 SIM 卡阅读器与 SIM900A 的 同名端直接相连 ZIF 连接座的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡是否插好 如果连接正确 则 CCIN 引脚输出高电平 否则为低电平 33 40 为语音接口 可以直接驻极体话筒和扬 声器用来采集声音或者放音 15 30 31 32 脚为控制脚 其中 15 脚是启动脚 IGT 系统加电后为使 SIM900A 进 入工作状态 必须给 IGT 加一个大于 100ms 的低脉冲 电平下降持续时间不可超过 1ms 30 为 RTC backup 31 为 Power down 32 为 SYNC 16 23 为数据输入 输出 分 别为 DSR0 RING0 RXD0 TXD0 CTS0 RTS0 DTR0 和 DCD0 SIM900A 模块的数据输入 输出接口实际上是一个串行异步收发器 符合 ITU T RS232 接口标准 SIM900A 的 SYNC 引脚有两种工作模式 一种是指示发射状态时的功率增长情况 另 一种是指示 SIM900A 的工作状态 可用 AT 命令 AT SYNC 进行切换 本模块使用的是后一 种 当 LED 熄灭时 表明 SIM900A 处于关闭或睡眠状态 西京学院毕业设计 12 Q5 PNP D10 SYNC D2 VDD R9 R16 R22 R17 VCC GNDGND P32 图 3 7 SYNC BAT 1 BAT 2 BAT 3 BAT 4 BAT 5 GND 6 GND 7 GND 8 GND 9 GND 10 POWER 11 POWER 12 VDD 13 BAT TEMP 14 IGT 15 DSR0 16 RING0 17 RXD0 18 TXD0 19 CTS0 20 RTS0 21 DTR0 22 DCD0 23 CCIN 24 CCRST 25 CCIO 26 CCCLK 27 CCVCC 28 CCGND 29 VDDLP 30 EMERGOFF 31 SYNC 32 EPP2 33 EPN2 34 EPP1 35 EPN1 36 MICP1 37 MICN1 38 MICP2 39 MICN2 40 DIM1 TC35I SYNC EMERGOFF VDDLP MICN2 MICP2 MICN1 MICP1 EPN1 EPP1 EPN2 EPP2 BAT TMEP VDD POWER IGT DSR0 RING0 RXD TXD CTS0 RTS0 DTR0 DCD0 1 2 3 USB1 Header 3 RS1 22 RS2 22 RS3 22 VCC CCVCC 1 CCRST 2 CCCLK 3 GND 4 VPP 5 CCIO 6 CCDET1 7 CCDET2 8 U2 SIM CARD CCRST CCIO CCCLK CCVCC CCGND 0 01uf Cs1 CCGNDCCVCC 图 3 8 SIM900A 西京学院毕业设计 13 SIM900A 模块要想与单片机连接有两种方法 方法一 由于 SIM900A 模块自带 RS232 端口 若想与单片机连接 只需设计一个 TTL 转 RS232 电平电路 连接到 STC89C51 的 UART 口 另一端直接连接到 SIM900A 即可 如图 3 10 所示 串口模块由一个 MAX232 芯片和一个 COMPIM 串口端组成 COMPIM 端口负责与 GSM 连接 MAX232 负责与单片机连接 方法二 直接利用 SIM900A 模块的串口 TXD0 与单片机的串口 RXD 连接即可 两种方 法相比 第二种方法简单易行 便于实现 故本设计采用了第二种设计方法 3 33 3 电源电路设计电源电路设计 3 3 13 3 1 5V5V电源设计电源设计 系统的正常运行需要各种外围电路的配合 按照功能可分为电源电路 通信控制电 路和其它电路 电源电路为单片机 传感器和SIM900A模块提供各自所需的电压 稳定可靠的电源 设计是保障SIM900A模块正常工作的关键 单片机和传感器的正常供电电压要求为 5V SIM900A的供电电压推荐值为5V 为了达到上述供电要求 选用了1 5A电流输出降 压开关型集成稳压芯片LM7805 输入电压为6v 降压成5V供单片机和传感器电路 3 3 23 3 2 传感器传感器选型选型 要实现防盗功能 相应感器是必不可少的 而无论是哪种传感器 其最终输出的都 是开关量 1 热释电红外传感器 HC SR505 HC SR505 如图一所示是基于红外线技术的自动控制模块 采用德国原装进口 LHI778 探头设计 感应部分应用菲涅尔透镜对感应范围进行放大 灵敏度高 可靠性强 超低电压工作模式 广泛应用于各类自动感应电气设备 尤其是干电池供电的自动控制 产品 具有本身不发任何类型的辐射 器件功耗很小 隐蔽性好 价格低廉的优点 本次设计所用的是人体红外感应模块 HC SR505 模块里面包含了信号的放大电路和 比较电路 其外接管脚如图 3 20 所示 管脚说明 1 正电源 2 高低电平输出 3 电源负极 西京学院毕业设计 14 H 可重复触发 L 不可重复触发 CDS 光敏控制 图 3 20 SR505 MQ2 感应范围 5 7米 3 4米 3 4米 100度 3 4米 3 4米 100度 地面 5 7米 图 3 21 SR505 感应范围 3 73 7 键盘与显示键盘与显示 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 本设计采用 LCD1602 液晶显示和 4 4 矩阵键盘 3 7 13 7 1 4 44 4矩阵键盘矩阵键盘 矩阵键盘又称为行列式键盘 踏实 4 条 IO 线作为行线 4 条 IO 线作为列线组成的键 盘 在行线和列线的每一个交叉点设置一个按键 这样键盘中的按键个数就是 4 4 个 这种行列式键盘结构能够有效的提高单片机 IO 口利用率 如图 3 22 西京学院毕业设计 15 P1 7 P1 6 P1 5 P1 4 P1 3 P1 2 P1 1 P1 0 图 3 22 4 4 矩阵键盘 本设计采用 4 4 矩阵键盘按键 接单片机 P1 口 相关功能设置如图 3 23 图 3 23 4 4 矩阵键盘功能设置 功能说明 图中为括号的内容表示该按键按下则相关数字送给单片机进行存储和显 示 非数字键按表格中的功能在程序中实现 3 7 23 7 2 LCD1602LCD1602 本设计采用 1602LCD 液晶显示频作为显示工具 当系统向外拨号 发送信息或有来 电以及新信息进来时 通过按键控制执行相关应答 1602LCD 同时显示相关指令指示 液晶显示器的显示原理 线段的显示 点阵图形式液晶由 M N 个显示单元组成 假设 LCD 显示屏有 64 行 每行有 128 列 每 8 列对应 1 字节的 8 位 即每行由 16 字节 共 16 8 128 个点组成 屏上 64 16 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应 每一字节的内容和显示屏上相 应位置的亮暗对应 例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H 00FH 的 16 字节的内 容决定 当 000H FFH 时 则屏幕的左上角显示一条短亮线 长度为 8 个点 当 3FFH FFH 时 则屏幕的右下角显示一条短亮线 当 000H FFH 001H 00H 002H 00H 00EH 00H 00FH 00H 时 则在屏幕的顶部显示一 3 键号 0 7 键号 1 11 键号 2 15 键号 3 2 发信息 6 键号 4 10 键号 5 14 键号 6 1 挂机 5 键号 7 9 键号 8 13 键号 9 0 拨号 4 接听 8 清屏 12 空闲 西京学院毕业设计 16 条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线 这就是 LCD 显示的基本原理 LCD1602 主要技术参数 显示容量 16 2 个字符 芯片工作电压 4 5 5 5V 工作电流 2 0mA 5 0V 模块最佳工作电压 5 0V 字符尺寸 2 95 4 35 W H mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 VSS VDD VEE RS RW E D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK D0 LCD LCD1602 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RP1 RESPACK 8 VCC GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P2 4 P2 5 P2 6 D1 D2 D4 D5 D6 D8 D2 D4 D0 图 3 24 液晶显示 西京学院毕业设计 17 第第 4 4 章章 家庭防盗报警系统的软件设计家庭防盗报警系统的软件设计 4 14 1 主程序流程图主程序流程图 整个系统主要的分为两个状态 布防状态 撤防状态 当撤防时 报警系统停止工作 当按下布防的按键时 系统就进入布防警戒状态 开始监控 一旦有意外发生能及时通 知户主采取急救措施 有效避免财产损失 程序是由主程序 开机初始化模块 布防撤防模块 传感器检测模块 串口初始化 和 GSM 通信模块组成 1 主程序 单片机上电后即执行主程序 主程序调用开机初始化模块 之后确定 用主人是否在家模块 确定要工作的状态 2 开机初始化模块 该模块控制所有模块的指示灯点亮以确定所有模块都正常工 作 同时对单片夹内部特殊寄存器进行赋值 设置完毕后进入布防状态 只有当系统复 位后此模块才会再次被调用 3 撤防模块 该模块调用对输入的定时扫描 直到进入布防状态 5 无人在家状态布防模块 该模块调用传感器检测模块 定时模块对外部输入进 行检测 在传感器被触发的情况下发出警报并进入发送短信模块 6 传感器检测模块 采用定时扫描的方式进行实时检测防止报警被误触发 想主 人在家状态模块和无人在家状态模块返回各输入口状态 8 串口初始化和通信模块 该模块对在进入发送短信状态时对串口进行初始化 负责与串口数据的收发 并在发送短信完毕时对特殊寄存器和全局变量进行设置 防止 由于某些传感器一直处在触发状态而引起的短信重复发送 西京学院毕业设计 18 9 4 24 2 外部中断外部中断 0 0 中断服务子程序流程图中断服务子程序流程图 中断处理过程分为三个阶段 即中断响应 中断处理 中断返回 下图为中断响应 过程中硬件自动完成的流程图 如果中断响应条件满足 而且不存在中断受阻 CPU 将响 应中断呢 在此情况下 CPU 首先使被响应中断的 优先级激活 触发器置位 以阻断同 开始 初始化 设置是否进入布防状态 读红外传感器开 关量 读布 撤防开关 量 发短信 有人 行窃 布防 撤防 Y 0 1 1 西京学院毕业设计 19 级和低级的中断 然后 根据中断源的类别 在硬件的控制下内部自动形成长调用指令 此指令的作用是 首先自动将断点压入堆栈 但不自动保存 PSW 的内容 然后将对应的 中断源的入口地址装入程序计数器 CPU 中断响应结束后即转到中断服务程序的入口地址 从执行中断服务程序的第一条 指令开始到执行 RETI 返回指令为止 这个过程成为中断处理或中断服务 图 4 2 外部中断子程序流程图 4 34 3 串口通信的软件设置串口通信的软件设置 51 系列的串行口主要是由两个数据缓冲器 SBUF 一个输入移位寄存器 一个串行控 制寄存器 SCON 和一个波特率发生器 T1 等组成 特殊功能寄存器 SCON 用来存放串行口的 控制和状态信息 定时器 计数器 T1 作串行口的波特率发生器 其波特率是否增倍由特 殊功能寄存器 PCON 的最高位控制 在本设计中串口通讯是工作在方式 2 下的 方式 1 为 11 位异步通讯方式 即一个起 始位 8 个有效数据和一个停止位 还有一个附加位 波特率可以改变 由定时器T1 的溢出率决定 并可由 SMOD 加倍 发送操作在 T1 0 时 发送电路自动在 8 位发送数据 前后分别添加一位起始位和停止位 并在移位脉冲作用下由 TXD 引脚依次发送一帧数据 外部中断 0 读键值 校时键预设键复位键 校时子程序预设子程序复位子程序 出中断 西京学院毕业设计 20 发送完后自动维持 TXD 引脚为高电平 TI 也由硬件在发送停止位时自动置 1 需要由软 件将其请 0 第 9 位数字是 SCON 中的 T8 这位数据可由用户安排 在这里我设定为奇 偶校验位 4 44 4 热释电红外热释电红外 HC SR505HC SR505 的软件设计的软件设计 在本设计中 HC SR505 主要是实现对家中门窗的动态运动进行监控 进而来作为防盗报 警的依据 HC SR505 采用开关量信号输出 当收到单片机读信号后 通过判断点位高低 作为是否有盗贼入侵判断 4 64 6 液晶显示的软件设计液晶显示的软件设计 本设计中采用液晶显示 使数据更加直观 液晶显示屏选用 1602 它主要用于显示 加速度传感器采集到的 X Y Z 轴的加速度值以及温度传感器 DHT11 采集到的室内温度 值 以便更清晰直观地感受到报警系统的工作状态 其软件的主要思路如图 4 4 所示 调用显示子函数 液晶屏初始化 单片机发 送显示信号 液晶屏发 送响应信号 单片机分别 发送X Y Z轴 加速度及温度值 液晶屏显示 各个数据 单片机发 送关闭信号 液晶屏关闭 等待调用 图 4 4 液晶屏的软件设计 4 74 7 GSMGSM 模块中的模块中的 ATAT 指令指令 单片机与 SIM900 的软件接口通过 AT 指令完成 控制手机的短消息有关的 AT 指令有 西京学院毕业设计 21 A 单片机与 SIM900 模块由串口建立连接 AT B 设置 SIM900 模块工作模式 AT CMGF n n 0 PDU 模式 n 1 文本模式 通常要设置为 PDU 模式 在这种模式下 能传送或接受透明数据 用户自定义数据 C 读 SIM900 模块短消息数据 AT CMGR n n 为短消息号 十进制 D 列出 SIM900 模块内的短消息 AT CMGL n n 0 未读的短消息 n 1 已读 的短消息 n 2 未发送的短消息 n 3 已发送的短消息 n 4 所有的短消息 E 删除 SIM900 模块短消息 AT CMGD n n 为短消息号 十进制 根据设置不同 GSM 模块将收到的短消息保存在缓存单元或存入 SIM 卡 单片机从 GSM 模块中接收短消息实质上就是从 SIM 或缓存中读出信息 这主要利用 AT CMGR 和 AT CMGL 两条指令来完成 图 4 为短消息收发流程 由于不同的厂商对 AT 指令集的解释 代码和响应信息不一样 所以单片机首先要确认能否与 GSM 模块建立起通信 一般用 ATE 指令完成此确认 然后用 AT CMGF 指令选定短消息的数据格式 在收到 GSM 模块的正确 回答后以 AT 指令完成读出功能 一般用 AT CMGL 读取以前的信息 在收到手机的 R ING 振铃 数据时 用 AT CMGR 读取实时信息 AT 指令的指令符号 常数 PDU 数据等都是以 ASCII 编码形式传送 传送透明数据 必须把 SIM900A 模块的工作模式设置为 PDU 模式 单片机向 SIM900A 模块发送每一条指 令后 必须以回车符作为该条指令的结束 例如单片机向手机发送 AT CMGF 0 这条指 令 其 ASCII 编码序列为 41H 54H 2BH 42H 4DH 47H 46H 3DH 30H 0DH 最 后一个字节 0DH 就是回车符 表示该条指令结束 如果没有这个回车符 手机将不识别 这条指令 当 SIM900A 模块接收到一条完整的 AT 指令后 SIM900A 模块并不立即执行 该条指令 而是先把刚才接收到的 AT 指令的 ASCII 编码序列全部反发送出来 含 0DH 其次发送一个回车符和一个换行符的 ASCII 编码 即 0DH 和 0AH 然后执行该指令 西京学院毕业设计 22 开始 发送建立通讯连接指令 手机回答OK吗 手机初始化 设置PDU模式 发送 接收SMS 手机回答OK吗 结束 图 4 5 短消息收发流程 单片机读取 SIM900A 模块的 PDU 数据时 原始数据应该是 16 进制数 但读回的数 据仍然是 ASCII 表示的 16 进制数 这样一个字节的 16 进制数就变成了 2 个字节的 ASMII 码 但是 PDU 数据包中的数据字节长度部分仍然是实际字符长度 而不是变成 ASCII 码的字节长度 这在编程时应特别注意 否则 接收的数据就不完整 单片机接 收到 PDU 数据包数据后 必须将其恢复成 16 进制数据 其算法如下 设 a 为接收的 ASCII 码 b 为转换后的 16 进制数 那么如果 a39H 则 b a 30h 07H 最后把前后两个数合并为一个字节 SIM900A 模块向单片机应答 PDU 数 据包的字节数时不包括前 9 个字节数据 但向单片机传送 PDU 数据包时 包括这 9 个字 节的数据 例如 如果 SIM900A 模块应答的 PDU 数据长度为 50 而实际向单片机传送的 16 进制数据为 59 字节 ASCII 码为 2 59 字节 所以单片机必须按 2 59 个字节接收 PDU 数据 西京学院毕业设计 23 常用的 AT 指令如下表 表 4 1 SIM900A 与 SMS 相关的 AT 指令 AT 指令功能 AT CMGC Send an SMS commend 发出一条短信息命令 AT CMGD Delete SMS message 删除 SIM 卡内的信息 AT CMGF Select SMS message format 选择短消息格式 0 PDU 1 文本 AT CMGL List SMS message form preferred store 列出 SIM 卡内短信格式 PDU 文本 0 为未读 1 为已读 2 为 待发 3 为已发 4 为全部 AT CMGS Send SMS message 发短消息 AT CMGR Read SMS message 读短消息 AT CMGW Write SMS message to memory 向 SIM 内存中写入代 发的信息 AT CNMI New SMS message storage 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 message messages 选择蜂 窝广播信息 AT CSMP Set SMS text mode parameters 设置短信息文本模 式参数 第第 5 5 章章 系统调试系统调试 5 15 1 GSMGSM 模块调试模块调试 SIM900A GSM Modem 的软件协议 1 A 表示 ASCII 字符 A 00 或 00H 表示 16 进制数据 00 2 帧结构 帧头 固定为 0AAH 指令码 数据 西京学院毕业设计 24 5 1 15 1 1 设置短信中心号设置短信中心号 以焦作地区为例 短信中心号为 8613800371500 应向GSM MODEM 下发数据帧 AA 09 2B 38 36 31 33 38 30 30 31 30 30 35 30 30 16 进制数据 如果设置成功 GSM MODEM 应答 AA 09 8613800371500 如果设置不成功 GSM MODEM 应答 AA 09 ERROR 短信中心号设置后 保存在SIM 卡上 只需设置一次 也可以在手机上把短信 中心号设置好后再装入GSM Modem 以后就不用再设置 如图5 1 图5 1 设置短信中新号码 5 1 25 1 2 ATAT指令调试指令调试 PDU编码规则 目前 发送短消息常用Text和PDU模式 使用Text模式收发短信代码简单 实现起来 十分容易 但最大的缺点是不能收发中文短信 而PDU模式不仅支持中文短信 也能发送 英文短信 使用时首先设置SIM900A模块的工作模式 AT CMGF n n 0为PDU模式 n 1为 文本模式 通常设置为PDU模式 在这种模式下 能传送或接受透明数据 用户自定义数 据 AT CMGR n为读SIM900A模块短消息数据 n为短消息号 AT CMGL n为列出SIM900A 模块内的短消息 n 0是未读的短消息 n 1位已读的短消息 n 2位未发送的短消息 n 3为已发送的短消息n 4为所有短消息 AT CMGD n为删除SIM900A模块的短消息 n为短 消息编号 PDU模式收发短信可以使用3种编码 7 bit 8 bit和UCS2编码 7 bit编码用 于发送普通的ASCII字符 8 bit比那马通常用于发送数据信息 UCS2编码用于发送 Unicode字符 一般PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成 A 短信息中心地址长度 2位十六进制数 1字节 B 短信息中心号码类型 2位十六进制数 C 短信息中心号码 B C的长度将由A中的数据决定 D 文件头字节 2位十六进制数 E 信息类型 2位十六进制数 F 被叫号码长度 2位十六进制数 西京学院毕业设计 25 G 被叫号码类型 2位十六进制数 取值同B H 被叫号码 长度有F中数据决定 I 协议标示 2位十六进制数 J 数据编码方案 2位十六进制数 K 有效期 2位十六进制数 L 用户数据长度 2位十六进制数 M 用户数据 其长度由L中数据决定 以向手发中文信息 测试 为例 首先计算或查表得到 测试 的 UNICODE 编码为 6D4B 测 8BD5 试 向GSM MODEM 下发数据帧 AA 02 31 33 36 36 31 31 37 34 36 30 32 6D 4B 8B D5 GSM MODEM 可能返回于下信息 AA 01 ERROR 短信未从GSM MODEM 送出 可能是未登陆网络或SIM 卡故障 AA 01 OK 短信已从GSM MODEM 送出 但未送达短信中心 可能是信号质量差或天线连接不好 AA 01 SEND OK 短信已送达短信中心 并且短信中心已经下发给接收方 AA 01 SUCCESS0304111023123203041110231532 接收方已经收 到短信 注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回 GSM MODEM 已设置成 短信自动应答 AA 01 FAILURE0304111023123203041110331532 短信中心未能将 短信送达接收方或接收方已经收到短信 但其给短信中心的回应短信中心没有收到 注 意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回 一般情况下 由于短信不保证实 时性 所以从发送到对方接收到短信可能有5 10 秒的延时 使用中建议设置短信超时定 时器长度在20 30 秒左右 短信发送成功的返回信息 先返回 AA 01 SEND OK 31 如果接收方手机设置了短信自