基于单片机的智能远程家电控制及安防系统的设计

学校代码11059学号HEFEIUNIVERSITY毕业设计（论文）BACHELORDISSERTATION论文题目基于单片机的智能远程家电控制及安防系统的设计学位类别工学学士学科专业自动化作者姓名导师姓名丁健完成时间I基于单片机的智能远程家电控制及安防系统的设计中文摘要随着人民生活水平的提高和安全防范意识的增强，人们开始关心自己的生活和工作环境，不但要求周边环境的舒适化和人性化，对居住工作环境的安全化和智能化也提出了更高的要求，智能远程家电控制和安防系统将成为今后生活中必不可少组成部分。GSM网络是基于时分多址技术和频分多址技术的通信网络体系，是我国覆盖面最广，功能最强，用户最多的数字蜂窝移动通信网。通过中国移动公司建成的无缝覆盖全国的GSM网，运用GSM短信技术传送警讯信息，具有安全可靠，安装方便等优点。本设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，配合GSM的TC35模块控制继电器JQC3FF的闭合与关断，以达到远程控制家电的目的，安防系统使用热释人体红外传感器作为信号采集模块，若检测到有人侵入住宅，则通过GSM模块发短信到用户手机完成报警功能。如何实现这些功能，在本论文的第三四章有详细介绍。本设计为了更加方便操作，特别增加了LCD12864显示模块和按键，使用户能更够加容易通过按键实现设防和撤防。关键词GSM；串口通信；远程家电控制IITHEDESIGNOFINTELLIGENTREMOTEHOMEAPPLIANCECONTROLANDSECURITYSYSTEMBASEDONSINGLECHIPABSTRACTWITHTHEIMPROVEMENTOFPEOPLESLIVINGSTANDARDSANDSECURITYAWARENESS,PEOPLEBEGANTOCAREABOUTTHEIRLIVINGANDWORKINGENVIRONMENTREQUIRESNOTONLYCOMFORTABLESURROUNDINGSANDHUMANE,SAFEWORKINGENVIRONMENTFORLIVINGANDINTELLIGENTALSOAHIGHERREQUIREMENTS,INTELLIGENTREMOTEHOMEAPPLIANCECONTROLANDSECURITYSYSTEMSWILLBECOMEANESSENTIALPARTOFLIFEGSMNETWORKISBASEDONTIMEDIVISIONMULTIPLEACCESSTECHNOLOGYANDFREQUENCYDIVISIONMULTIPLEACCESSTECHNOLOGY,COMMUNICATIONNETWORKSYSTEM,ISTHEMOSTEXTENSIVECOVERAGE,MOSTPOWERFUL,MOSTUSERSDIGITALCELLULARMOBILECOMMUNICATIONNETWORKBUILTTHROUGHCHINAMOBILESSEAMLESSGSMNETWORKCOVERINGTHEWHOLECOUNTRY,THEUSEOFTECHNOLOGYTOSENDGSMSMSALERTINFORMATION,WITHSAFE,RELIABLE,ANDEASYINSTALLATIONTHISDESIGNUSESSTC12C5A60S2MICROCONTROLLERASTHEMASTERCHIP,WITHTHETC35GSMMODULECONTROLRELAYJQC3FFCLOSEDANDOFF,INORDERTOACHIEVETHEPURPOSEOFREMOTECONTROLHOMEAPPLIANCES,SECURITYSYSTEMSUSINGPYROELECTRICINFRAREDSENSORBODYASASIGNALACQUISITIONMODULE,IFITWASDETECTEDHOUSEBREAKING,SENDTEXTMESSAGESVIATHEGSMMODULETOTHEUSERSPHONETOCOMPLETEALARMFUNCTIONHOWTOACHIEVETHESEFUNCTIONS,THETHIRDCHAPTERSINTHISTHESISAREDESCRIBEDINDETAILINORDERTOMORECONVENIENTTOOPERATE,THISDESIGNADDEDALCD12864DISPLAYMODULEANDBUTTONS,ALLOWINGUSERSTOMOREEASILYACHIEVEDTHROUGHTHEKEYSTOARMANDDISARMKEYWORDSGSMSERIALCOMMUNICATIONREMOTEHOMEAPPLIANCECONTROLIII目录第一章绪论111研究背景112智能家居的起源113智能家居在中国的发展现状314智能家居的发展前景415本章小结4第二章系统结构及工作原理521无线远程家电控制的设计方案5211控制终端实现方式5212控制系统软件设计5213无线通信实现方式的选择522系统的组成及功能介绍623本章小结6第三章系统硬件设计831核心器件选型8311TC35模块8312SIM卡电路1032单片机电源11321电源模块电路图11322LM7805简介1133热释红外传感器1234时钟电路1335单片机模块的设计1436LCD12864显示电路1537家电控制模块1638本章小结16第四章系统软件设计1741软件开发环境1742主程序设计1743远程控制模块设计2044本章小结21第五章系统软硬件调试2251软件调试工具2252程序调试时的常用窗口2253GSM远程控制模块调试23531预计达到的目标23532调试结果2454本章小结24IV第六章结论2661系统总结2662系统展望26致谢29附录一30附录二60附录三621第一章绪论随着科技的发展和人民生活水平的提高，越来越多的科技产品进入了人们的日常生活，为人们的生活带来了极大的便利。特别是各种远程控制系统，更是极大的方便了人们的日常生活。本设计是一种通过发短信对家用电器和各种继电器进行远程控制的系统。通过它，人们可以随时随地使用手机来控制各种家电或开关的状态。11研究背景随着经济的飞速发展，生活水平的日益提高，人们对居住的环境也有了更高的要求，家居行业逐步走向绿色环保、高科技智能化的发展阶段，未来的主流家居模式将是无线远程控制和远程安全防御。在千里之外就能手机遥控自己的家用电器，实时监控家里的安全情况，早上离开家门的时候，只要控制面板上按下“离家”模式，家庭的家居设备将逐渐关闭，安防设备开启布防，在有人非法闯入家里的情况下及时发短信通知到用户，以确保家中安全。下班路上，拿起手机轻轻一按，热水器已经提前启动，为您舒舒服服的冲个热水澡做好准备；空调已按您的指令自动打开，一进家门就是一个清凉的世界，舒适宜人；一身清爽之后，拿起自己的手机，随心操控各类设备，畅快的享受数码高清大片带来的震撼；躺在软软的床上，遥控灯光让环境变得温柔，远离一天的嘈杂，享受此时属于自己的静谧；入睡之前，窗帘在手机的指令下徐徐拉上，带着刚才满眼的星光和您一同进入梦乡这一切的智能化运作将我们引入一个新的行业，就是智能家居1。12智能家居的起源智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司UNITEDTECHNO1OGIESBUILDINGSYSTEM将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州CONNETICUT哈特佛市HARTFORD的CITYPLACEBUILDING时，才出现了首栋的“智能型建筑”,从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅。比尔盖茨在他的“未来之路”一书中以很大篇幅描绘他正在华盛顿湖建造的私人豪宅。他描绘他的住宅是“由硅片2和软件建成的”并且要“采纳不断变化的尖端技术”。经过7年的建设，1997年，比尔盖茨的豪宅终于建成。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。智能家居是IT技术特别是计算机技术、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。由社会背景之层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加此外在科学技术方面，由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术之成长，也促成了智能家居的诞生。20世纪80年代初,随着大量采用电子技术的家用电器面市,住宅电子化出现。80年代中期，将家用电器/通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。80年代末，通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信/家电/安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国称为SMARTHOME,也就是现在智能家居的原型智能家居最初的定义是这样的“将家庭中各种与信息相关的通信设备/家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能系统上，进行集中或异地监视/控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调”是智能住宅的基本单元也是智能住宅的核心世界上第一幢智能建筑1984年在美国康涅迪格州出现，当时只是对一座旧式大楼进行了一定程度的改造，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。智能家居最早沿于英文SMARTHOME，早先更多提法是HOMEAUTOMATION家庭自动化，因为早先涉及的产品都与家庭自动化产品和配件有关，自动化、智能化是其重要特点。几年前，美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了“智能住宅”即智能家居SMARTHOME的概念。其目标就是“将家庭中各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术HBS连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调”。智能家居SMARTHOME频繁出现在各大媒体上，成了人们耳熟能详的词汇。目前关于智能家居的称谓多种多样，诸如电子家庭ELECTRONICHOME、EHOME、数字家园DIGITALFAMILY、家庭自动化HOMEAUTOMATION、家庭网络HOMENET/NETWORKSFORHOME、网络家居NETWORKHOME、智能化家庭3INTE1LIGENTHOME等等几十种，尽管名称是五花八门，但它们的含义和所要完成的功能大体是相同的2。13智能家居在中国的发展现状智能家居至今在中国已经历了近10年的发展，从人们初最初的梦想，到今天真实的走进我们的生活，经历了一个漫长而艰难的过程。提到智能化家居，人们立刻会联想到网络。冰箱联网、洗衣机联网、电视机联网、微波炉联网开发者高举智能家居大旗，宣称网络家电可以使生活达到全数字化，让人们感到轻松方便。智能家居当然不止是这些。在国内，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能小区”概念，而是基于小区的多层次家居智能化解决方案。它综合利用计算机、网络通讯、家电控制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及消费服务、小区安防监控等家居生活有效地结合起来，在传统“智能小区”的基础上实现了向家的延伸，创造出高效、舒适、安全、便捷的个性化住宅空间。2000年概念年2000年是智能家居在中国的一个概念年。通过广播电台、电视、报纸和杂志等诸多媒体的广泛宣传，相当一部分居民已经接受了智能家居这个概念。各小区的开发商在住宅的设计阶段也已经或多或少考虑了智能化功能的设施，少数高档的住宅小区已经配套了比较完善的智能家庭网络，并在房地产的销售广告中，已经开始将“智能化”作为其一个“亮点”来宣传。一些对科技发展动向和市场趋势敏感的科研机构和有实力的公司，已经看到这个市场的广阔前景，意识到这是一个难得的机遇，开始或已经研究和开发相关系统和产品作了先期的部署和规划。2001年研究开发年智能家居毕竟在硬件和软件方面都具有一定的难度，在数个月或一年的时间里是不可能研究开发成功的。国外完成这个系统的过程一般要经过35年的时间，当然在中国也许用不了这么长的时间，因为已有了国外的一些经验可供参考，但估计23年的时间还是需要的。因此，2001年是各个科研机构和公司从规划到实际研究和开发的关键一年。如同以往相类似产品（如彩色电视机和VCD及DVD机）在我国的发展过程一样，有些机构和公司开始引进一些国外的系统和产品，在一些豪华的公寓和住宅中已经看到了它们的踪迹。2002年2003年实验年在这一年中，有相当一部分高档和中档的住宅小区和私人住宅，将在控制和管理上实现一般意义上的智能化，宽带网将4进入一般居民的住宅和小区，为智能家庭网络功能的完善佐以一定的条件。国内一些公司的网络产品将逐渐进入市场，一些国外的系统和产品也将在这一年开始以较大的规模进入中国市场，开始在市场上与中国的产品接触。我国关于智能家庭网络系统的各种标准将陆续出台，各种具有一定智能的可以上网的终端产品（智能家电/设备）将根据这些标准陆续研发出来，并逐步进入市场。2003年2004年推广年到20032004年，是智能家庭网络系统在中国推广应用的两年。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。新建的住宅和小区大部分将配备一定的智能化设施和设备。美国和欧洲将在2003年2004年全面普及智能家庭网络，各种可连网的终端电器/设备将大量出现在市场上。我国自行设计和生产的可连网的家用电器/设备也将有相当的规模。2005年2007年普及年我国在智能家居技术领域与欧美国家的差距并不大，估计仅滞后23年，在这几年中，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。真正智能家庭网络的大市场将在20042007年中形成3。2008年至今，智能家居行业在远程家电控制以及远程电子安防系统这两块得到了飞速的发展，国内做智能家居的公司如雨后春笋般崛起，各大家电厂商也把远程控制作为卖点，争夺国内家电行业的市场份额。14智能家居的发展前景我国人口占世界人口的六分之一，这15亿左右的人口无疑形成了世界上最具规模的需求市场，全世界没有任何一个国家可以相比中国的市场。这对智能家居行业的发展是一种实实在在的保障，在世界第一的市场国成长，发展，我国本土的智能家居业一定会发展成最具市场效应，最受市场欢迎，最符合市场需求的智能家居行业。中国的市场不仅大，而且有着自己的独特性。中国人口多，但经济发展区相对比较密集，不比欧美一些国家，国民有着独体别墅的居住模式，国外的一些大的智能家居品牌，在此居住模式上已经形成独到的成熟。而中国的国民普遍的都是楼宇住宅居住模式。有此差别，中国的智能家居行业的兴盛，相信指日可待，低廉的成本，有机遇，有市场，如此大好的环境，我们的智能家居行业的发展也一定会为我们打造一个非常智能化的家居环境，并在国际竞争中也牢牢占据有利地位4。515本章小结本章介绍了什么是智能家居，智能家居的产生背景和目前在中国的发展情况，还展望了智能家居系统的未来的发展前景。6第二章系统结构及工作原理随着电子技术的发展、信息服务的普及，人们生活水平越来越高，人们的生活节奏越来越快，由此，基于GSM模块的远程家电控制应运而生21无线远程家电控制的设计方案211控制终端实现方式因为工作现场只限定在家庭里面，其控制器只需接收处理手机发来的开关信息和处理传感器采集到数据信息以决定是否需要向用户进行打电话报警，对数据的处理和实时功能要求都不高，如果用功能强大的台式机作为主控制器是一种浪费，而且安装也不方便，所以为了降低成本和控制功耗，本设计选择了单片机作为主控制器5。212控制系统软件设计本课题选择用基于单片机的设计方案，通常不需要移植操作系统。而且系统的任务相对比较简单，在家庭环境下对实时性的需求也不高。所以采用C语言从系统底层开始直接编写控制程序就可以很好的达到要求。213无线通信实现方式的选择由于该课题的系统是对要实现远程控制继电器家电，对传输的信息量和传输的速度要求都不高，无线通信方式只要操作简单性能可高即可，因此无需使用3G网络。GSMGLOBALSYSTEMFORMOBILE属于第2代（2G）蜂窝移动通信技术。2代的说法是相对于应用于80年代的模拟蜂窝移动通信技术以及目前正逐渐进入商用的宽带CDMA技术。模拟蜂窝技术被称为一代移动通信技术，宽带CDMA技术被称为三代移动通信技术，即3G6。GSM有以下特点GSM是一个蜂窝网络，也就是说移动电话要连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域。GSM网络运行在多个不同的无线电频率上。蜂窝半径范围根据天线高度、增益和传播条件可以从百米以上至数十公里。实际使用的最长距离GSM规范支持到35公里。还有个扩展蜂窝的概念，蜂窝半径可以增加一倍甚至更多。GSM性能稳定，抗干扰能力强，其网络覆盖面积是目前所有无线通信方7式中最大的，而且发短信价格便宜，是普通人都能承受的价格，通过点对点发短信进行远程控制家电，操作不复杂，即使从没接触过智能家居的人也能轻松操作，便于该系统的普及7。22系统的组成及功能介绍本系统由单片机外围电路和GSM模块电路组成。单片机外围电路除了包括单片机正常工作所必须的元件外，还包括键盘、复位及继电器控制电路等，GSM模块电路由TC35及其外围电路组成。在此以发光二极管的亮/灭来模拟家用电器的开/关作，此系统有两大功能用手机向TC35上的SIM卡发送启动/关闭发光二极管的信息，经单片机处理后，将正式启动/关闭发光二极管，当启动/关闭成功后，系统会向手机返回启动/关闭成功的信息。当系统的红外装置检测到有人非法进入房子后，系统经GSM模块向事先设定的电话号码拨打电话，实现安防报警功能。系统具体实现过程如图21所示图21系统框图23本章小结本章主要讲了无线远程家电控制的设计方案，控制终端选择基于单片机的实现方式，无线通信方式选择GSM模块，系统由时钟电路、红外传感器、按键、LCD显示模块、继电器家电、GSM模块和单片机构成。8第三章系统硬件设计系统主要功能为实现短消息的收发，根据接收到的短消息控制相应的模拟家电，实现对家用电器的远程控制。它主要由热释人体红外传感器模块、家电控制模块、主控制器、液晶显示模块、GSM通信模块及电源模块等组成。热释人体红外传感器模块的作用是检测是否有人非法进入等信息，负责各类家电的开启与关闭本设计采用远程家电控制模块，主控制的作用是对传感器检测到的信息进行分析处理，判断是否要进行报警，若需要则进行报警，否则继续在主程序中循环，若用户发短信控制家电，主控制器需要解析短信并做相应的动作。测试系统和安装系统以及演示时使用液晶显示模块LCD12864，主控制器的报警通道为GSM通信模块，同时也是用户远程控制的通道，负责信息的接收和发送。通过这几个部分的协调工作，就完成了远程家电控制及防盗功能8。当系统正常工作后，可以通过手机终端发送短信来操控家中电器运作，比如，下班前通过手机操控家中空调、电热水器、电饭煲的启动等，提高了时间利用率，还可以开启或者关闭防盗监控系统，来监测是否有小偷进入住宅，如果发生就会通过TC35无线通信模块自动拨打指定号码进行语音报警。31核心器件选型311TC35模块TC35是SIEMENS公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务SHORTMESSAGESERVICE和传真。TC35模块的工作电压为3355V,可以工作在900MHZ和1800MHZ两个频段,所在频段功耗分别为2W900M和1W1800M。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及24K,48K,96K的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器,可分别连接9SIM卡支架和天线。TC35模块主要由ZIF连接器、GSM射频模块、GSM基带处理器、供电模块ASIC、天线接口、闪存等六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码910。以下为TC35模块的接口设计。由图31可以看出，TC35接口电路的设计并不复杂。在进行串口设计时，虽然单片机串口管脚的工作电平为TTL电平，TC35模块串口管脚的工作电平却是CMOS电平，但由于单片机的低电平和高电平的逻辑判断电平可以实现与TC35的管脚进行连接，因此单片机的串口线可直接与TC35模块串口进行连接。由于TC35模块的输入管脚需要分别通过10K的电阻将其拉高，因此DTR0和RTS0这两个输出管脚需要接入两个10K的电阻。TC35模块的工作状态控制管脚/IGT也要通过一个电阻拉高，平时该管脚处于不工作状态，为高电平；另外工作状态控制管脚/IGT还同时与单片机的一般I/O端口进行连接，这样通过单片机来实现对TC35模块的工作状态的控制，当TC35模块工作时，需要单片机在该管脚送低电平。TC35模块用来指示GSM模块的工作状态的是SYNC管脚，为了便于指示其工作状态，通常会连接一个指示灯。图31TC35_ZIF管脚接口电路312SIM卡电路SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有5个模块，并且每个模VBAT123T4VBA5GND6789GND10POWER2V13AKU_TEMP4/IG5DSR016/IN7X8T019CS20RTS021DC3IN24RST5IO6CLK27V8GND9LP30/1SYC2EP23N415EP36MIC7N18IP239340JP205_ZIFVBATR301KR301K3021RXD0TSIMPESTIDASCLKIVGN/IGTTBAVBAT10块都对应一个功能微处理器CPU（8位）、程序存储器ROM（38KBIT）、工作存储器RAM（616KBIT）数据存储器EEPROM（128256KBIT）和串行通信单元。这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同，SIM卡的存储容量有8KB、16KB、32KB、64KB、甚至1MB等，多为16KB和32KB11。其接口示意图如图32所示图32SIM卡接口示意图图32所示的图为SIM座接口电路图，由图可以看出SIM座直接与TC35模块的ZIF连接器对应的SIM卡管脚进行连接，在需要的地方加了电容进行滤波处理。当SIM座的管脚7与TC35模块的SIMDATA进行连接时，则用来模拟SIM卡插入的情况；当SIM座的管脚7不与TC35模块的SIMDATA进行连接时，则用来模拟SIM卡没有插入的情况。图33为SIM座接口电路。图33SIM座接口电路图12345678JP203SIMCCVCCCCVCCCCRSTC3011NFC302100NFC303100NFCCGNDCCGNDCCCLKCCIO123JP201CCIN1CCINCCIN11132单片机电源321电源模块电路图单片机电源主要为整个系统提供5V工作电压，同时产生其他电路所需要的高电平，它由三端电源模块LM7805将外部双12V交流电源经整流后变成12V直流电源，最后转换为5V。如图34所示图34单片机电源模块322LM7805简介LM78系列是用在三端稳压集成电路作正电压输出时用到的器件，它采用TO220的标准封装。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏，因此在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器。因为LM78系列按照固定电压值来设计的，要想获得获得不同的电压和电流，就需要接入适当的外部器件。例如当制作中需要一个能输出15A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个15A，但应用时需注意并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。LM7805表示输出电压为正5V，其极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的34V以上。78系列集成稳压的三个引脚为1脚为接地端，2脚为输入端，3脚为输出端，其管脚图如图3512图35LM7805管脚图33热释红外传感器热释红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为21MM的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为910UM，而探测元件的波长灵敏度在0220UM范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710UM，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器12。热释红外传感器有诸如本身器件功耗很小，本身不发任何类型的辐射，有较好的隐蔽性，价格便宜等一系列优点。但是它也存在一些缺点，如对各种热源、光源很敏感，容易因起误报警；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。34时钟电路DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实13时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为25V55V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的引脚排列，其中VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCC102V时，VCC2给DS1302供电。当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32768KHZ晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC20V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端双向，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。图36为DS1302的引脚功能图、图37为引脚接线图图36DS1302引脚功能图图37引脚接线图DS1302的控制字如表1所示。控制字节的最高有效位位7必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位位0如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。表1DS1302的控制字节141RAMCKA4A3A2A1A035单片机模块的设计STC12C5A60S2是STC生产的单时钟/机器周期1T的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换250K/S,针对电机控制，强干扰场合。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。STC5A60S2具有以下标准功能8K字节FLASH，1024字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，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，片内晶振及时钟电路。另外STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHZ（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用13。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。单片机作为主控单元，在系统中起着核心作用，在本系统中单片机主要控制TC35模块的启动时序、AT指令的发送、数据接收和继电器的输入电平。单片机通过串口与TC35模块通信，包括传送命令和传输数据，通过正确的AT指令对TC35模块进行初始化和通信数据的接收发送。系统上电以后，首先由单片机控制启动TC35，若SIM卡正确安装，则控制板上的LED会快速闪烁，反之会慢慢闪烁。然后由单片机控制TC35完成模块的初始化。当有新短消息到达时，由TC35模块向单片机发送指令，单片机读取短信内容，并对其进行解码，并根据短信内容控制I/O口输出高低电平，控制继电器动作，完成对家用电器开启与关闭的控制，然后重复上述过程。15图38控制模块接口36LCD12864显示电路带中文字库的12864是一种内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形，具有4位/8位并行、2线或3线串行三种接口方式的液晶显示模块。它在同等价位的液晶显示模块中优势明显，具有12864的显示分辨率，1616点阵汉字内置8192个，168点ASCII字符集有128个，基本上能满足日常的显示需求。该模块一屏可以显示32个1616点阵汉字，也能显示简单的图形，可以构成全中文人机交互图形界面，而且同图形点阵液晶显示模块相比，其功耗更低、硬件电路更简单，价格也更便宜。该模块可分串口、并口通讯方式，本系统采用串口方式通讯。如图39所示基本特性（1）、低电源电压（VDD3055V）（2）、显示分辨率12864点（3）、内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字简繁体可选（4）、内置128个168点阵字符（5）、2MHZ时钟频率（6）、显示方式STN、半透、正显（7）、驱动方式1/32DUTY，1/5BIAS（8）、视角方向6点（9）、背光方式侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/51/10（10）、通讯方式串行、并口可选（11）、内置DCDC转换电路，无需外加负压（12）、无需片选信号，简化软件设计（13）、工作温度055,存储温度2060。16图3912864显示模块37家电控制模块本系统选用继电器来控制家电的开启与关闭，继电器实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小、功耗低等优点。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样灵敏的吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。基于继电器的上述特点本设计中选用JQC3FF型固态继电器作为家电控制的执行部件14。38本章小结本章主要讲了该系统的硬件组成，详细说明了核心器件选型的理由，一一介绍了系统中使用的器件，并设计了各个模块的硬件电路图。（系统整体电路图见附录2）17第四章系统软件设计单片机系统除了必要的硬件支持外，还需要进行软件设计。主要由主程序、中断程序、按键处理程序等组成。根据本课题的实际情况，系统将人体红外传感器、GSM短信控制及报警、LCD显示、时钟电路这些功能模块分别建立成不同的任务，这样即利于管理，又增加程序的可读性。41软件开发环境KEILUVISION4是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。42主程序设计主程序是对整个系统框架的描述。本系统主程序的功能是上电后，完成系统的初始化，等待按键控制端信息命令的到达，并根据信息内容完成响应的动作。在各模块初始化完成后，主控制器先采集一次各传感器的监测数据，并将采集到的数据通过LCD显示出来，然后进入系统的主循环，在循环中首先采集数字式温度传感器的监测数据和热释人体红外传感器的数据，当主控制器完成对传感器传回数据的分析后，若人体红外传感器发生高低电平的变化，则通过TC35模块发送给用户进行相应的报警。主程序流程图如图41所示18图41主程序流程图主程序INCLUDE“DS1302H“INCLUDE“LCD12864H“INCLUDE“TIME1H“INCLUDE“GSMH“INCLUDE“KEYH“INCLUDE“HWH“UNSIGNEDCHARLCD3SFLAGE0/LCD3S扫描一次UNSIGNEDCHARGSMFLAGE0/人体红外打电话报警标志位19EXTERNUNSIGNEDCHARIDATAKEYSERVICEFLAGE/用在RISERVICE函数中当按键处理时要停止LCD刷新显示EXTERNUNSIGNEDCHARTIME1LCDDISPLAYFLAGE/定时器1500MS刷新一次时间EXTERNUNSIGNEDCHARHWLCDDISPLAY/撤防设防标志位EXTERNUNSIGNEDCHARGSMCALLFLAGE/打电话标志位VOIDMAINSP0X80/堆栈UARTINITLCDINIT/LCD显示初始化LCDDISPLAYSTRING/显示字符串LCDDISPLAYCHEFANG/显示“撤防”/LCDOPENLED1LCDSHUTLED1/LCDOPENLED2LCDSHUTLED2/LCDOPENLED3LCDSHUTLED3DS1302SETTIME/设定DS1302的初始值HWINIT/初始化把P15置高阻TIME1INIT/定时器1初始化定时1MSES1GSMTEXTINITWHILE1IFKEYSERVICEFLAGE0TIME1LCDDISPLAYFLAGE0LCD3SFLAGE20IFLCD3SFLAGE7LCD3SFLAGE0LCDDISPLAYSTRING/显示字符串LCDLOCKDISPLAYKEY_SCAN/按键扫描程序KEY_SERVICE/按键处理函数IFHWLCDDISPLAY1/设防人体红外检测标志位HWREPORT/人体红外报警函数GSMFLAGE1IFGSMFLAGE1GSMFLAGE0GSMCALLFLAGE0GSMRECMESSAGE43远程控制模块设计当发送短消息控制继电器时，通过TC35模块解析GSM信息，系统进入串口中断子程序，控制相关继电器，程序框图如图42所示。21图42串口中断程序在GSM模块收到一条短信息后，通过串口将短消息送入处理器，使得处理器产生了一个接收中断，然后处理器接收短信内容并进行分析，按照分析的结果对家居进行相应的控制操作或数据传送。当主控模块收到来自家居内部的报警信号时，就将己经设定好内容的短信息通过GSM模块发送给用户手机1516。在整个系统中，TC35通信模块是系统与外界进行数据交换的核心。在数据通信中，采用串口中断服务进行收发数据。其中，发送中断采用将标志位置“0”的方式解决数据发送问题；接收中断先将数据拷贝到预设的数据存储区，然后判断接收到的数据是否为有新短消息到达的通知，如果有，则将短消息到达标志位置“1”，如果没有，则将标志位置“0”。最后，通过判断短消息到达标志位来执行是否读取短消息，避免了没有短消息而不断空读取数据的问题。按照分析的结果对家居进行相应的控制操作或数据传送1718。（完整程序见附录1）44本章小结本章主要讲了该系统实现各个模块功能所需要的软件，先介绍了单片机的编程环境，然后从主程序流程图出发，着重讲了远程控制模块，即GSM模块的编程。22第五章系统软硬件调试51软件调试工具单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，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，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，KEIL软件是目前最流行开发MCS51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持KEIL即可看出。KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些部份组合在一起。运行KEIL软件需要PENTIUM或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。使用C语言编程，那么KEIL几乎就是我们不二选择，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具会令我们事半功倍。52程序调试时的常用窗口KEIL软件在调试程序时提供了多个窗口，主要包括输出窗口（OUTPUTWINDOWS）、观察窗口（WATCH/初始值格式年星期月日时分秒存放的为十进制数/函数名称VOIDDS1302WRITEBYTEUNSIGNEDCHARDAT；功能描述DS1302写一个字节数据隶属模块DS1302H函数模块函数属性内部函数参数说明DAT要写的一个字节数据返回说明无注程序中不知道为什么要写一个下降沿/VOIDDS1302WRITEBYTEUNSIGNEDCHARDATUNSIGNEDCHARI0DS1302RST1FORI0I1/31函数名称VOIDDS1302WRITEUNSIGNEDCHARADDR,UNSIGNEDCHARDAT；功能描述向DS1302中的地址ADDR中写入DAT数据隶属模块DS1302H函数模块函数属性外部供用户使用参数说明ADDRDS1302中的地址DAT要写入的数据返回说明无注/VOIDDS1302WRITEUNSIGNEDCHARADDR,UNSIGNEDCHARDATDS1302RST0DS1302SCK0DS1302RST1DS1302WRITEBYTEADDR/写入地址_NOP_NOP_DS1302WRITEBYTEDAT/写入数据_NOP_DS1302SCK1/释放出来DS1302RST0/函数名称UNSIGNEDCHARDS1302READUNSIGNEDCHARADDR；功能描述读出DS1302中地址为ADDR的数据隶属模块DS1302H函数模块函数属性外部供用户使用参数说明ADDRDS1302中的地址32返回说明返回从地址ADDR中读出的数据注/UNSIGNEDCHARDS1302READUNSIGNEDCHARADDRUNSIGNEDCHARTEMP0,I0DS1302RST0DS1302SCK0DS1302RST1DS1302WRITEBYTEADDR_NOP_NOP_FORI0I410DAT/34函数名称VOIDDS1302SETTIME；功能描述设定DS1302的初始数据隶属模块DS1302H函数模块函数属性供外部函数调用（放在大循环的前面）参数说明无返回说明注/VOIDDS1302SETTIMECHARI0UNSIGNEDCHARWRITEADDR0X80/写秒的地址FORI0I0IDS1302WRITEWRITEADDR,CHAR/写的格式为秒、分、时、日、月、星期、年WRITEADDR2DS1302WRITE0X8E,0X80/把写保护位置位35/函数名称VOIDDS1302READTIME；功能描述把从年到秒的数据读出来并存放在STRUCTTIMETIME中隶属模块DS1302H函数模块函数属性供外部函数应用（放在大循环或定时中断中）参数说明无返回说明注/VOIDDS1302READTIMECHARI0UNSIGNEDCHARREADADDR0X81/读秒的地址DS1302WRITEBYTE0XBF/连续读时钟数据FORI6I0ICHAR/存放的格式为年星期月日时分秒READADDR2人体红外模块程序INCLUDE“HWH“INCLUDE“GSMH“UNSIGNEDCHARHWSTEP0UNSIGNEDCHARHWFRISTTIMEFLAG0,HWSECONDTIMEFLAG0EXTERNUNSIGNEDCHARGSMFLAGEVOIDHWINIT36P1M1|0X20/设置P15口为高阻态P1M0|0X00VOIDHWREPORTSWITCHHWSTEPCASE1IFHW0HWSTEPHWFRISTTIMEFLAG1GSMFLAGE1LED0/小灯亮BREAKCASE2/小灯亮10SLED0/小灯亮IFHWSECONDTIMEFLAG1HWSECONDTIMEFLAG0LED1HWSTEP0BREAKDEFAULTIFHW1HWSTEP137LED1/小灯灭BREAK按键程序INCLUDE“KEYH“INCLUDE“LCD12864H“INCLUDE“DS1302H“INCLUDE“HWH“DEFINECNT_DELAY_CNT1100/按键去抖动延时阀值按键去抖时间为10MS20MSEXTERNSTRUCTTIMETIMEUNSIGNEDCHARHWLCDDISPLAY0UNSIGNEDCHARIDATAKEYSERVIC