文献综述-基于GSM的报警系统的设计

一 硬件总体设计硬件整体设计主要由五部分组成：MCU单元，指示电路， 报警信号输入电路，GSM通信模 块接口部分，电源部分。硬件 设计原理框图见图1。GSM 接口图1 硬件设计原理框图1.1 MCU 中央控制部分（1）MCU的选用AT89S51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（FLASHROM）和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存 储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，内置功能 强大的微型计算机的AT89S52提供了高性价比的解决方案。（2）控制系统的主要功能1）处理传感器采集到的报警信息，对各种报警信号进行综合判断，确定警情，从而做出正确的判断。2）与GSM 模块 建立通讯，完成对GSM模块的初始化以及报警系统的个性化设置。3）完成单片机系统与GSM模块之间的数据协议转换，包括将报警信息转换成符合SMS 协议 的数据格式并传递给GSM模块进行 发送，以及将GSM 模块收到的短信控制命令转换成相应的控制信号。 1.2 指示电路部分报警信号输入电源部分MCU指示电路采用四个LED 发光管来指示整个系 统的工作状态，其中一个为电源指示，一个为GSM 与MCU成功建立 连接指示，一个为传感器有信号输入指示，一个为短信发送成功指示。1.3 报警信号输入接口电路报警信号输入接口电路主要是用于引入有传感器发出的信号。这里传感器可以是多种的。但是必须注意的是，无论是什么传感器，必须转换成开关信号之后才能送到单片机里面。1.4 GSM 通信模块接口部分虽然整个系统设计主要按照3.3V接口进行设计，然而像RS485 电路的输入、输出需要5V电平，同时GSM终端需要向用户提供TTL电平的串口输出。因此需要进行5V3.3V或者3.3V5V的电平转换。我们选用MAX232电平转换电路实现了电平的相互转换，电路如 图2所示。图2 电平转换电路RS-232是由美国 电子工业协 会（EIA）正式公布的、在异步串行通讯中应用最广的标准总线。它包括了按位串行传输率和机械方面的规定。适合短距离或带调制解调器的通讯场合。它不 仅已经被内置于每台PC ，而且已被内置于从微控制器到主机的多种类型的电脑和与它们连接的设备。你也可以将RS-232用在任何类型得计算机之间的简单连接中，它是一个被广泛使用的接口之一。目前，国内已经开始使用的GSM 模块有Falcom的A2D系列、Wavecome 的WMO2系列、西门子的TC35系列、 爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等，而且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35 系列模块性价比很高，并且已经有国内的无 线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块，功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。 TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合 ETSI标准GSM0707 和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和 传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。TC35i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。第1 14脚为电源部分： 15为电源电压输入端Vbatt+，610为电源地GND，11、12为充电引脚，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。 2429为SIM 卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND 。3340为语音接口，用来接电话手柄。 15、30、31和32脚为控制部分：15为点火 线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT 一个大于100ms低电平，模块才启动；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。1.5 系统供电部分为了保证系统运行的安全性，要给电路提供稳定的5V电源。GSM模块要用专用电源。二 系统软件设计2.1 下位机软件组成程序主流程图如图2所示。图3中的个人参数设置主要用来设定用户用作报警的电话、个性化报警短信文字等，既可以用计算机通 过串口进行设置，也可以通过手机短信的方式设置。参数中有个人密码项，一旦设定，整个系 统只受密码持有者控制。软件的一项重要工作是协议转换，GSM 模块以及手机支持的是GSM协议，要想使得单片机能够控制GSM模块的短信收发，必 须将相应的控制指令、报警状态等数据转换为相关格式，例如，手机短信支持的PDU或Unicode码格式。终端系统设计的核心部分是单片机与GSM无线模块的通信，串口通信与AT命令的设置和使用是程序设计的难点。系统软件设计采用模块化设计思想，主要分为单片机系统初始化模块、通信模块初始化模块、数据传输 模块、数据采集模 块等组 成。开始初始化与 GSM 建连接查询并存储中心号码判断是否有警情读电话号码发送信息是否完成群发图 2三 系统总体工作过程系统上电后，MCU 进 行初始化，之后通 过程序控制，经串口与GSM 模块建立连接。这里用到了TTL电压于232电压之间的一个转换 芯片RS232 ，上面已经对这个电路做了详细描述，在此不再叙述。于GSM模块成功建立连接之后，相应的指示灯D2点亮。建立连接后，开始查询短信中心号码，然后将查询到的号码存储在MCU的片内ROM。查询过中心号码之后，对GSM 模块的初始化也全部完成。开始等待外部报警信号的输入。当有报警信号输入时。相 应的警情指示灯D2点亮。通过程序进行对SIM卡内电话本的查询，这 也是我们提前自己设置好的 电话号码。 查询成功后开始发送短信内容。短信内容是PDU 格式，主要由中心号码，收短信人的电话号码，发出短信的字节数，短信内容及发送结束符和一些固定的字头组成。发送成功后，相应的指示灯D3点亮，并 检验是否设置的几个电话号码发送完了，如果还没发送完毕，返回电话查询，重复上述步骤。如果发送完毕 ，则熄灭警情指示灯和和发送成功指示灯，并返回是否出现警情的判断部分。附录1 整体电路图EA/VP31XTAL1 19XTAL218P3.0 10P3.7 17P3.616P3.5 15P3.2 12P3.4 14P3.313P1.0 1P1.1 2P1.2 3P1.3 4P1.4 5P1.5 6P1.6 7P1.7 8P0.039 P0.138P0.237 P0.336P0.435 P0.534P0.633 P0.732P2.021 P2.122 P2.223P2.324 P2.425 P2.526P2.627 P2.728 PSEN29ALE/P30 P3.1 11GND 20RST 9VCC40U18052CRY1 12MHzC733PFC633PFGNDC122uFR110KRESETS1VCCGNDR2200C1+1V+ 2C1-3C2+4C2-5V-6T2OUT 7R2IN 8R2OUT 9T2IN 10T1IN 11R1OUT 12R1IN 13T1OUT 14GND15VCC 16U2MAX232C21uFC31uFC41uFC5 1uFVCC162738495DB1GNDGNDR310K VCCS2 D1LEDR41KD2 D3 D4R51K R61K R71K附录2 程序清单;短信中心号码存放在40H到4BH;电话号码存放在50H到5BHSR EQU P1.7 ;信号输入端口WSZS EQU P0.0 ;握手成功指示指示JQZS EQU P0.1 ;警情指示FSCG EQU P0.2 ;短信发送成功指示HMBH EQU 30H ;查询电话本中电话号码的编号存储单元HMZS EQU 31H ;发送号码的总数DLYSJ EQU 33HSHIZAIS EQU 35HSHIZAIG EQU 36HORG 0000HAJMP MAIN ;转入主程序ORG 000BHLJMP T0INTORG 0013HLJMP EXTJDAORG 0030H;*以下为主程序进行CPU中断方式 设置*MAIN:MOV 30H,#31H ;SIM卡里的号码编号起始位置MOV 31H,#2 ;发送人个数的设定SETB IT0 ;设定INT0的触发式为脉冲负边沿触发MOV SCON,#50H ;设置成串口1方式MOV TMOD,#21H ;波特率发生器 T1工作在模式2上MOV TH1,#0FDH ;预置初值(按照波特率 9600BPS预置初值)MOV TL1,#0FDH ;预置初值(按照波特率9600BPS 预置初值)MOV TH0,#3CHMOV TL0,#0B0HMOV DLYSJ,#60HSETB EASETB ET0 SETB EX1SETB EX0SETB IT0SETB IT1SETB TR1 ;启动定时器T1MOV PCON,#128 ;设定SMOD 为1,波特率翻倍!;*以上完成串口19200通讯初始化设 置*;*和手机建立连接及询问和存储 中心号码*START: LCALL ATEOK ;开机发送ATE指令!LCALL CNMI ;发送(AT+CNMI=1,1,0,0,1),短信到达TECLR WSZS ;清零握手成功指示灯LCALL XRDXZX ;调用询问手机SIM卡中短信中心号码子程序;*完成和手机通信握手及询问及存储 中心号码*;*判断是否有警情，如果有 则发送短信 *PDJQ: JB SR,PDJQ ;判断是否有警情LCALL YS10MSJB SR,PDJQCLR JQZS ;警情指示灯亮DDHB: LCALL XRSJ ;读出授权电话号码,写入内存中DXFSC: LCALL CMGS ;调用短信发送指令LCALL PDGS ;判断短信发送指令是否发送成功，返回发送短信的符号JNZ DXFS ;指令发送成功则发送短信内容MOV DPTR,#1000 ;延时一秒钟LCALL DELAYXMSAJMP DXFSCDXFS: LCALL DXZT ;调用发固定的短信字头089168子程序LCALL ZXHM ;调用发送短信中心号码子程序LCALL DZZB ;调用短信中部固定数据11000D9168LCALL SJHM ;调用手机号码发送子程序LCALL DYZXSJ ;调用下部固定数据 000800LCALL FSZS ;调用发送短信字数子程序DXNRC: LCALL DXNR ;调用发送短信内容子程序MOV A,#1AH ;发送短信发送结 束符LCALL FSLCALL DXJC ;调用检测短信是否发送成功子程序JZ DXFS ;如果短信发送成功顺序执行，反之，跳转MOV DPTR,#1000 ;延时一秒钟LCALL DELAYXMSCLR FSCG ;清零发送指示灯INC 30H ;电话号码编号加一DJNZ 31H,DDHB ;判断是否完成群 发SETB FSCG ;熄灭发送成功指示灯SETB JQZS ;新灭警情指示灯MOV 30H,#31HMOV 31H,#2AJMP PDJQ;*完成警情判断及短信发送*;*手机握手子程序*;和手机握手,单片机发ATE手机回答OK子程序ATEOK: MOV DPTR,#500 ;延时五十毫秒LCALL DELAYXMS;发送ATE指令!LCALL AT_0MOV A,#45H ;将ASCII码E发送到串口去 LCALL FSLCALL HC ;回车!LCALL PDOK ;判断手机是否回答 OK?JZ ATEOK ;如果没有检测到OK,重复发RET;*;*发送AT+CNMI=1,1,0,0,1, 短信到达TE*CNMI: LCALL ATCMOV A,#4EH;4ELCALL FSMOV A,#4DH;4DLCALL FSMOV A,#49H;49LCALL FSMOV A,#3DH;3DLCALL FSMOV A,#31H;31LCALL FSMOV A,#2CH;2CLCALL FSMOV A,#31H;31LCALL FSMOV A,#2CH;2CLCALL FSMOV A,#30H;30LCALL FSMOV A,#2CH;2CLCALL FSMOV A,#30H;30LCALL FSMOV A,#2CH;2CLCALL FS MOV A,#31H;31LCALL FSLCALL HC;回车!LCALL PDOK ;判断手机是否回答 OK?JZ CNMI ;如果没有检测到OK,重复发RET;*;*检测及存储短信中心号码*XRDXZX: LCALL CXZH ;调用查询中心号码子程序MOV R3,#13 ;跳过13个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序JNC XRDXZX1;准备接收短信中心号码MOV R3,#5 ;循环接收5次MOV R0,#40H ;数据从40H-4BH内存开始存放TFSJ: INC R0 ;内存单元地址CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给AMOV R0,ADEC R0CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给AMOV R0,AINC R0 ;内存单元地址INC R0 ;内存单元地址DJNZ R3,TFSJ ;判断是否已经接收完10个短信中心号码?MOV A,#46H ;字母F的固定代码MOV R0,AINC R0 ;内存单元地址 CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给AMOV R0,AINC R0 ;内存单元地址;短信中心的号码已经存放在40H-4BH的内存中MOV R3,#13 ;跳过13个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序LCALL CXZH ;调用询问手机SIM卡中短信中心号码子程序MOV R3,#13 ;跳过13个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序LCALL JYZXHM ;调用校验短信中心号码子程序JZ XRDXZXAJMP XRDXZX2XRDXZX1:LCALL XRDXZXXRDXZX2:RET;发送AT+CSCA?查询短信中心号码子程序CXZH: MOV DPTR,#500LCALL DELAYXMSLCALL ATCMOV A,#53HLCALL FSMOV A,#43HLCALL FSMOV A,#41HLCALL FSMOV A,#3FHLCALL FSLCALL HC;回车!RET;校验短信中心号码子程序JYZXHM: CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据 MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,41H,JYZXHM1 ;判断串口数据1CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,40H,JYZXHM1 ;判断串口数据3CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,43H,JYZXHM1 ;判断串口数据8CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,42H,JYZXHM1 ;判断串口数据0CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,45H,JYZXHM1 ;判断串口数据0CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,44H,JYZXHM1 ;判断串口数据5CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,47H,JYZXHM1 ;判断串口数据9CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,46H,JYZXHM1 ;判断串口数据7CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,49H,JYZXHM1 ;判断串口数据5 CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,48H,JYZXHM1 ;判断串口数据0CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,4BH,JYZXHM1 ;判断串口数据0CLR RI ;软件清除串口中断标记MOV R3,#13 ;跳过13个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序AJMP JYZXHM2JYZXHM1:LCALL SBJYZXHM2:RET;*;*读电话本子程序*;读出授权电话号码,写入内存中XRSJ: MOV DPTR,#2000LCALL DELAYXMSLCALL CPBR ;读出授权电话AT+CPBR=MOV A,30HLCALL FSLCALL HCLCALL DCSJ ;跳过十二个数据JNC XRSJ;手机号码存放在50H-5BH的内存中MOV R3,#11 ;定义接收手机号码的数据长度MOV R0,#50H ;数据在内存的存放位置LCALL GPSSJ ;调用接收串口数据子程序MOV R3,#16 ;跳过16个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序 MOV 5BH,#46HRETDCSJ: MOV R3,#12 ;跳过12个数据LCALL TGSJ ;调用跳过串口数据子程序XRSJ1: RET;发送AT+CPBR=CPBR: LCALL ATCMOV A,#50HLCALL FSMOV A,#42HLCALL FSMOV A,#52HLCALL FSMOV A,#3DHLCALL FSRET;接收短信授权后的手机号码子程序GPSSJ: CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给AMOV R0,AINC R0 ;内存单元地址DJNZ R3,GPSSJ ;判断是否已经收全部数据？RET;*;*短信发送指令AT+CMGS= 69的发送*CMGS: LCALL ATCMOV A,#4DHLCALL FSMOV A,#47HLCALL FS MOV A,#53HLCALL FSMOV A,#3DHLCALL FSMOV A,#20HLCALL FSMOV A,#36HLCALL FSMOV A,#39HLCALL FSLCALL HCRET;*;*判断短信发送指令是否成功子程序 *PDGS: CLR RILCALL PDDA ;判断是否返回0D 0ALCALL PDRIMOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#3EH,WD ;判断串口数据CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#20H,WD ;判断串口数据CLR RI ;软件清除串口中断标记;判断手机是不是回答代 码? 0D 0A 3E 20MOV A,#0FFH ;检测到, 对A置1RETWD: CLR A;没有检测到,对A清零CLR RI;清除有串口数据标志RET;*;*发送短信固定字头089168子程序 *DXZT: MOV A,#30HLCALL FSMOV A,#38HLCALL FSMOV A,#39HLCALL FSMOV A,#31HLCALL FSMOV A,#36HLCALL FSMOV A,#38HLCALL FSRET;*;*中心号码发送子程序*ZXHM: MOV A,40HLCALL FSMOV A,41HLCALL FSMOV A,42HLCALL FSMOV A,43HLCALL FSMOV A,44HLCALL FSMOV A,45HLCALL FS MOV A,46HLCALL FSMOV A,47HLCALL FSMOV A,48HLCALL FSMOV A,49HLCALL FSMOV A,4AHLCALL FSMOV A,4BHLCALL FSRET;*;*发送短信中间固定数据11000D9168子程序*DZZB: MOV A,#31HLCALL FSMOV A,#31HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#44HLCALL FSMOV A,#39HLCALL FSMOV A,#31HLCALL FSMOV A,#36H LCALL FSMOV A,#38HLCALL FSRET;*;*手机号码发送子程序*SJHM: MOV A,51HLCALL FSMOV A,50HLCALL FSMOV A,53HLCALL FSMOV A,52HLCALL FSMOV A,55HLCALL FSMOV A,54HLCALL FSMOV A,57HLCALL FSMOV A,56HLCALL FSMOV A,59HLCALL FSMOV A,58HLCALL FSMOV A,5BHLCALL FSMOV A,5AHLCALL FSRET;*;*发送短信中间固定数据000800子程序 *DYZXSJ:MOV A,#30HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#38HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSMOV A,#30HLCALL FSRET;*;*发送的短信字数子程序*FSZS: MOV A,#33HLCALL FSMOV A,#36HLCALL FSRET;*;*发送短信内容子程序*DXNR: MOV DPTR,#TABMOV R2,#108MOV R3,#0DXNR1: MOV A,R3MOVC A,A+DPTR LCALL FSINC R3DJNZ R2,DXNR1RET;*;*短信发送检测*DXJC: MOV R3,#15LCALL TGSJJNC DXJC1LCALL PDOK ;短信发送成功,判断 OKDXJC1:RET;*;跳过接收数据的子程序(专门针对PDU码数据)TGSJ: SETB CCLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给AJNC XPAS ;如果检测到发生超时退出,就跳出这段程序DJNZ R3,TGSJ ;判断是否已经收全部数据？XPAS: RET;发送AT指令!AT_0: MOV A,#41H ;将ASCII码A发送到串口去LCALL FSMOV A,#54H ;将ASCII码T发送到串口去LCALL FSRETFS: CLR TI ;先对TI进行软件复位 MOV SBUF,ALCALL PDTI ;调用检测TI 变为高电平的子程序RET;发送HC 回车指令!HC: MOV A,#0DHLCALL FSMOV A,#0AHLCALL FSRET;检测手机是否回答OK?PDOK:LCALL PDDALCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#4FH,SB ;判断串口数据CLR RI ;软件清除串口中断标记LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#4BH,SB ;判断串口数据LCALL PDDA;判断是不是手机回答的OK代码? 0D 0A 4F 4B 0D 0AMOV A,#0FFH ;检测到OK,对A置1RET;检测手机是否回答0D/0A?PDDA:CLR RI ;清除有串口数据标 志LCALL PDRI ;2秒内检测串口是否有数据返回 ?MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#0DH,SB ;判断串口数据CLR RI ;软件清除串口中断标记 LCALL PDRI ;等待下一个串口数据MOV A,SBUF ;将串口寄存器中接收到的数据 给ACJNE A,#0AH,SB ;判断串口数据CLR RI ;软件清除串口中断标记RETSB: CLR ACLR RI ;清除有串口数据标志RET;判断串口数据是否接收成功？超时退出PDRI:MOV R1,#60 ;300毫秒超时退出!PBZ: MOV R4,#200DY2: MOV R5,#25DY1: JB RI,KKQ ;检测到RI变1就退出DJNZ R5,DY1 ;25微秒检测一次JB RI,KKQ ;检测到RI变1就退出SETB C ;程序正常时C=1DJNZ R4,DY2 ;内循环50毫秒DJNZ R1,PBZ ;超时退出CLR C ;对串口接收超时退出C=0CLR RI ;清除有串口数据标志KKQ: RET;判断串口数据时候发送成功？超时退出PDTI:MOV R1,#200;5毫秒超时退出!PSZ: MOV R4,#5DT2: MOV R5,#5DT1: JB TI,KQDJNZ R5,DT1JB TI,KQDJNZ R4,DT2;25毫秒检测一次 DJNZ R1,PSZ;超