论文第一稿 刘隽颜201309438论文

Comment lh1 摘要写的可以 Comment lh2 无线有点重复 兰州交通大学毕业设计 论文 I 摘要 现代都市生活变得越来越快 普普通通的家居生活已经不能满足人们的生活 随 着电子科技的日益提升 无线家居控制系统也应运而生 无线家居控制系统对家中险 情实时监控 电器开关自动化 而且操作简单 方便 满足大多数人对现代家居系统 的要求 本次设计系统结构组成为外部传感器 单片机控制系统 GSM 短信模块和用户终 端四个部分 本次设计主要分两大部分 硬件部分和软件部分 硬件部分主要有单片 机模块 探测器模块 报警模块 LCD 液晶显示模块 步进电机模块和 GSM 短信模 块 软件部分主要有主程序设计 串口通信设计 GSM 短信收发设计 LCD 显示程序 设计 各个模块间配合工作 完成实时监测险情 发现险情立刻报警 向用户发送短 信 用户通过发送短信 来控制家中电器开关等功能 本次设计基于 51 单片机进行设计 通过 keil4 进行程序编写与调试 并进行实物 制作 通过实物测试 系统能够满足监控家中险情 显示家中安全状态 安防报警 发送报警短信 短信控制继电器与步进电机的开关等功能 关键字 无关键字 无线家居控制系统 线家居控制系统 GSM GSM 无线通信 安防报警无线通信 安防报警 兰州交通大学毕业设计 论文 II Abstract Modern city life has become faster and faster ordinary home life has been unable to meet people s lives with the growing electronic technology wireless home control system also came into being Wireless home control system for home dangerous real time monitoring electrical switch automation and simple convenient to meet most people on the modern home system requirements The design of the system structure for the external sensor microcontroller control system GSM massage module and the user terminal four parts This design is divided into two major parts the hardware part and the software part The main part of the hardware is the main program module the detector module the alarm module the LCD liquid crystal display module the stepping motor module and the GSM message module The software part mainly has the main program design the serial communication design the GSM message transceiver design and the LCD display program design Each module with the work to complete the real time monitoring of dangerous situations found danger immediately alarm to send text messages to users users by sending text messages to control the home electrical switches and other functions This design is based on 51 single chip design through keil4 program preparation and debugging and in kind production Through the in kind production test the system can meet the danger of monitoring the home showing home security status security alarm send alarm SMS SMS control relay and stepper motor switch and other functions Key Words Wireless home control system GSM Wireless communication Security alarm 兰州交通大学毕业设计 论文 III 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 系统研究背景与意义 1 1 2 系统研究现状 1 1 3 系统研究内容 2 2 系统总体设计 2 2 1 系统设计思路 2 2 2 系统工作原理 2 2 3 系统设计方案 3 2 4 集成开发环境 KEIL C51 5 2 5 单片机仿真软件 PROTEUS ISIS 5 3 系统硬件设计 6 3 1 单片机模块电路 6 3 2 防盗探测器电路 7 3 3 火灾探测器电路 8 3 4 温湿度测量电路 9 3 5 LCD 显示电路 9 3 6 本地报警电路 11 3 7 窗帘控制电路 12 3 8 GSM 模块电路 12 4 系统软件设计 13 4 1 主程序工作流程的设计 13 4 2 串口通信模块的设计 15 4 3 GSM 短信收发程序的设计 16 4 3 1 AT 指令简介 16 4 3 2 短信发送 17 兰州交通大学毕业设计 论文 IV 4 4 LCD1602 显示程序的设计 17 4 4 1 设置 LCD 坐标 18 4 5 步进电机程序的设计 19 4 5 1 设置正转和反转 19 4 5 2 步进电机运转指令 19 5 系统运行结果 20 Comment lh3 本部分要有文献引 用 Comment lh4 国内外研究现状 Comment lh5 缩进不对 兰州交通大学毕业设计 论文 1 1 绪论 1 1 系统研究背景与意义 随着现代社会的加速发展 人们的生活方式也发生了巨大的变化 十几年间 家用电 器越来越多 同时安全隐患也随之多了起来 现代城市家庭生活单调 大多都是朝九晚五的工作 在白天 大多数家庭室内空无一人 当家中发生某些险情 如火灾 盗窃等 户主很难及时发现 而现在大多住在多层或高层 楼内 邻里间也很难伸出援手 这种情况下 我们就需要一种安全可靠的智能管家 无线通信技术的快速发展为现代化的智能家居系统提供了技术上的保障 无线智 能家居系统具有应用范围广 操作便捷等特点 能满足人们对现代家居的需求 1 2 系统研究现状 智能家居的普及是未来社会发展的必然趋势 现在已经有很多国内外公司开始设计 制作各种基于家具住宅的无线智能系统 在无线智能家居的研发方面 国外的很多公司 的技术是领先我国的设计 美国比尔盖茨耗巨资建造的 未来之家 堪称智能家居的 佼佼者 豪宅内的一切都能根据主人或客人的意愿随意调节 澳大利亚的智能家居能让房 子里看不到一处开关 全自动化 除此之外 西班牙 日本 韩国等国家的智能家居系统 也在飞速发展 智能家居市场可谓是日新月异 数字化家居控制系统可以使得人们可以通过手机在任何时候 任何地点对家中 电器进行远程控制 比如下班途中预先将家中空调打开 让热水器提前烧好热水 这一 切的实现都仅仅是一个简单的短信 在海外市场各大公司飞速发展智能家居系统的同时 我国企业对智能家居的发展也 越发火热 最近十年 北京奥运会 上海世博会的成功举办 以及即将到来的北京冬奥会 举世瞩目的盛会也促使国内企业重视起来了智能家居系统 智能家居行业的快速发展 引来很多公司设计投资 小米 魅族 海尔 三星等众多科技公司加入其中 也有安居宝 瑞朗波创等新欣企业开始自己的智能家居研发工作 也取得了不错的成绩 加上国内房 地产企业的飞速发展 万达 碧桂园等企业也将智能家居加入到了自己的楼盘当中 总 体上来说 虽然我国智能家居相对发达国家发展比较晚 与国外差距仍在 但也取得了不错 的进行 相信在这一片蓝海行业 国内企业也能拿分一杯羹 Comment lh6 本文主要完成的内 容 Comment lh7 在总结的基础上 逐条列举你完成的内容 Comment lh8 新的章节要另起一 页 兰州交通大学毕业设计 论文 2 1 3 系统研究内容 无线智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术 控制技术 无线通信 技术等建立一个由家庭到小区的综合信息服务和管理系统 以此来提高居民住宅的安全 便捷的高端生活水平 本次设计系统主要研究了基于 GSM 网络的无线智能家居控制系统 确定了无线智 能家居控制的总设计方案以及各个功能模块硬件电路设计和软件程序设计 再对整个系 统进行了系统测试 最后进行实物的制作与实验 2 系统总体设计 2 1 系统设计思路 基于 GSM 的无线智能家居控制系统组成如 2 1 所示 该系统结构组成为外部传感 器 单片机控制系统 GSM 短信模块和用户终端四部分 外部传感器 单片机控制系统 用 户 终 端 GSM短信模块 图 2 1 系统组成图 本系统由外部传感器采集数据 根据实时数据来发送报警监控和监控信号 并将报警 信号和监控信号送入单片机控制系统中 再通过 GSM 模块向户主发送险情短信 让户主 了解到家中具体发生的情况 2 2 系统工作原理 该设计工作原理如下 当系统处于正常工作状态下时 单片机模块采集各个安全防护传感器模块 防盗探测 器模块 温湿度测量模块 火灾探测器模块等 所发出的实时数据 当家中有险情发生 时 如有人入室 燃气泄漏 发生火势等 则在本地报警模块在发出家中报警信号的同 兰州交通大学毕业设计 论文 3 时 再通过 GSM 模块对户主发送与异常相对应的报警信息 户主通过收到的报警信息 就可以了解到家中异常 并作出相应处理 如果家中没有险情发生 户主也能用发送手 机短信的方式控制家中电器设备的开与关 任务要求如下 1 具有防盗报警的功能 2 具有防火灾报警的功能 3 通过液晶显示屋内事实温度 4 发生异常发送报警短信 5 通过短信控制电机 2 3 系统设计方案 本次系统设计包括硬件设计和软件设计两大部分组成 硬件设计包括 单片机模块 防盗探测器模块 火灾探测器模块 温湿度测量模块 LCD 显示模块 本地报警模块 窗帘控制模块 GSM 模块等模块 结构图如 2 2 所示 软件设计包括 主程序模块 串口 通信模块 GSM 短信收发模块 LCD 显示程序模块 步进电机控制模块等 Comment lh9 兰州交通大学毕业设计 论文 4 防盗探测器 火灾探测器 温湿度测量 无 线 接 收 模 块 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 本地报警 电器开关控制 图 2 2 硬件结构图 在本次设计中 单片机模块是本次设计的核心 单片机硬件包括单片机 外围应用 电路和输入 输出设备等组成 软件即是各种工作程序的总称 在设计要求下 本次设计需要包含一下几个结构 1 单片机模块 本次设计的核心 用来用来接收各个模块发送来的信号并进行分 析与处理 包括复位电路和时钟电路 2 无线接收模块 该模块用来接收各个传感器发送来的信号 3 安全防范传感器模块 该模块包括防盗探测器 温湿度测量器 火灾探测器等 4 GSM 模块 保证可以与户主手机能够正常接收和发送短信 了解家中情况 控制 家中电器等 Comment lh10 这部分可以放在 软件部分介绍 兰州交通大学毕业设计 论文 5 5 本地报警模块 该模块含有声音报警及灯光报警 完成家中室内的警告和安全 报警的作用 6 电器控制模块 该模块确保收到户主短信能够让电器正确的打开与关闭 2 4 集成开发环境 Keil C51 Keil4 软件是现在常用也是最好操作的单片机开发软件 可以进行 51 单片机的开发 Keil 操作具体步骤如下 1 运行 Keil 新建工程 2 打开工程 新建文件 并保存将词缀改为 c 3 在工程中添加该文件 4 选择 option target for target 1 进行工程相关设定 5 选择自己所用的单片机型号和设置晶振频率 6 编写程序 在软件编程过程中 编程后要先进行各个模块的调试 再进行装置总体的调试工作 如果编写的程序在调试后没有问题 就可以生成 HEX 文件 在用烧录软件将程序导入到 单片机当中 2 5 单片机仿真软件 Proteus ISIS Proteus 单片机仿真软件是一款专业 功能强大的 EDA 工具仿真软件 该软件具有 以下特点 1 拥有绘制原理图功能 2 具有单片机及外围电路仿真 模拟电路仿真 数字电路仿真等仿真功能 3 拥有各种模拟仪器 如 信号发生器 示波器等 4 拥有软件调试功能 Proteus 单片机仿真步骤如下 1 运行 ISIS 新建一个设计文件 2 根据原理图 搭建电路图 3 双击单片机 加载 hex 文件 设置晶振频率 4 单机运行程序 观察并交互仿真图 Comment lh11 图要自己画 兰州交通大学毕业设计 论文 6 3 系统硬件设计 3 1 单片机模块电路 单片机模块是本次所设计系统的核心 单片机模块用来接受各模块传来的报警信 息的同时 进行对信息的分析与处理工作 再显示相应的信息 如果有险情发生 屋内在发 出声光报警的同时 通过手机通知户主险情 单片机模块负责连接控制系统的其他资源 单片机模块的基本电路主要有复位电路和时钟电路 1 复位电路 复位电路由单片机 STC89C52 的引脚 RST 和电 10 F 电容 10K 电阻 复位按键 串联组成 用来实现上电复位功能 其电路原理图如图 3 1 所示 图 3 1 复位电路 如图所示 单片机的复位引脚 RST 与电容和电阻中间相连 在电容与复位引脚 RST 间连一个复位按键 当系统通上电工作后 如果 RST 引脚上出现大于两个机器周期的 高电平 单片机便会进行复位操作 所以按下按键 S1 就能完成单片的复位功能 2 晶振电路 Comment lh12 同上 兰州交通大学毕业设计 论文 7 时钟电路主要功能为为单片机模块产生时间 时钟电路由单片机内部的高增益反相 放大器和晶振 微调电容构成产生时钟 将反向放大器的 XTAL1 输入端 和 XTAL2 输出端 与石英晶体及两个电容相连便能构成一个石英晶体振荡器 如图 3 2 所 示 一般电容 C4 和 C5 选用 30pf 左右的瓷片电容 图 3 2 晶振电路 3 2 防盗探测器电路 防盗探测电路采用门磁开关 门磁开关的本质是磁开关入侵探测器 一般安装在门窗位置用于检测门窗是否被打 开 门磁开关由开关和磁铁两部分组成 开关部分由磁簧开关通过引线连接制作而成 磁 铁部分是在塑胶内封装此贴制作而成 当磁体与开关之间的距离在 0 5 厘米以内时 开 关处于闭合状态 将不会发出报警信号 一旦开关与磁体之间的距离超过了 0 5 厘米时 开关就会变成开启状态 让放到探测器电路的电平发生变化 让探测器发出报警信号 设 计中采用的门磁开关内部电路原理如图 3 3 所示 Comment lh13 全文图全部重画 兰州交通大学毕业设计 论文 8 图 3 3 门磁内部电路原理 3 3 火灾探测器电路 本次设计的火灾探测器使用的是 MQ 2 烟雾传感器 当家中出现火情时 燃烧会产 生浓烟 MQ 2 则根据监测烟雾的浓度来实现对是否有火情的监控 MQ 2 烟雾传感器内部的气敏材料对烟雾很敏感 其内部电路如图 3 4 所示 图 3 4 烟雾传感器内部电路 烟雾传感器 H 为加热 端气敏器件两端为图中 A B 当传感器察觉到有烟雾气体 时 其内部阻值将会变小 然后比较器反相输入端电压大于同相输入端参考电压 比较器将 输出低电平 LED 发光 在电路中 可以通过调节的阻值来来控制烟雾传感器灵敏度 P R 的变化 兰州交通大学毕业设计 论文 9 3 4 温湿度测量电路 DHT11 温湿度传感器是一种内部含有了已校准数字信号的温湿度复合传感器 DHT11 通过数字模块采集技术和温湿度传感技术 确保传感器安全 可靠 稳定的运行 温湿度传感器内部有电阻式感湿元件和 NTC 测温元件 与内部一个 8 位单片机直接相连 DTH11 具有高质量 响应快 抗干扰强 性价比高等特点 DTH11 温湿度传感器在进 行信号检测处理的过程中需要调用校准系数 而这些系数是以程序的形式储存在 OTP 内 存中 DHT11 接线方式为单线制串行接口 这种接线方式让集成方式更为简易 DHT11 为 4 针单排引脚封装 这种封装方式能让用户自由调整 简单好用 温湿度测量电路如图 3 5 所示 图 3 5 温湿度测量电路 3 5 LCD 显示电路 在该设计中显示电路用来显示室内的温度湿度等情况 所需显示内容较多 LCD1602 液晶显示模满足本次设计的需要 LCD1602 液晶显示模块是系统设计中常用的显示数字 字母 符号的点阵型液晶 显示模块 LCD1602 液晶显示的内容为 它可以显示两行字符 LCD1602 各个 216 引脚的功能如表 3 1 所示 兰州交通大学毕业设计 论文 10 表 3 1 LCD1602 引脚功能 LCD 1602 液晶显示器通信方式为串行通信 LCD 1602 液晶显示器通信方式为串 行通信 LCD1602 液晶显示电路如图 3 6 所示 图 3 6 液晶显示电路 图中 R3 为 10K 点位器 用来调节 LCD1602 模块的亮度 引脚号引脚名输入 输出作用 1Vss电源地 2Vcc电源 5V 3Vee对比调整电压 4RS输入0 输入指令 1 输入数据 5R W输入0 向 LCD 写入指令或数据 1 从 LCD 读取信息 6E输入写操作时 下降沿使能 读操作时 高电平有效 7DB0输入 输出数据总线 line0 最低位 8DB1输入 输出数据总线 line1 9DB2输入 输出数据总线 line2 10DB3输入 输出数据总线 line3 11DB4输入 输出数据总线 line4 12DB5输入 输出数据总线 line5 13DB6输入 输出数据总线 line6 14DB7输入 输出数据总线 line7 最高位 15BLALCD 背光电源正极 16BLKLCD 背光电源负极 兰州交通大学毕业设计 论文 11 3 6 本地报警电路 本地报警部分由灯光报警和声音报警两部分组成 声音报警电路图如图 3 7 所示 图 3 7 声音报警驱动电路 灯光报警电路图如图 3 8 所示 图 3 8 灯光报警电路 当单片机模块收到检测到的险情信号后 如果满足相应条件就同时触发声音报警和 灯光报警 可以警告和安全报警的作用 因为蜂鸣器工作需要电流比较大 单片机不能直 接让蜂鸣器正常工作 所以要三极管来驱动蜂鸣器工作 当 P37 输出低电平时 即三极管 基极为低电平时 三极管此时为导通状态 蜂鸣器工作 当 P37 输出高电平时 即三极管基 级为高电平时 三极管此时为截止状态 蜂鸣器不工作 Comment lh14 仿真电路画 兰州交通大学毕业设计 论文 12 3 7 窗帘控制电路 因为窗帘的关闭与开启需要通过控制电机来实现 但直流电机的转动圈数不好控制 所以本系统通过一个步进电机来控制窗帘的打开与关闭 ULN2003a 芯片可以控制 5V 步进电机的正常工作 窗帘控制电路如图 3 9 所示 图 3 9 窗帘控制电路 3 8 GSM 模块电路 单片机模块受到报警信号同时还会向户主发送险情短信 短信收发通过 GSM 模块 实现的 本次设计中使用的 GSM 模块型号为 SIM800 SIM800 是芯讯通公司设计的 GSM 模块 集成了 GPRS 无线上网 GSM 语音通话 和收发短信等多种功能 SIM800 体积小 能耗低 有相当完善的接口 在发送险情短信 过程中 通过串口发送 AT 指令完成单片机模块与 GSM 模块之间的通信 GSM 模块接 口图如图 3 10 所示 图 3 10 GSM 接口图 兰州交通大学毕业设计 论文 13 4 系统软件设计 4 1 主程序工作流程的设计 主程序主流程图如图 4 1 所示 无线智能家居系统正常运行时或复位后 程序要对设备进行初始化操作 主要初始化 模块包括单对片机的定时器 中断模块 串行通信模块 LCD 显示模块 输入和输出 端口 GSM 等各个模块 在初始化完成之后 单片机将进入中断阶段 等待信息到来 当 单片机接收到按键指令后 单片机对是否进入布防状态进行判断 进入布防状态后 单片机模块通过不同传感器所发送出的各种信号进行的处理 如 果有报警信号发出 单片机模块会将会让本地报警模块和通过串口通信通过 GSM 让家 中警报响起同时向户主发送报警短信 告知户主家中发生的险情 当取消布防后 单片机也将取消各个模块的报警状态 再对所有程序进行初始化操作 主程序工作流程中主要模块有中断程序模块 串口通信模块 GSM 短信模块 LCD 显示模块等 下文将进行具体分析 Comment lh15 图中的文字为 5 号字 兰州交通大学毕业设计 论文 14 开始 初始化程序 传感器采样 是否异样 发送GSM短信 Y N Y N 报警组合方案 接收短信 报警处理 结束 图 4 1 主程序工作主流程图 兰州交通大学毕业设计 论文 15 4 2 串口通信模块的设计 在串口通信模块的设计中 报警主模块要在工作发生险情时向 GSM 模块发送短信 这需要设计串口通信在 STC89C52RC 单片机与 GSM 模块之间 串口通信模块的流程图 如图 4 2 所示 单片机模块向 SIM800 模块发送短信内容和所需控制命令 单片机模块 与 SIM800 模块是通过由 TXD 发送引脚 和 RXD 接收引脚 组成的串口所相互连 接的 对单片机编写串口通信程序是收发短信功能正常的前提 开始 初始化串口 打开串口 开始接受 根据协议格式进行数据 处理 将数据添加至数据库 关闭串口 查询数据 结束 Y N 兰州交通大学毕业设计 论文 16 图 4 2 串口通信流程图 首先要对串口进行初始化操作 才能进行串口通信程序的编写 串口初始化具体 步骤如下 1 对定时器 T1 工作方式进行设置 2 对定时器 T1 技术初值进行设置 3 对串口的工作方式进行设置 4 对定时器及串口的中断进行设置 5 启动定时器 T1 对串口进行初始化工作前 要设置波特率 SIM800 模块的波特率默认是 9600bps 在 串口通信当中 接收双方必须实现波特率相同 所以本次设计中要将单片机波特率设置为 同样的 9600bps 串口的初始化程序如下所示 SCON 0 x50 UART 方式 1 8 位 UART REN 1 允许接收 PCON 0 x00 SMOD 0 波特率不加倍 TMOD 0 x20 T1 方式 2 用于 UART 波特率 TH1 0 xFD TL1 0 xFD UART 波特率设置 9600 TR1 1 通过定时方式来控制寄存器 定时器设置为自动载入计数初值的方式 2 波特率和 单片机的振荡频率决定计数初值 THl TLl 的参数 本次设计中单片机晶振为 11 0592MHz 具体公式如下 4 1 1256 1232 2 串串串串串 SMOD TH fosc 因为 SMOD 0 所以定时器 T1 的初值为 0 xFD M0592 11fosc 4 3 GSM 短信收发程序的设计 4 3 1 AT 指令简介指令简介 AT 指令通常在 PC 和终端设备间的连接与通信上被运用 AT 指令运用示意图如 图 4 3 所示 图 4 3 TE 与 MS 通信示意图 TE 终端设备 MS 移动台 AT COMMAND 兰州交通大学毕业设计 论文 17 4 3 2 短信发送短信发送 当系统发现有险情发生是 必须发送对应短信通知用户 该功能由单片机与 GSM 模块 SIM800 之间的串口通信实现 单片机模块通过串口向 SIM800 发送 AT 指令来控 制给户主发送短信 1 GSM 模块初始化 为了确保短信的准确发送 给户主手机发短信前必须进行基本参数设置 所需用到 的 AT 指令有 SendString AT CMGF 1 r n SendString AT CSCS GSM r n SendString AT CMGS 信息发送指令 在程序内 以上指令都是用字符串的形式储存在各个指令数组之内 串口通信程序 中的串口字符串发送程序将 AT 指令数据通过串口发送给 M590 模块 如果如果 SIM800 芯片成功接受了这些设置 SIM800 芯片会发送 OK 字符 确保初始 化的顺利完成 设计中在每个指令发送后均要检测返回值 2 短信内容的处理 GSM 模块初始化完成后 通过设定户主号码并调用短信就能实现短信的自动发送功 能 本系统设计中各种警报 如火灾 盗窃等 通过各自对应的警报短信内容发给户主 这样就能让户主清楚知道家中所出现的险情 因此先对短信内容进行定义字符串的处 理 然后在外部中断程序中根据各种的报警内容来源来调用相应的短信发送程序 给户主 发送正确的短信内容 具体程序设计如 uchar code PhoneNO 186 1601 接收方号码 uchar code mesi1 Thief Go Home Quickly 有小偷速回家 uchar code mesi2 fire Go Home Quickly 着火速回家 4 4 LCD1602 显示程序的设计 LCD1602 液晶显示屏内含有驱动芯片 所以与单片机模块间实现数据显示需要并行 数据通信 LCD1602 显示电路的程序流程图如图 4 4 所示 兰州交通大学毕业设计 论文 18 开始 LCD1602初始化 光标定位 显示字符 结束 图 4 4 LCD1602 显示程序流程图 4 4 1 设置设置 LCD 坐标坐标 如果要在 LCD1602 上显示各种信息 一定要给信息显示的位置进行定位 信息定位 参数如下 void LCD disp char uchar x uchar y uchar dat 函数内的两个参数 x y 决定在 LCD 显示屏所显示字符位置 参数 x 定位的是