基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统设计

2015届届 分 类 号 ： 单位代码 ：13379 山东师范大学历山学院 毕业论文（设计） 家庭安防报警系统设计家庭安防报警系统设计 姓 名 学 号 年 级 专 业 电子信息工程电子信息工程 系 （院） 电子信息与工程系电子信息与工程系 指导教师 2015 年 5 月 24 日 摘 要 该设计是采用 AT89C51 单片机实现的基于 GSM 短信模块的家庭安防报警系统。该系 统主要由单片机 AT89C51、HRH GSM Modem 短信模块、键盘显示电路、DS12887 实时时钟 芯片、315MHZ 调幅遥控器、传感器和其它基本外围电路组成，借助 GSM 移动网络，以最 直观的中文短消息，直接把报警地点的情况反映到所设定的手机屏幕上。 该系统采用 AT89C51 单片机作为主控制芯片，通过 HRH GSM Modem 来进行通信，采 用红外传感器进行检测，配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的 作用。同时附加电路通过键盘显示电路来预设安防报警系统的电话号码，DS12887 实时时 钟芯片对发生警情的时间进行记录和保证系统的可靠运行，315MHZ 调幅遥控器来实现用 户对系统的布、撤防状态进行改变。 硬件设计采用 Proteus 软件，完成了系统的键盘接口电路、时钟电路、电源电路、 发射接收电路、传感器采集信号等模块的电路原理图的设计。软件设计采用 Keil 开发系 统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调 试。 关键词：单片机；GSM 模块；传感器 I ABSTRACT This design is the use of AT89C51 MCU to achieve The Family guard against theft and Alarm system Based on GSM Modem.It is made up of AT89C51 MCU、HRH GSM Modem、 keyboard display chip、DS12887 real-time clock chip、315MHZ remote control sensors and other basic peripheral circuits. It will display the alarm content in Chinese directly at your mobile screen, and it recurs to the GSM mobile network. The System use AT89C51 MCU as the control core chip, through the HRH GSM Modem for communications,it adopted initiative infrared sensor to detect, the system equipped the smog sensor and leakiness sensor of gas and guarded against fire and gas leakiness. Meanwhile,additional circuit to default the telephone number of guard against theft and Alarm system by keyboard display chip, through DS12887 real-time clock chip to record the situation occurred in time for police and to ensure reliable operation of the system,315MHZ remote control to achieve the user to change the systems position . The hardware design using Proteus to achieve the circuit schematic diagram designs of the system keyboard interface circuit ,clock circuits,power circuits,transceiver circuits and the sensor signal acquisition module and so on. The software development system of Keil is used to design the software. And the procedure of the processing of signal has been completed and debugged successfully. Keywords：MCU;GSM modem;Senor 0 目 录 第 1 章 绪论 .3 1.1 安防报警系统发展概况 .3 1.2 设计背景目的 .3 第 2 章 整体设计方案 .4 2.1 方案选择论证 .4 2.2 主控芯片单片机的选择 .4 2.2.1 AT89C51 的主要性能 .5 2.2.2 AT89C51 的引脚结构 .5 2.3 通信模块的选择 .6 2.3.1 GSM Modem 的主要功能 .6 2.3.2 GSM Modem 的硬件接口 .6 2.4 传感器的选择 .6 2.4.1 红外传感器 .6 2.4.2 烟雾传感器 .7 2.4.3 气体泄漏传感器 .7 2.5 键盘显示模块的选择 .7 2.6 存储器的选择 .7 2.7 时钟芯片的选择 .8 2.7.1 DS12887 功能 .8 2.7.2 DS12887 引脚定义 .8 第 3 章 系统硬件设计 .9 3.1 系统结构原理图 .9 3.2 电源部分 .10 3.3 时钟电路 .10 3.3.1 单片机时钟电路 .10 3.3.2 系统的时钟电路 .11 3.4 信号采集电路 .12 3.4.1 红外信号检测 .12 3.4.2 气体、烟雾检测 .13 3.5 复位电路 .14 1 3.6 键盘显示电路 .14 3.7 通信电路 .16 3.7.1 发射、接收电路 .16 3.7.2 GSM 模块与单片机的连接 .17 第 4 章 家庭安防报警系统的软件设计 .18 4.1 主程序 .18 4.2 外部中断 0 中断服务子程序 .19 4.3 通信模块的设置 .19 4.3.1 设置短信中心号 .19 4.3.2 利用 GSM MODEM 向普通手机发短信 .19 4.4 串口控制 SMS 的工作原理 .20 结论 .22 参考文献 .23 附录 .24 附录 1：硬件设计总图 .24 附录 2：部分程序源代码 .24 致谢 .30 2 第 1 章 绪论 1.1 安防报警系统发展概况 当科技还不发达的时候，人们依靠安装防盗门、防盗网及人工防犯来防止犯罪分子 对住宅的入侵，对于当时的人们来说，这种安防装置已经够用。由于这种安防装置不但 有碍美观,而且不符合防火要求，所以随着科学技术的不断发展，人们开始利用电子技术 与网络技术来设计新的安防系统。常见的安防报警系统的有固定点电话联网安防报警系 统、以太网、集群系统、AURINE 家庭报警系统、智能拨号安防报警系统等，来有效防止 犯罪分子的入侵。 目前我国大多数家庭都是双职工,当发生警情时,不能及时地处理。所以当固定电话 被普遍使用时，人们开始利用固定点电话联网安防报警系统来实现家庭安防报警，该系 统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，适用于家居安全技术防范1。随后，人们 又开始利用智能拨号安防报警系统来实现家庭安防报警，智能拨号安防报警系统,配合各 种无线探测器，可实现智能化防盗、防火、防燃气漏露、紧急求救等功能。 科学技术的飞速发展，促使家庭安防报警系统逐渐向智能化方向发展，出现了各种 各样的智能化的安防报警系统。在以后的发展中，将会出现越来越高级实用的家庭安防 报警装置，也是我们这一代人所研究的方向。 1.2 设计背景目的 随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化 发展。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统已满足不了人们的需求，本系统 的设计正是利用电子技术对家庭安防报警系统进行研究。随着信息时代的到来，手机通 讯工具已基本普及，该设计利用这一点，展开对家庭安防报警系统的研究，解决了传统 的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统中存在的隐患(其它没有安防盗窗的相近楼层形成 被盗隐患、发生火灾时不易逃生等)。它用 AT89C51 单片机实现基于 GSM 短信模块的家 庭安防报警系统，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到主 人的手机屏幕上。不仅使家庭安防使用起来更及时、更方便，而且解决了传统的机械式 安防系统带来的隐患。 3 第 2 章 整体设计方案 2.1 方案选择论证 安防报警系统一般是由入侵探测器、安防报警控制器和接警中心组成。 该系统设计方案有以下两种： 方案一：利用固定点电话联网安防报警系统来实现家庭安防报警，该系统由编程主 机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间 远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地 图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案 时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。 方案二：通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制 GSM Modem 向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通 过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了烟雾传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和 气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备 4X4 矩阵键盘来自己设置报警手机 号码和 315MHZ 调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防 状态进行改变。 通过比较，方案二能更能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择 方案二。 2.2 主控芯片单片机的选择 20 世纪 80 年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名 的计算机厂家已投放市场的产品就有 50 多个系列，数百个品种。 尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是 Intel 公司的 MCS51 系列单片 机和美国 ATMEL 公司的 89C51 单片机。 MCS51 系列单片机包括三个基本型 8031、8051、8751。 8031 内部包括一个 8 位 CPU、128 个字节 RAM，21 个特殊功能寄存器（SFR） 、4 个 8 位并行 I/O 口、1 个全双工串行口、2 个 16 位定时器/计数器，但片内无程序存储器， 需外扩 EPROM 芯片。比较麻烦，不予采用。 8051 是在 8031 的基础上，片内集成有 4KB ROM，作为程序存储器，是一个程序不 超过 4K 字节的小系统。ROM 内的程序是公司制作芯片时，为用户定制的，出厂的 8051 都是含有特殊用途的单片机。所以 8051 适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品 中。也不予采用。 8751 是在 8031 基础上，增加了 4K 字节的 EPROM，它构成了一个程序小于 4KB 的 小系统。用户可以将程序固化在 EPROM 中，可以反复修改程序。但其价格相对 8031 较 贵。8031 外扩一片 4KB EPROM 的就相当与 8751，它的最大优点是价格低。随着大规模 4 集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。也不予采用。 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称 单片机2。AT89C51 是一种带 2K 字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技 术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁 存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，AT89C51 是它的一种 精简版本。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。故 此设计采用 AT89C51。 2.2.12.2.1 AT89C51AT89C51 的主要性能的主要性能 （1）与 MCS-51 单片机产品兼容 （2）4k 字节在系统可编程 Flash 存储器 （3）1000 次擦写周期 （4）全静态操作：0HZ24HZ （5）三级程序存储器锁定 （6）32 个可编程 I/O 口线 （7）两个 16 位定时器/计数器 （8）五个中断器 （9）可编程串行通道 （10）低功耗空闲和掉电模式 （11）看门狗定时器 2.2.22.2.2 AT89C51AT89C51 的引脚结构的引脚结构 AT89C51 封装引脚如图 2.1 所示。 图 2.1 AT89C51 封装引脚 5 2.3 通信模块的选择 随着微电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具已经被普遍使用，基于这一 点，我设计了基于 GSM 短信模块的家庭安防报警系统，而由于 HRH GSM Modem 内嵌 高可靠性的 GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和 51 单片机系统（MCS51），标准串行 接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的 GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用 方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可 靠等特点3。因此本设计选用 HRH GSM Modem 来进行通信。 2.3.12.3.1 GSMGSM ModemModem 的主要功能的主要功能 （1）收发短信； （2）借助短信实现远程小批量数据传输； （3）语音通话（GSM 电话）； （4）数传模式实现无线实时数据通信； （5）无线上网（自动应答型）。 2.3.22.3.2 GSMGSM ModemModem 的硬件接口的硬件接口 模块要求 12V/500mA 供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率 9600bps，通 过 SIM 卡座来安装 SIM 卡。 2.4 传感器的选择 要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是哪种传感 器，其最终输出的都是开关量。 2.4.12.4.1 红外传感器红外传感器 对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释 红外传感器有以下优点： （1）主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判 断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报； （2）由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了 极大的夜间布防的可能。 2.4.22.4.2 烟雾传感器烟雾传感器 本设计选用离子式烟雾传感器，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠 的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 2.4.32.4.3 气体泄漏传感器气体泄漏传感器 本设计选用电化学型气体传感器，电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位 电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体 6 的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。近年来，又开发了检测酸 性气体和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的 电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能 检测CO，NO， 2 CO， 2 O， 2 SO等气体外，还能检测血液中的氧体积分数4。电量式气 体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数离子电极式气 体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传 感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 2.5 键盘显示模块的选择 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和 LCD 显示，来对安防报警系统进行电话号码的预设。综合设计方案，考虑输入需要的按键 数量以及成本，最终选择 4X4 矩阵键盘和 LCD1602。 2.6 存储器的选择 为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电 数据不丢失的铁电存储器，该类存储器相对于传统的 EEPROM 有许多优点：（1）传统 的 EEPROM 写入次数有限，一般为 10 万次，而铁电存储器有着近乎无限次擦写的特性； （2）传统的 EEPROM 写入速度较慢，一般需要 CPU 延时几个 NOP 的时间来等待写入， 而铁电存储器有着和 RAM 相同的操作速度；（3）EEPROM 需要较大的能量来完成一次 擦写，而铁电存储器在写入时属于微功耗。 同时本设计选用了 FM24C16 来作为非易失性数据存储器，其特点如下： 传1传FM24C16A 是一种串行非易失存储器，它的结构容量为 512*8 位，接口方式为工 业标准二线制造串行接口，与串行 EEPROM 的功能操作相似，与 EEPROM 具有相同的 引脚排列，不同之处在于，FM24C16A 具有非常出色的写操作性能； （2）2.FRAM 内部采用读恢复机制操作。所以读写次数与每一次读写都有关系。 FRAM 结构是基于行与列阵列排布，每次访问都会使一行减少一次读写寿命5。铁电的 擦写次数几乎可以说是无限次。即使每秒访问 3000 次，连续使用十年，使用寿命仍未终 止。 2.7 时钟芯片的选择 为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行， 要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。 DS12887 采用 CMOS 技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于 芯片内部。采用 DS12887 芯片设计的时钟电路不需任何外围电路并具有良好的微机接口。 DS12887 芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于 各种需要较高精度的实时时钟场合中6。故本设计选用了 DS12887 实时时钟芯片。 7 2.7.12.7.1 DS12887DS12887 功能功能 该模块有两个功能：一是为系统提供实时的时间日历信息；二是送出一个周期为 125ms 的方波作为 MCU AT89S52 外部中断 INT0 的中断源，以产生周期性中断采集数据。 该模块主要由 DS12887 组成，具体的接口电路如图所示。DS12887 是 DALLAS 公司生产 的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、可编程中断、方 波发生器和 114 字节的非易失静态 RAM。 2.7.22.7.2 DS12887DS12887 引脚定义引脚定义 AD0-AD7：地址/数据，应接 P2 口。 MOT：总线类型选择，与 AT89C51 连接时接地。 CS：片选端，地址选通，与 AT89C51 连接时接 ALE。 R/W：读/写控制，与 AT89C51 连接时接 WD。 DS：数据选通，与 AT89C51 连接时接 RD。 RESET：复位端，接+5V。 IRQ：中断请求输出。 DS12887 管脚如图 2.5 所示。 图 2.5 DS12887 管脚 8 第 3 章 系统硬件设计 3.1 系统结构原理图 主电路采用 AT89C51，由于 AT89C51 内含 4KB 容量，因此在设计中不需要外扩 ROM。 硬件电路主要有键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号 电路等组成。 电路原理框图如图 3.1 所示。 图 3.1 系统总体框图 3.2 电源部分 电源电路图如图 3.2 所示。 电 源 红 外 传 感 器 燃 气 泄 漏 传 感 器 烟 雾 传 感 器 M C U G S M 模 块 遥 控 布 撤 防 9 图 3.2 电源电路图 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足 负载要求的电能，所以一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量较少纹 波,电压要恒定,且单片机复位电路要稳定、可靠,考故需要设计一个直流稳压电源给单片 机供电，先经变压器转为 9 伏的交流电，再通过桥堆 2W10 对输入的 9 伏的交流电进行 整流，然后通过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为 +5 伏，电源指示 灯亮，说明该模块能正常工作。 3.3 时钟电路 3.3.13.3.1 单片机时钟电路单片机时钟电路 该模块使用 11.0592MHZ 的晶振和两个 30PF 的电容来实现的，它为单片机提供工作 时的时钟脉冲，没有该模块单片机将不能工作。晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯 片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作。 3.3.23.3.2 系统的时钟电路系统的时钟电路 为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行， T1 Trans D12 Bridge1 100pF C3 100pF C41K R1 D3 1N5406 220v 7805 GND inout DS1 S1 5V 图 3.5 单片机时钟电路 单片机时钟电路如图 3.5 所示。 10 图 3.6 时钟芯片与单片机的连接 时钟芯片与单片机的连接如图 3.6 所示。 要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，本设计选用了 DS12887 实时时钟芯片。时 间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存 字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或 BCD 形式。时间、日历和定闹字节是双 缓冲的，总是可访问的7。每秒钟这 10 个字节走时 1 秒，检查一次定闹条件，如在更新 时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定 闹时间写入相应时、分秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断 每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是 任意从 C0 到 FF 的 16 进制数。当小时字节的不关心码位置时，定闹为 1 小时发生一次， 由于小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时， 每秒中断一次。 DS12887 芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛 用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下： 传1传内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。 传2传计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。 传3传二进制数码或 BCD 码表示时间、日历和定闹。 传4传12 小时或 24 小时制，12 小时时钟模式带有 PM 和 AM 指导，有夏令时功能。 传5传MOTOROLA5 和 INATAEL 总线时序选择。 传6传有 128 个 RAM 单元与软件音响器，其中 14 个作为字节时钟和控制寄存器，114 字节为通用 RAM，所有 ARAM 单元数据都具有掉电保护功能。 DS12887 11 传7传中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中 断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。 3.4 信号采集电路 3.4.13.4.1 红外信号检测红外信号检测 信号检测电路主要由红外检测探头 SD02 和 BISS0001 信号处理电路组成。信号检测 电路如图所示。配以滤波镜片和阻抗匹配用场效应管组成的红外传感器，以非接触方式 检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电信号，经 BISS0001 中的运放 N1 的前置放大、 运算放大器 N2 的第二级放大，将直流电位抬高为内置电压 Um 后送到由比较器 N4、N5 组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号 Us。由于内置电压 UH0.7UDD、UL0.3UDD， 当 UDD=5V 时，可有效地抑制1V 的噪声干扰。N3 作为条件比较器，当输入电压 Uc 小 于内置电压 UR(0.2UDD)时，N3 输出为低电平封住了 Us 向下级递送8。而当 UcUR 时， N3 输出为高电平，打开与门 N7，此时若有触发信号 Us 的上跳变前沿到来，则可启动延 时定时器，同时 Uo 输出为高电平。比较器的域值选取很重要，域值太低易误报，太高则 灵敏度低。在定时周期 Tx 内，BISS0001 的输出端 2 为高电位，则晶体管 VT1 饱和导通， 其集 电极为低电位，将这一信号送到由单片机及无线发射电路组成的编码及无线发射电路， 接到编码用的单片机的 P0.0 口，单片机将该探头编码后通过无线发射;在 Tx 结束时， BISS0001 进入封锁周期 Ti，其输出端变为低电平，晶体管截止，其集电极为高电平9。 BISS0001 的 1 脚(A 端)与电源相连，使信号检测电路处于重复触发。Tx 定时间隔可由 BISS0001 的 3 脚和 4 脚上所接的电阻和电容来确定。信号检测探头仰角可在 120范围内 调节，并通过改变仰角来进行实际探测距离的调节，我们可通过实际测试来调整，也可 以调整信号检测电路中的可调电阻 RP 来调整探头的检测距离，本设计电路可探测距离为 30m。 红外信号检测电路如图 3.7 所示。 12 图 3.7 红外信号检测电路 C12 C10 C11 C14C13 R25 R21R20 R23 R19 R22 R42 C9 C15 R24 R26 9 10 11 12 13 14 15 16 8 7 6 5 4 3 2 1 BISS0001 Q3 2N3904 VCC SD02 3.4.23.4.2 气体、烟雾检测气体、烟雾检测 在出现可燃性气体时 TGS308 型气体传感器的电导增加，通过电位器 RP 滑动点取出 电压，其值从正常的 3V 有效值增加到 20V。此升高的电压经二极管和 4.7K 电阻加至晶 体管 VT1，使之导通，VT1 导通使双向晶体管 2N6070A 导通，使之输出一个高电平，来 使单片机控制工作。在检测烟雾信号时，为了简单电路，我选用了与 TGS308 工作原理相 近的 8224 烟雾传感器。同样，在 8224 周围气体浓度增加时，它的电导也会增加，通过 这个电路也可以实现向单片机发送开关信号，来控制报警信号。 气体、烟雾检测电路如图 3.8 所示。 TGS308 822418200031 24V R43D14 R32 Q4 2N3904 D13 C6 R27 C7R33 传传传 P3.4,P3.5 SD02 3.5 复位电路 图 3.8 气体、烟雾检测电路 复位电路如图 3.9 所示 RST 13 该部分电路完成 AT89C51 的复位，采用按键复位的方式，它与单片机的 RST 引脚相 连，当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电 复位的功能。其电阻 R1 为 200 欧姆，R2 为 1K 欧姆，电容为 22uF。 3.6 键盘显示电路 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，本设计选择4X4矩阵 键盘和LCD1602来对安防报警系统进行电话号码的预设和显示，电路如图3.10，3.11所示。 图 3.9 复位电路 图 3.10 显示电路 R1 R2 14 液晶显示器的作用是显示键盘按下时所代表的数字，以确保输入的预设手机号的正确。 如图 3.10 所示电路中 RV 其作用为调节 VEE 输入引脚的电压，实现对 LCD1602 对比度的 调节。1 接地电源，2 接 5V 工作电源，714 数据口接单片机的 P1 口，LCD 的数据端口 的工作方式采用 8 数据线工作方式，P0.5、P0.6 同时接 LCD 的 RS、E 端口，每次向 LCD 写 8 位数据，这样可以实现程序编写简单。 如图 3.11 所示，矩阵键盘由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行、列 线分别列接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V 上。无键按下时，行线处于低 电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平一样为高电 平。这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。一个 4x4 的行列可以构成一个 16 按 键的按键。 键盘的作用是用户向该系统输入预设发送报警信息的手机号，以及手动的布防、设 防和蜂鸣报警器的停止。该键盘可以实现数字 09 的输入，撤销键的作用是对错误号码 的撤销，设置号码键是向该系统输入预设的发送报警信息的手机号，布防、撤防键是进 行布防和撤防。 3.7 通信电路 3.7.13.7.1 发射、接收电路发射、接收电路 为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设 计选用了 315MHZ 调幅遥控器，该遥控器具有以下优点： 图 3.11 矩阵键盘 15 传1传工作在业余频段，不用花钱购买频点； 传2传有效距离远，一般可达 2001000 米； 传3传有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的 PT2262/PT2272 编解码芯片对都提供 8 位三态的编解码状态，也就是说有 3 的 8 次方地址 码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的安防报警布、撤防应用。 发射、接收电路无解码电路图分别图 3.12 和 3.13 所示。 3.7.23.7.2 GSMGSM 模块与单片机的连接模块与单片机的连接 HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机 系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议10，与单片机通过串口连接，由 于HRH GSM模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双 工的工作方式，来进行通信和控制。 GSM模块与单片机的连接如图3.14所示。 图 3.12 发射电路 图 3.13 接收电路 16 第 4 章 家庭安防报警系统的软件设计 4.1 主程序 主程序流程图如 4.1 所示。 初始化 发短信：系统运行正常 否 是 图 3.13 GSM 模块与单片机的连接 读时钟是否等 于定时时间 读布撤防开关 开始 17 系统开始工作时，首先要初始化，然后读时钟是否等于定时时间。如果是则发短信 给用户：系统运行正常，然后读布撤防开关；否则直接读布撤防开关。读布撤防开关， 如果是开则布放，然后同时检测红外传感器、烟雾传感器和燃气泄漏传感器的开关量； 否则撤防，返回读时钟是否等于定时时间，重复上述步骤。检测红外传感器、烟雾传感 器和燃气泄漏传感器的开关量，如果是开则对应的发短信：有人行窃；屋内有火灾警情； 厨房有燃气泄漏；否则返回读时钟是否等于定时时间，重复上述步骤。 4.2 外部中断 0 中断服务子程序 外部中断 0 中断服务子程序流程图如图 4.2 所示。 4.3 通信模块的设置 该设计选用 HRH GSM Modem 来进行通信。HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的 发短信：有人 行窃 发短信：厨房 有燃气泄漏 发短信：屋内 有火灾警情 布防 撤防 否 是 是 否 是 否 是 否 图 4.1 主程序流程图 图 4.2 外部中断 0 中断服务子程序流程 图 读燃气泄漏传 感器开关量 烟雾传感 器开关量 红外传感 器开关量 外 部 中 断 0 读 键 值 校时键 预设键 复位键 校时子程序 预设子程序 复位子程序 出 中 断 18 GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和 51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简 的软件接口协议将用户从繁杂的 GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且 公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点11。 HRH GSM Modem 的软件协议 传1传A表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 进制数据00。 传2传帧结构：帧头（固定为0AAH）指令码数据。 4.3.14.3.1 设置短信中心号设置短信中心号 以北京地区为例，短信中心号为：+00，应向GSM MODEM 下发数据帧： AA 09 2B 38 36 31 33 36 38 31 30 30 30 30 30 30 （16 进制数据） 如果设置成功，GSM MODEM 应答 AA 09 “+00”，如果设置不成功，GSM MODEM 应答 AA 09 ERROR。短信中心号设置后，保存在SIM 卡上，只需设置一次；也可以在 手机上把短信中心号设置好后再装入GSM Modem，以后就不用再设置。 4.3.24.3.2 利用利用 GSMGSM MODEMMODEM 向普通手机发短信向普通手机发短信 以向手机 发中文信息“测试”为例： 首先计算或查表得到“测试”的UNICODE 编码为：6D4B（测） 8BD5（试）； 向GSM MODEM 下发数据帧： AA 02 31 33 36 36 31 31 30 30 30 30 30 6D 4B 8B D5 GSM MODEM 可能返回于下信息： AA 01 ERROR短信未从GSM MODEM 送出，可能是未登陆网络或SIM 卡故障。 AA 01 OK 短信已从GSM MODEM 送出，但未送达短信中心，可能是信号质量差 或天线连接不好。 AA 01 SEND OK 短信已送达短信中心，并且短信中心已经下发给接收方。 AA 01 SUCCESS ： 接收方已经收到短信（注意仅当接收方手机已经设置短信自动 应答时才会返回；GSM MODEM 已设置成短信自动应答）。 AA 01 FAILURE ：短信中心未能将短信送达接收方或接收方已经收到短信，但其 给短信中心的回应短信中心没有收到（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才 会返回）。 一般情况下，由于短信不保证实时性，所以从发送到对方接收到短信可能有5-10 秒 的延时，使用中建议设置短信超时定时器长度在20-30 秒左右12。 短信发送成功的返回信息：先返回 AA 01 SEND OK31；如果接收方手机设置了短 信自动应答，则在对方收到后返回 AA 01 SUCCESS ： 。 19 短信发送失败的几种可能返回信息： 传1传AA 01 ERROR （2）AA 01 OK 传3传AA 01 SEND OK32 （4）AA 01 FAILURE ： 4.4 串口控制 SMS 的工作原理 单片机与 GSM 模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为 19200bps。采用这种 RSM232 电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好13。RS232 接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与 GSM 模块连接，电路比较简单， 所涉及的芯片包括单片机 AT89C51 和电平转换芯片 MAX232，是非常常见的接口电路。 需要说明的是，该接口通过 2 I C 总线扩展了一个 2 E PROM存储器芯片 AT24C64，它的主 要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必须的。 GSM 的短信息业务 SMS 利用信令信道传输，这是 GSM 通信网所特有的。它不用拨 号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成 存储后再发送给最终的信宿14。所以当目的 GSM 终端没开机时信息不会丢失。每个短 信的信息量限制为 160 字节。 现在市场上大多数手机均支持 GSM07.05 规定的 AT 指令集。该指令集是 ETSI（欧洲 通信技术委员会）发布的，其中包含了对 SMS 的控制15。利用 GSM 手机的串行接口， 单片机向手机收发一系列的 AT 命令，就能达到控制 GSM 模块收发 SMS 的目的。必须 注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的 ASCII 码。用单片机控制 GSM 模块收发短信息所涉及以的 AT 指令如表 4.1 所示。 表 4.1 AT 指令 AT+OFF 关机并重新启动 AT+CSDH=0 在 TEXT 模式下在返回值中不显示详细的头信息 ATE0 关闭回显 AT+CMGF=1 选择短信格式为 TEXT 模式 AT+CMGS 发送短信息 AT+CMGR 读取短信息 20 AT+CMGD=0 删除全部短信息 结论 该设计用单片机作为控制核心，配以其它高精度进口集成器件，加上对软件的精心 设计，实现了家庭安防报警。硬件设