基于GSM的防盗报警系统设计

存档编号基于GSM的防盗报警系统设计教学学院电子信息学院届别2011届专业电子信息工程学号070802035姓名陈明指导教师管明完成日期1目录目录1内容摘要2关键词2ABSTRACT2KEYWORDS21绪论311课题提出的背景312房屋防盗系统的发展313本文设计目的及主要的工作42GSM网络和短消息业务（SMS）421GSM网络的含义及其组成422短消息业务（SMS）63硬件设计731红外对管传感器732单片机控制报警电路833GSMMODE设计134系统软件设计1641开发工具介绍1642系统总设计1743STC89C52与GSMTC35通信的设计185系统测试2051TC35的测试2052系统总体测试23结束语25致谢26参考文献27附录282内容摘要随着中国经济的不断发展，人们生活的不断提高，越来越多的奢侈品进入寻常百万家。随之而来的就是房屋防盗成为了急待解决的问题。现在市场上的报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制和无法及时有效地通知户主等缺陷。本系统通过红外对管传感器监测入侵者，由单片机与GSM串口通信，来实现报警，能很好的解决以上问题。本文设计主要实现的是由红外对管传感器进行检测外人入侵室内的信号，并将它作为单片机外部中断信号控制单片机和GSM模块TC35通信，由GSM模块发送短信通知业主并打开监控器对屋内的犯罪活动实现监控录像。关键词GSM模块TC35单片机STC89C52红外报警ABSTRACTWITHTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFCHINASECONOMY,IMPROVEMENTOFPEOPLESLIFE,MOREANDMOREFAMILYHAVETHEVALUABLESTHEHOUSINGSECURITYHASBECOMETHEPROBLEMTOBESOLVEDNOWINTHEMARKETOFTHEALARMSYSTEMEXISTMISSTATEMENTRATEISHIGH,THEALARMSCOPEISLIMITEDBYREGIONANDCANNOTEFFECTIVELYANDTIMELYINFORMHOUSEHOLDERETCTHESYSTEMTHROUGHINFRAREDSENSORMONITORINGFORINTRUDERS,MONITORINGBYMCUANDGSMSERIALCOMMUNICATION,TOREALIZETHEALARM,CANSOLVETHEABOVEPROBLEMWELLTHISDESIGNISMAINLYREALIZETHROUGHINFRAREDSENSORMONITORINGFORINTRUDERS,ANDGIVEITASASINGLECHIPMICROCOMPUTEREXTERNALINTERRUPTSIGNAL,USETHESIGNALTOCONTROLTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERANDGSMMODULETC35COMMUNICATIONS,BYGSMMODULESENDSMSNOTIFYOWNERANDOPENTOTHECRIMINALACTIVITIESMONITORSREALIZETHESURVEILLANCEKEYWORDSGSMMODULETC35MCUSTC89C52INFRAREDALARM31绪论房屋防盗问题成为了现代快节奏生活人们的热门话题，设计合理的室内防盗装置无疑存在着巨大的市场价值。本文在查阅大量的文献和资料的基础上，对比各种防盗装置，发现现在市场上的报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制和无法及时有效地通知户主等缺陷。针对上述问题，下文结合红外传感器和无线通信网络的优点，从而很好的解决上述问题。11课题提出的背景目前市场上的防盗报警系统普遍存在着误报率高、报警范围受地域限制、无法及时有效地通知户主和易拆除等缺陷。这些缺点往往是致命的，无法实现报警功能，更是对资源的浪费。而往往盗窃发生后，警察的破案率极低，盗窃案大多都是现场抓获才能破案的。所以一套有价值的防盗系统必须要解决以上问题。GSM网络具有覆盖面广、成本低费用便宜、无噪声污染、不受地区和线路限制等优点，因此用GSM和单片机的串口通信来更快、更真实的实行对房屋安全的监控。通过GSM防盗系统对房屋提供保护可以是户主更好的、实时的了解到房屋的情况，对盗窃犯罪行为实施打击。本论文旨在设计一种基于GSM的防盗报警系统，用它来对犯罪分子的犯罪活动记录下来以打击入室盗窃的犯罪行为。12房屋防盗系统的发展（1）机械式防盗系统。此类防盗器大多数是防盗门、防盗窗加一把大锁。但是缺点是锁芯他的锁芯若是圆形锁孔、十字形、一字形或者其他普通锁芯，则防盗不安全。因为这些普通的锁芯用专用的开锁工具数秒内便可强力扭开，还是不安全。（2）蜂鸣器防盗系统。此类防盗器大部分是连接触碰式传感器，4当有人触摸到门窗时鸣叫。但缺点是报警范围小，易拆除。报警效果非常差，通常只起到了吓唬人的作用。而且行人无意碰到的可能性也比较大，误报率高。（3）监控器式防盗系统。这类防盗比较流行于大超市，近期也被引用到私人房屋内。但此类防盗缺点是浪费电力资源，毕竟家庭失窃概率是比较小的，因此装此类防盗系统成本比较高，普通家庭使用不够经济实惠。13本文设计目的及主要的工作为了很好的解决上述防盗系统的缺点，本文设计由红外对管传感器进行检测外人入侵室内的信号，并将它作为单片机外部中断信号控制单片机和GSM模块TC35通信，由GSM模块发送短信通知业主并打开监控器对屋内的犯罪活动实现监控录像。2GSM网络和短消息业务（SMS）GSM网络的短消息业务（SMS）具有无需建立联接，可靠性高的优点。能满足系统的报警要求，因此本系统选择短消息作为报警方式。21GSM网络的含义及其组成211GSM的组成GSM是GLOBALSYSTEMFORMOBILECOMMUNICATIONS的英文缩写，中文为全球移动通讯系统,是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统,GSM使用的是时分多址的变体。是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去。GSM通信系统主要由移动交换子系统（MSS）、基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成其中（1）移动台MSMS是GSM系统的移动用户设备，它由两部分组成，移动终端和5客户识别卡（SIM卡）。移动终端就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡就是“人”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM卡后移动终端才能接入进网。2移动交换子系统MSS完成信息交换、用户信息管理、呼叫接续、号码管理等功能。3基站子系统BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，完成信道的分配、用户的接入和寻呼、信息的传送等功能。212GSM的特点GSM数字蜂窝移动通信系统是完全根据ETSI制定的GSM技术规范研制的，它作为一种开放式结构和面向未来设计的系统具有下列主要特点1）GSM系统由几个分系统组成的，可与各种公众通信网互通互联。它有标准化的接口规范；2）GSM系统能提供国际的自动漫游功能，对于全部GSM移动用户可以进入GSM系统；3）GSM系统除了可以开放语音业务，还可以开放各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务；4）GMS系统具有加密和鉴权功能，能确保用户保密和网络安全；5）GSM系统具有灵活和方便的组网结构，频率重复利用率高，移动业务交换机的话务承担能力一般都很强；6）GSM系统抗干扰能力强，覆盖区域内的通信质量高；7）随着大规模集成电路技术的进一步发展，用户终端设备向更小型、轻巧和增强功能方向发展。随着移动通信技术的发展，根据目前GSM网络技术成熟，覆盖范围广的特点，合理有效地利用GSM网络资源，可以避免组建专用数据传输网络的成本费用高，通信距离短，通信效果差等诸多难题。22短消息业务（SMS）SMS（SHORTMESSAGINGSERVICE）是最早的短消息业务，也是现6在普及率最高的一种短消息业务。目前，这种短消息的长度被限定在140字节之内，这些字节可以是文本的。SMS以简单方便的使用功能受到大众的欢迎，却始终是属于第一代的无线数据服务，在内容和应用方面存在技术标准的限制。短消息服务器使移动电话（包括POCKETPCPHONE）能够使用GSM网络发送短消息。GSM标准中定义的点点短消息服务使得短消息能在移动台和短消息服务中心之间传递。这些服务中心是通过称为SMSGMSC的特定MSC同GSM网络联系的。短消息业务SMS它自身的优点有1收费低廉、随时随地。2能够承载多种数据。短消息有三种模式，块模式、PDU模式和文本模式。尤其是通过PDU编码的短信息内容可以是文字、声音或图象，可以实现手机图片或者铃声下载。随着SMS升级版本EMS和MMS的出现，短消息将能够支持更丰富多彩的数据。3可以实现推（PUSH）和拉（PULL）两种不同的工作模式。用户定制信息就是一种PUSH的工作方式，每天定时由服务商将用户定制的信息直接推送给用户。而点播则是一种PULL的工作方式，接收方服务提供商立即响应用户的请求。4能够保障传输中的安全。3硬件设计本报警系统硬件设计包括红外对管检测传感器的设计、单片机控制报警电路、GSMMODE的设计的设计三部分组成,如图31所示。GSM报警系统红外对管传感器单片机控制报警电路GSMMODE设计7图31系统的总体设计31红外对管传感器（1）红外发光二极管的特性红外发光二极管（IRED）发出的光波是不可见的，它发出的峰值波长为940NM左右，属红外波段，与一般半导体硅光敏器件的峰值波长900NM相近，甚为匹配。从波长角度看，选用红外发光管来触发硅光敏器件是最理想的。（2）光耦合器中的红外发光二极管红外发光管除了作为分立器件和光敏器件配合使用外，现在更多地是把它和光敏器件做在一起，成为光耦合器和光断续器。本系统采用光敏电阻和红外发光管做在一起形成的红外对管作为报警触发电路。当发光管和接收管中间没有障碍物时，接收管电阻相对R5的电阻100K来说可以忽略不计，此时单片机P15管脚输入为低电平，电路处于初始化状态；当有入侵者经过发光管和接收管中间时，接收管电阻变大，电阻大于R5的100K，此时单片机P15管脚输入为高电平，电路处于触发状态。红外对管电路原理图如图32所示。R5100KR4200发发发发发发发发VCC5VP15图32红外对管传感器原理图832单片机控制报警电路321AT89C52最小系统AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的课反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），期间采用ATMEL公司的高精密、非易失性存储技术生产，与标准MCS51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合，原理图如图33所示。C230PFC130PFP101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9P30RXD10P31TXD11P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119VSS20VCC406565P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732/EA/VPP31ALE/PROG30P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021/PSEN29R110KS1VCCC310UF110592CRYSTAL图33AT89C52最小系统图322自动报警电路自动报警电路包括蜂鸣器电路，工作指示电路，监控器电路。由于条件限制本论文用一LED灯模拟监控器，灯的亮灭状态表示监控器9的开关。蜂鸣器电路采用的是PNP三极管的基极与单片机的I/O口相连接，集电极接上5V电压后与直流蜂鸣器串联，发射极直接接地。当P13为高电平时，PNP不导通，蜂鸣器两端电压相等。当P13为低电平时PNP管导通，蜂鸣器导通，蜂鸣器鸣叫。工作指示电路和监控器模拟电路采用的是电阻和发光二极管相串联并和单片机的I/O口相连接，发光二极管的正极接上5V电压。当P10和P11为高电平时，电路不导通，发光二极管管两端电压相等。当P10和P11为低电平时，电路工作，LED点亮。自动报警如图34所示。P101P112P123P134P145P156P167P178RST/VPD9P30RXD10P31TXD11P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119VSS20VCC406565P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732/EA/VPP31ALE/PROG30P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021/PSEN29AT89C52R32KR1200R2200U1BUZZERLED1LED29012VCCIN图34单片机控制报警电路323单片机串口电路串口通信在本设计中用到的RS232通讯芯片为MAX3232，该产品是由德州仪器公司（TI）退出的一款兼容RS232标准的芯片。RS232接口引脚图如图35所示。10图35RS232接口引脚图其中1号引脚数据载波检测DCD；2号脚接收数据RXD3号脚发送数据TXD；4号脚数据终端准备好；5号脚信号地GND；6号脚通讯设备准备好；7号脚请求发送RTS8号脚允许发送CTS9号脚响铃提示器。在本设计中只用到第2、3、5三个引脚，有这三根线，串行口就可以读写数据。由于计算机串口的RS232电平时10V、10V，而一般的单片机采用的是TTL电平，即0，5V。如果两者要实现通信，则需采用电平转换电路，在本设计中，采用MAX232转换芯片来实现电平转换，如图324所示。11C4100PFC3100PFC2100PFC1100PF162738495J1DB9C11VDD2C24C25VEE6T2OUT7R2IN8VCC16GND15T1OUT14R1IN13R1OUT12T1IN11T2IN10R2OUT9C13MAX232VCCP31P30图35MAX232电平转换电路单片机和GSMTC35模块的串口通信接口原理图如图36所示。图36单片机和GSMTC35模块的串口通信接口原理图1233GSMMODE设计331TC35无线模块介绍本设计选用的GSM模块采用的是西门子工业级GSM模块TC35，它可以快速安全地实现系统方案中的短消息服务SHORTMESSAGESERVICE。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口等六部分组成。它设计紧凑，大大缩小了产品体积，与GSM22兼容，符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，模块的工作电压为3348V，兼容双频（GSM900/GSML800）工作，具有RS232数据通信口。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的“AT”调制解调命令语言接口，为数据、语音和短消息供快速、可靠、安全的传输。TC35模块原理图如图37和38所示。图37TC35电源电路13图38TC35模块原理图TC35的模块指标参数（1）TC35的电流消耗指标如表1所示。表1TC35的电流消耗指标14通话模式的峰值电流通话模式的典型电流空闲模式的消耗电流休眠模式的消耗电流关机模式的消耗电流18A300MA900MHZ/270MA1800MHZ10MA3MA50UA（2）关于LED灯显示的状态SYNC引脚可以用来输出一个同步信号，也可以在应用使来控制一个LED灯的输出状态。SYNC端通过一个三极管或者门电路来控制LED。一个简单的电路接法是SYNC端通过一电阻接到NPN三级管的基极，发射极直接接地，集电极通过一个限流电阻接到LED的负端，LED的正端接VCC。LED的工作模式完全类同于同步信号，显示的是TC35的工作状态。1LED灯灭，表示TC35电源关闭，处于休眠、报警或单纯的充电模式。2600MS亮/600MS灭，表示未插入SIM卡，或者个人身份未登记/已注销，或者网络正在搜寻中，或者正在进行用户身份鉴定或者网络注册正在进行中。375MS亮/3S灭，表示网络注册成功（控制通道和用户交换信息完成），无来电。4LED灯亮，依据不同的呼叫类型声音呼叫、数据呼叫，在建立或者完毕时的状态。332GSMAT指令GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM0705和GSM0707规范。GSM0707中定义的ATCOMMAND接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口GSM0705对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时,能够通过串口发送指示消息,数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。表2给出了本系统用到的GSMAT指令。表2与SMS相关的GSMAT指令154系统软件设计41开发工具介绍单片机的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程CPU可执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器码，用于MCS51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从使用普遍汇编语言到高级语言的不断发展，KEIL是目前最流行开发MCS51系列单片机软件。KEILSOFTWARE公司出品的52系列兼容单片机C语言开发系统。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。KEILC51软件提供丰富的库，与汇编相比，C语言在功能上，结构上，可读性，可维护性上有明显的优势，因而易用函数和功能强大的集成开发调试工具，全WINDOW界面。另外重要一点，只要看一下编译后生产的汇编代码，就能体会到KEILC51生成的目标代码效率非常之高，多数语言生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。1642系统总设计当给系统上电后，系统开始检测单片机和GSM模块的连接，发送ATCMGF1指令给GSM，如果返回OK，P10号脚的LED灯闪烁3次并且处于常亮指示状态，表明系统系统开始正常工作；如果没有返回OK，LED灯闪烁5次并不断的查找GSM。当系统开始稳定工作时，单片机开始不断的查找P15号脚是否给高电平，如果为高电平，则P12号脚的LED灯点亮，P13号脚的蜂鸣器响，并发送预先设定的短信给用户手机；如果P15号脚为低电平，则系统不断查找，总流程图如图41所示。17图41系统总流程图43STC89C52与GSMTC35通信的设计系统上电后，按顺序发送AT联机，发送ATE关回显，ATCSCA设置服务中心号码,发送ATCMGF1设置短信的格式为TEXT格式检测是否成功，如果成功了则返回OK，没成功则继续发送。如果返回OK后，则发送ATCMGS设置用户手机号码。如果返回OK则STC89