基于GSM模块的防盗报警系统

0 GSMGSM 红外防盗防火报警器红外防盗防火报警器 上海交通大学上海交通大学 王建人王建人 1 内内 容容 摘摘 要要 随着社会快速的发展 科技力量不断的增强 教育体制不断的成熟 便捷的生活成为 人们的首选 人们越来越追求生活品质的提升 对于家电的需求也越来越大 这样就会出 现更多的安全隐患 所以急需一套更加先进的安全防盗措施 顺应时代的需要 本文设计 了一个家庭安防系统 采用先进的技术和便捷的方式 基于 GSM 模块和短信平台来实现 本文提出了这种家庭防盗措施的一些设计方案和思路 以及一些软件和硬件需要解决 的问题 这种家庭防盗系统非常方便 价格便宜 性价比很高 此设计可以实现远程监控 防火防盗的目的 最大程度的起到了保护私有财产的目的 具有很好的发展前景 关关 键键 词词 智能家居 远程监控 GSM 短信息 2 The system of the home burglar alarm is based on the GSM SMS module Author Dai Zhiguang Tutor Chen Xueming Abstract With the rapid development of social scientific and technological strength continuously increased the education system continues to mature convenient life become the first choice People are increasingly seeking to enhance the quality of life the demand for home appliances is also growing so there will be more of a security risk so the urgent need to secure a more advanced security measures Conform to the needs of the times we design a home security system that uses advanced technology and convenient manner based on the GSM module and the SMS platform to achieve This paper presents some of the design solutions and ideas such home security measures as well as some software and hardware problems to be solved This home security system is very convenient cheap very cost effective This design can achieve the purpose of remote monitoring of fire alarm the greatest degree of protection of private property has played a purpose with good prospects for development Key words Intelligent home Monitoring and controlling by long distance GSM Short message 3 目目 录录 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 1 前言前言 1 1 2 防盗报警系统在国际的发展防盗报警系统在国际的发展 1 1 3 防盗报警器以后发展和展望防盗报警器以后发展和展望 2 1 4 设计任务与要求设计任务与要求 2 第第 2 章章 系统方案设计系统方案设计 3 2 1 系统总体设计思路系统总体设计思路 3 2 2 系统方案设计系统方案设计 3 2 3 传感器简介传感器简介 4 2 3 1 红外探头的特性红外探头的特性 4 2 3 2 烟雾传感器 可检测其他气体泄漏 烟雾传感器 可检测其他气体泄漏 5 2 3 3 声光报警电路声光报警电路 6 2 4 51 系列单片机的内部组成系列单片机的内部组成 6 2 4 1 STC89C52 单片机的内部组成单片机的内部组成 7 2 4 2 STC89C52 单片机引脚及功能单片机引脚及功能 8 2 5 RS 232C 接口接口 9 2 6 TC35 短信模块简介短信模块简介 11 第第 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 12 3 1 电源电路设计电源电路设计 12 3 2 红外探测信号输入电路红外探测信号输入电路 13 3 3 时钟电路的设计时钟电路的设计 16 3 4 复位电路的设计复位电路的设计 16 3 5 RS 232 通信的设计通信的设计 17 3 5 1 RS 232 芯片选型芯片选型 17 3 5 2 MAX232 简介简介 17 第第 4 章章 软件设计软件设计 19 4 1 软件的程序实现软件的程序实现 19 4 2 主程序工作流程图主程序工作流程图 20 4 3 中断程序的流程图中断程序的流程图 21 4 4 报警电路流程图报警电路流程图 22 4 5 信号采集电路流程图信号采集电路流程图 23 第第 5 章章 结论与展望结论与展望 24 致致 谢谢 25 参考文献参考文献 26 附录附录 A 主要源程序代码主要源程序代码 27 附录附录 B PCB 图图 33 附录附录 C 电路总体原理图电路总体原理图 34 附录附录 D 高清实物图高清实物图 35 4 GSM 的家庭防火防盗报警系统 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1 11 1 前言前言 现在社会不断的进步 科技造福人类 人们生活水平得到很大的提高 所 以 人们对于自己的私有财产更加重视 对于防盗的要求更加到了一个新的高 度 本设计的目的就是为了设计出一款可以让家人外出时不再担心出现特殊情 况 不会再担心家里的安全问题 1 21 2 防盗报警系统在防盗报警系统在国际的发展国际的发展 很久很久以前 防盗系统就已经有所发展 在北美 大街小巷几乎都可以 看到报警求救装置 发生危险时会发出呼救 附近的警察会第一时间赶到 并 且 警局的网络系统和这种装置无缝连接 这样 即使距离较远的警察也能在 第一时间收到消息 随着时间推移 科学技术的迅猛发展 这个行业有了迅雷 不及掩耳之势的成长 报警信息可以不受限制传输到很远的地方 但是 这种 方式也存在短板 所以之后出现的电话代替了古老的传递信息的方式 电话线报警的方式得到实现 得益于电话和自动拨号系统的普及 显而易见 科学技术的迅猛发展为此行业奠定了根基 要想把各种各样的 报警信息汇聚到一个地方 高速 顺畅的通讯网络是前提 有限的警力才可以 得到最大程度的有效分配 用于服务社会 国外智能防盗技术已经发展的很成熟了 从北美的智能防盗技术的发展就 可以看到世界的发展水平 无论是实际应用还是理论指导 都值得我们认真的 学习和借鉴 1 31 3 防盗报警器防盗报警器以后发展和展望以后发展和展望 社会的不断发展进步 人口流动性变大 治安不定性因素越来越多 所以 5 社会治安稳定就显得的更加重要 一些传统的金属防盗器具暴露出一些问题不 得不使我们好好思考以下几个问题 如 影响楼房美观 市容整洁 影响火灾 救援通道 时间久了金属生锈等原因也存在一定的隐患 所以设计出一款最新的防盗报警系统显得多么重要 并且慢慢的会造福于 社会各界 为了打造出一种全新模式的小区管理 相关部门特别给小区做出了 相关的要求以及提出一些建议 因此 一个智能小区应该很注重安全防护的建 设 1 41 4 设计任务与要求设计任务与要求 1 此防盗防火系统的设计包含两个方面硬件和软件 MQ 2 烟雾传感器 蜂鸣器 数据 单片机控制 GSM 是主要的几个方面 2 系统可实现功能 当人外出时 可把此装置设定成布防状态 传感器开 始工作起来 当有人闯入到探测器的范围或者烟雾探测器检测到烟雾浓度过高时 所有的一切都会被传感器一一捕捉下来 经单片机处理之后 带动执行报警电 路 此时 用户会收到防盗防火信息 第 2 章 系统方案设计 2 12 1 系统总体设计思路系统总体设计思路 图 2 1 GSM 家庭防盗报警系统 基本工作原理如下 前端探测器检测到有人体辐射时 会将其转化为一个电 信号 通过一系列的处理发送到单片机 单片机自己作出判断 如果达到警情 前 端 探 测 器 单 片 机 控 制 器 GSM 短 信 模 块 用 户 终 端 6 条件 它将发送一条短信给用户 实现防盗报警 2 22 2 系统方案设计系统方案设计 图 2 2 总体设计框图 人体经过探头的扫描时将红外光谱转换成电信号 经过一系列的处理 送 至门限开关 然后打开门限阀门送出 TTL 电平到 51 报警状态由软件查询和识 别判决等控制 如何实现报警功能呢 传感 器 1 传感 器 5 信 号 处 理 电 路 89C52 单片机 复位 电路 时钟 电路 GSM 短信 模块 用户终端 移动电话 GSM 网络 串口 通信 串口 通信 声光报 警 7 2 32 3 传感器简介传感器简介 图 2 3 传感器的内部电路框图 2 3 12 3 1 红外探头的特性红外探头的特性 1 这种探头主要检测人体辐射 所以红外辐射必然可以被元件捕捉到 2 为了排除其他干扰 通常在辐射面加入特殊的滤光片 3 两个互相串联的热释电元组成了被动红外探头的传感器 4 在那片范围之内出现人时 人体的辐射经过部分聚焦 然后被元件接收 因为接收到的热量是不可能相同的 热释电也不可能相同 但是又不能消除 最后经过一系列的处理然后报警 5 按照人们需求差异 菲尼镜片的焦距也不尽相同 所以会有不同的视角 2 3 22 3 2 烟雾传感器 可检测其他气体泄漏 烟雾传感器 可检测其他气体泄漏 图 2 3 2 位烟雾传感器模块电路图 烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的 该设计采用的 是 MQ 2 气体传感器 它采用的气敏材料是在 二氧化锡 SnO2 当传感器所处 环境中存在可燃气体时 传 感器的电导率将随空气中可燃气体浓度的增加而增 8 大 由于 SnO2 在清洁空气中电导率较低 所以 MQ 2 气体传感器对液 化气 丙烷 氢气的灵敏度高 对天然气和其它可燃蒸汽的 检测也很理想 并且简单 的电路即可将电导率的变化转换为 与该气体浓度相对应的输出信号 是一款适 合多种应用的低成本传感器 2 3 32 3 3 声光报警电路声光报警电路 图 2 3 3 蜂鸣器声光报警模块电路图 如果家里进入小偷或者有烟雾 天然气泄漏 的话 红外传感器和烟雾传 感器都可以有所反应 这时 电路板上的 LED 提示灯就会亮 同时蜂鸣器也会 发出声音 提醒人们做出防范措施 2 42 4 5151 系列单片机的内部组成系列单片机的内部组成 主要特性如下 1 加强型 8051 单片机 指令代码完美兼容传统的 两种规格的时钟 的机器周期可以任意选择 2 工作电压 5 5V 3 3V 5V 单片机 3 8V 2 0V 3V 单片机 3 工作频率范围 0 40MHz 等价于普通 8051 的 0 80MHz 实际工 作频率可达 48MHz 4 用户应用程序空间为 8K 字节 5 片上集成 512 字节 RAM 6 具有 EEPROM 功能 7 具有看门狗功能 8 定时器 T0 T1 T2 9 9 工作温度范围 40 85 工业级 0 75 商业级 10 PDIP 封装 STC89C52RC 单片机的工作模式 掉电模式 典型功耗很低 先进入中断唤醒状态 然后进入中断返回状态 最后激活原程序 空闲模式 典型功耗 2mA 正常工作模式 典型功耗 4Ma 7mA 2 4 12 4 1 STC89C52STC89C52 单片机的内部组成单片机的内部组成 图 2 4 是 STC89C52 内部系统组成的基本框图 外时钟源 外部事件计数 INT0 INT1 内中断 控制 并行口 串行通讯 图 2 4 C52 系统基本框图 时钟电路4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 时 计数器 89C51 单 片机 中断控制 64KB 总线控 制器 并行接口 串行接口 10 2 4 22 4 2 STC89C52STC89C52 单片机引脚及功能单片机引脚及功能 1 端口线 一共有 32 条 用与数据之间的传输与导通 P0 口 P0 0 P0 7 是一个多功能端口 适用于传输信号 P1 口 P1 0 P1 7 数据的读写 单一功能端口 P2 口 P2 0 P2 7 作为普通 I O 端口或传输地址信息 多功能端口 P3 口 P3 0 P3 7 可以作为普通 I O 口 多功能 传输控制信息时 P3 0 RXD 串口输入 P3 1 TXD 串口数出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 计数器 0 输入 P3 5 T1 计数器 1 输入 P3 6 WR 写 控制信号线 P3 7 RD 读 控制信号线 2 电源线 共 2 条 VCC VSS GND 3 控制线 共 6 条 传送控制信号 ALE 地址锁存 多功能端口被区分 ALE 0 1 数据 地址 EA 程序存储器 EA 0 1 内外存储器 PSEN 片外 ROM 选通 RST 芯片复位线 XTAL1 XTAL2 外接石英晶体输入线 图 2 5 为 STC89C52 单片机的引脚图 11 图 2 5 STC89C52 单片机引脚结构 2 52 5 RS 232CRS 232C 接口接口 接口定义说明如下表 2 1 所示 图 2 6 RS 232 DB9 的引脚图 表 2 1 RS 232 DB9 的接口定义 编号名称功 能 说 明 1DCD载波检测 2RXD接收数据 3TXD发送数据 4DTR数据终端准备好 5GND信号地 6DSR数据准备好 7RTS请求发送 8CTS允许发送 9RI振铃提示 在一般的应用系统中 CPU 和 I O 设备之间传送信息 两者都是 DTE 比如 PC 和色温计 即 RXD TXD 和 GND 连接方式见图 2 7 12 图 2 7 三线连接法 2 62 6 TC35TC35 短信模块简介短信模块简介 TC35 短信模块是一款很常见的 GSM 模块 它的用途很广 可以用于传输很 多数据 TC35 串口可以工作于多种波特率 1 2kbit s 2 4kbit s 4 8kbit s 9 6kbit s 19 2kbit s 38 4kbit s 5 7 6 kbit s 和 115 2 kbit s 具体应用如图 2 8 所示 图 2 8 TC35 结构图 13 第 3 章 硬件电路设计 3 13 1 电源电路设计电源电路设计 电源电路的功能介绍 电源电路提供原动力 起着非常重要的作用 通过降压 将 220v 变为 5V 给后面的电路提供动力 在整个电路中电源如果没电了 那将 意味着整个电路都将瘫痪 1 电源变压器 它可以降压得到我们想要的电压 然后传送给整流电路 2 整流电路 一个桥式由 4 个二极管组成的 直流电在 50Hz 的正弦交流电 转化而成 整流后的电压约为 9V 3 滤波电路 我们可以利用 C101 清除一些我们不需要且干扰我们的因素 从而得到平滑的直流电压 4 稳压电路 为了达到我们的目的 不能被一些其它因素干扰了 所以我们 研究决定使用 7805 稳压电路 14 图 3 1 直流稳压电源电路 3 23 2 红外探测信号输入电路红外探测信号输入电路 各电路如图 3 2 到图 3 5 所示 3 2第一级放大电路 图 3 2 中 R1 的阻值可以根据实际情况进行调整 产生的微弱信号由 S9014 进行放大 放大后的信号由 C2 耦合到下一级 15 图 3 3 二级放大电路图 16 图 3 4 电压比较器电路图 图 3 5 中 当系统收到报警时 单片机需要 J2 来驱动它 单片机要是想解 除低功耗状态必须要靠低电平 而且唤醒整个电路 高电平一直会输出 如果 一直没有报警信号的输入 图 3 5 数字信号输入电路 3 33 3 时钟电路的设计时钟电路的设计 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出 该反向放大器可以设置 17 为片内振荡器 石晶振荡和陶瓷振荡都适用 XTAL2 不能用外部时钟源驱动器 件 图 3 6 为时钟电路 图 3 6 时钟电路图 3 43 4 复位电路的设计复位电路的设计 复位电路分为两种 一种是自动复位另一种是手动复位 单片机工作以后 复位操作的完成需要在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平 此设计就属 于手动复位 图 3 7 为复位电路 图 3 7 复位电路图 18 3 53 5 RS 232RS 232 通信的设计通信的设计 3 5 13 5 1 RS 232RS 232 芯片选型芯片选型 由于 PC 机是系统的主控机 RS 232 总线标准用于 PC 和单片机之间的通讯 即采用 MAX232 为 RS 232 通信收发器芯片 3 5 23 5 2 MAX232MAX232 简介简介 组成包括 2 个驱动器 2 个接收器和一个电压发生器组成一个 MAX232 相 当于电平之间的相互转化 电路提供 TIA EIA 232 F 电平 该器件符合 TIA EIA 232 F 标准 每一个接收器将 TIA EIA 232 F 电平转换成 5 V TTL CMOS 电平 图 3 8 是 MAX232 的内部电路构造图 图 3 8 MAX232 的内部电路构造图 下面是 MAX232 的引脚介绍 第一部分是电荷泵电路 由 1 2 3 4 5 6 脚和 4 只电容构成 功能 是产生 12v 和 12v 两个电源 提供给 RS 232 串口电平的需要 第二部分是数据转换通道 由 7 8 9 10 11 12 13 14 脚构成两个数 据通道 其中 13 脚 R1IN 12 脚 R1OUT 11 脚 T1IN 14 脚 T1OUT 为第一数据通道 8 脚 R2IN 9 脚 R2OUT 10 脚 T2IN 7 19 脚 T2OUT 为第二数据通道 TTL CMOS 数据从 T1IN T2IN 输入转换成 RS 232 数据从 T1OUT T2OUT 送到电脑 DB9 插头 DB9 插头的 RS 232 数据从 R1IN R2IN 输入转换成 TTL CMOS 数据后从 R1OUT R2OUT 输出 第三部分是供电 15 脚 GND 16 脚 VCC 5V 第 4 章 软件设计 4 14 1 软件的程序实现软件的程序实现 本设计的实现硬件占有很大的比例 软件配合着硬件 硬件一旦确定下来 软件就是唯一的 根据要求的不同基本可以分为两类 一是监控软件 主程序 它是整个系统的重中之重 调节着各方面的运行 二是执行软件 子程序 好多非常重要的功能都是它来完成的 以下是每个子程序的准备原则 短信报警 子程序 发出报警信号时 激活相应的报警程序即可 20 4 24 2 主程序工作流程图主程序工作流程图 首先点开始按钮 进入初始化状态 接着进入布防状态 然后分为两个支 路 一个是红外传感器 另外一个则是烟雾传感器 如果两个传感器没有布防 成功 则继续进入布防状态 一直到布防成功为止 当红外传感器检测到有人 时 会给用户发出短信且声光报警 最后警报消除 进入布防状态 如果警报 没有解除 则会再次进入警报状态 同理 烟雾传感器和红外传感器相同 4 34 3 中断程序中断程序的流程图的流程图 首先 中断源发出请求 然后关中断保护现场 INT0 端有输入信号关闭短信 21 报警 然后恢复现场开中断 最后中断返回 如下图 4 2 所示 图 4 2 中断流程图 首先 中断源发出请求 然后关中断保护现场 INT0 端有输入信号关闭短 信报警 然后恢复现场开中断 最后中断返回 中断源发出中断请求 关中断 保护现场 INT0 端有输入信号关闭短信报警 恢复现场 开中断 中断返回 22 开始 初始化 P2 0 是否 为高电平 电路启动 短信报警模块 报警结束 4 44 4 报警电路流程图报警电路流程图 报警电路开始运行 然后初始化 检测 p2 0 是否为高电平 如果不是高电平则 返回开始状态 如果是高电平 电路启动短信报警模块 最后一直到结束 否 是 图4 3 报警电路流程图 23 4 54 5 信号采集电路流程图信号采集电路流程图 首先电路开始运行 然后进入初始化 检测是否有盗贼入侵 如果没有盗贼入 侵 则返回开始状态 如果有盗贼入侵 信号经过处理之后变为高电平 传送 到单片机 INT0 口数据采集 如果信号采集完成 则整个过程结束 如果没有采 集完 则继续采集 一直到采集结束为止 否 是 否 是 开始 初始化 盗贼入侵 信号经处理 输出高电平 单片机 INT0 口 数据采集 采集完毕 信号采集结束 24 图4 4 信号采集流程图 25 第 5 章 结论与展望 本文设计了一款可以利用短信实时报警和远程监控的家庭警报器 利用了 一种特殊的传感器 能够以最快的速度和最精准的数据来检测是否有人进入 同时还可以排除一些可见光和不可见光的干扰 该报警器顺应时代的潮流 安 装使用都非常的方便 而且非常智能化 报错的几率很小 随着时代的发展 人们的防盗意识越来越强 我相信此设计在以后的发展中会有质的飞跃 会有 更加广阔的天地 经过这么长的时间以来 深刻的体会到理论和实践都非常的重要 不能只 是单一的来研究 要全面的发展 经过这么多天辛苦的研究 我使用了实验室 好多实验器材以及没有见过的一些实验器材 同时我发现自己需要继续努力去 学习 体会到理论知识的重要性 学会了运用各种工具各种资源来解决问题 在毕业设计中 我们应该多多注意细节的问题 有时就因为一个小小的细节 导致严重的后果 26 致致 谢谢 在论文即将完成之际 我要感谢敬爱的负责的陈老师给我论文的指导 谢 谢他在我苦思冥想找不到方法的时候悉心给我指导 并耐心的引导我找到解决 的方法 不遗余力的帮助我鼓励我 给我带来希望 他就像是希望的灯盏 为 我指引前进的方向 在一次又一次的对老师的请教中 我学到了很多 陈老师 一次又一次耐心细心认真的解答也让我很敬佩 在此 我要感谢陈老师对我的 指导和付出 没有他的谆谆教诲 也就没有这篇论文的出彩 同时 我也要感谢同学们给我的帮助和建议 感谢同学们给我提出的各种 建议和想法 黄珊说 你有一个思想 我也有一个思想 交换一下 我们就会 有很多思想 他们的想法给了我很大的启发 也让我深刻意识到了自己论文 的优点和缺点 正是有了亲爱的陈老师和有爱的同学们的帮助 才让我能够坚 持下去 越走越远 感谢你们我的良师益友 最后 请接受我最诚挚的谢意 27 参考文献 1 博世为中国市场带来更灵敏 更安全 更具创新性的 B 系列防盗报警系统 J 智能建筑 与智慧城市 2016 02 2 杜英玲 孙宗保 李军 降低防盗报警系统误报率的方法探讨 J 科技展望 2014 13 3 基于物联网智能家居发展分析 J 通讯世界 2016 06 4 浅析智能建筑中防盗报警系统的设计 J 中国新技术新产品 2014 24 5 基于 GSM 短信模块的家居防护系统设计 J 通讯世界 2016 07 6 基于单片机和 GSM 的数据传输系统的设计 J 电子制作 2015 03 7 黄媛婕 基于 GSM 模块与 Zigbee 模块的智能家居 J 电子制作 2016 04 8 潘朝 罗小巧 黄佳 李平 崔顺艳 基于 GSM 短信的智能家居控制系统的设计 J 电子 测量技术 2013 06 9 基于单片机实现 GSM 短信的防火防盗报警系统设计 J 微处理器 2014 05 10 基于短信通讯模块的塔机 SMS 监测系统设计与实现 J 微计算机信息 2012 10 28 附录附录 A A 主要源程序代码主要源程序代码 include include include 头文件 define uint unsigned int define uchar unsigned char 宏定义 按键 sbit key1 P3 2 布防 sbit key2 P3 3 撤防 sbit key3 P3 4 紧急报警 sbit BUZZ P0 4 蜂鸣器 sbit rsd P2 4 热释电输入 sbit yanwu P2 5 sbit LED B P2 3 布防指示灯 sbit LED S P2 0 发送消息指示灯 uchar code PhoneNO 接受号码 uchar code somebody 67094EBA8FDB5165FF0C8BF76CE8610F3002 有人进入 请注意 uchar code somebody1 70DF96FE6D535EA68FC79AD8FF0C8BF76CE8610F3002 烟雾浓度过高 请注意 uchar code somebody2 67094EBA8FDB5165FF0C70DF96FE6D535EA68FC79AD8FF0C8BF76CE8610F3002 有人进入 烟雾浓度过高 请注意 uint TIME 50ms 0 计时的最小分辨率 50ms uint time continue uchar TIME ALAM 0 bit flag 0 flag BF 0 bit flag time start 0 bit again 0 bit flag alam bit SOS bit flag continue bit into BF 0 29 void delay uint z 延时函数 uint x y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void Uart init TMOD 0X20 T1 方式 2 8 位 自动重装 TH1 0Xfd TL1 0Xfd 9600 TR1 1 定时器 1 启动 SM0 0 设置串口的工作模式 SM1 1 方式 1 REN 0 允许串口接收数据 ES 0 串口中断应许 EA 1 开启中断 void SendASC uchar d SBUF d while TI TI 0 void SendString uchar str while str SendASC str str delay uart 1 void TIME 30 if flag 0 delay 50 TIME 50ms if TIME 50ms 10 0 LED B LED B if TIME 50ms 400 TIME 50ms 0 flag BF 1 LED B 0 flag time start 0 again 1 else delay 50 TIME 50ms if TIME 50ms 10 0 LED B LE