基于gsm的家庭安防系统

摘要本系统采用嵌入式技术,主要由单片机和GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络发信息的数据融合与处理,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您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并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。GSM短信息模块执行发送短信息给用户手机和接收用户手机的短信息从而建立用户手机和单片机控制系统的远程通信功能，系统通过电力线载波实现子功能模块与主控模块之间的通讯。系统主控模块主要完成发送、接收、解释短信息，并实现对各功能子模块的控制。该系统软件采用汇编语言编制，基本实现了各系统功能。关键词单片机TC35I模块传感器嵌入式技术数据融合ABSTRACTTHESYSTEMADOPTSTECHNOLOGYOFINLAY,ITISMADEUPOFMCUANDGSMMODEMITWILLDISPLAYTHEALARMCONTENTINCHINESEDIRECTLYATYOURMOBILESCREEN,ANDITRECURSTOTHEMOSTRELIABLEGSMMOBILENETWORKDATACOMBINATIONANDPROCESSIONOFSHORTMESSAGEOFRECEPTIONANDSENDINGTHESYSTEMADOPTEDINITIATIVEINFRAREDSENSORTODETECT,ANDITTURNEDTHETRADITIONALALARMNETANDALARMWINDOWSTOIMMATERIALITYBESIDES,THESYSTEMEQUIPPEDTHESMOGSENSORANDLEAKINESSSENSOROFGASANDGUARDEDAGAINSTFIREANDGASLEAKINESSWIRELESSMODULETRANSITSSMSTOUSERSMOBILEPHONEANDRECEIVESSMSFROMUSERSMOBILEPHONE，SOCONNECTINGWITHTELECOMMUNICATIONFUNCTIONBETWEENUSERSMOBILEPHONEANDMICROCONTROLSYSTEMANDTHECOMMUNICATIONBETWEENTHEHOSTCONTROLANDSEVERALSUBFUNCTIONMODULESISREALIZEDTHROUGHTHEPOWERLINECARRIERWAVETHEHOSTMODULEMAINLYFULFILSTHEFUNCTIONOFSENDINGSMSANDRECEIVINGSMSANDINTERPRETINGSMS，ANDTHENCONTROLLINGTHESUBMODULESINTHEPAPER,THESYSTEMSOFTWAREISFINISHEDUSINGTHEASSEMBLELANGUAGE，ANDTHEFUNCTIONOFTHESYSTEMISREALIZEDKEYWORDSMCUTC35IMODEMSENSORTECHNOLOGYOFINLAYCOMBINATIONOFDATA目录第1章绪论111课题背景112家庭安防的发展与现状113设计的目的和意义3第2章系统功能及总体设计方案421系统功能422总体方案设计4第3章硬件系统设计631主控芯片的选择6311STC89C52的功能特性简述6312STC89C52最小系统732GSM无线通讯模块TC35I9321GSMMODEM的主要功能12322GSMMODEM的硬件电路1233电源电路设计143315V、417V电源设计15332基于NE555智能自动充电后备电源系统1634存储电路设计18341FM24C62功能及特点介绍19342二线制协议19143FM24C16与单片机典型连接图2035实时时钟电路设计21351DS12887功能与特点介绍21352DS12887引脚定义22353DS12887与单片机接口2336遥控布防与撤防设计及传感器23361SC227223362传感器选型2637键盘与显示2837144矩阵键盘28372LCD160229第4章家庭防盗报警系统的软件设计3041主程序流程图3042外部中断0中断服务子程序流程图3143串口通信的软件设置3244热释电红外HCSR501的软件设计3345IIC通讯协议3347GSM模块中的AT指令35第5章系统调试3851GSM模块调试38511设置短信中心号38512AT指令调试3852防盗报警系统调试40第6章总结4261设计总结4262展望42参考文献44致谢45附录程序源代码46硬件系统总图53第1章绪论11课题背景随着人们物质生活水平的不断提高，全国范围内建成了各式各样的现代化住宅小区。人们对家庭住宅的要求越来越高，特别是对个人安全和家庭财产安全的重视，人们不仅希望拥有一个舒适、温馨的住所，而且对家庭住宅的安全性等方面也提出了更高的要求。另一方面，经济的快速增长也带来了很多的负面社会效应，城市、农村之间收入差距进一步拉大，城市中的流动人口也随之急剧增加，盗窃、入室抢劫等案件呈现明显的增长趋势，因此人们希望有一个可以安全生活的住所。但是犯罪分子的作案手段越来越高明，这使得以往那种依靠专人看管、小区物业管理等防范方式，已不能满足人们对家庭住宅防盗的要求。此外，传统的家庭防盗监控方式需要耗费较大的人力、物力及时间，效率低又不能保证家庭住宅的安全。上述情况都使得现代防盗报警系统慢慢深入到人们生活当中。尤其是电子和通信技术的迅猛发展，各种新技术的不断涌现，传统的安防物防等形式已经不能满足要求，难以适应当今社会新形势发展的需求。随着电子通信技术的进步和普遍应用，实现了家庭安防系统的快速发展，基于通信设备的家庭防盗系统也迅速崛起。12家庭安防的发展与现状随着信息社会的发展，计算机和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中，并提出了智能家居的概念。智能家居SMARTHOME系统是一个开放的、使用了多项高新技术的智能化、人本化的集成型家居系统“1，它把宽带互联网、信息家电、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起。智能化和网络化是未来家居发展的必然趋势。自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，多年以来，人们对智能家居环境的研究和追求始终没有停顿过。1997年，美国微软公司的总裁比尔盖茨的新居落成，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过电脑控制，而且一个高性能的服务器作为管理整个系统的平台。1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。1999年的时候，在德国汉诺威举办的CEBIT信息产品博览会确确实实展出了一所真正的信息住宅。国内的智能家居网络技术的发展始于上个世纪九十年代末。到2000年开始广泛介绍和宣传智能家庭概念，使我国的居民了解智能家庭的概念，并感觉到我们在跨入新世纪的同时，自己的家居也将进入智能化的新时代。2001年是各个科研机构和公司从规划到实际研发的关键一年。但由于没有智能家庭所需的接口标准，可选配的智能家用设备也很少，限制了智能家庭网络的发展。到20022003年有相当一部分高档和中档的住宅小区和私人住宅，在控制和管理上实现一般意义上的智能化，宽带网进入一般居民的住宅和小区。到2003。2004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。美国和欧洲在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大量出现在市场上。国内自行设计和生产的可连网的家用电器设备也有相当的规模。到2005年2007年，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。其真正智能家庭网络的大市场将在20042007年中形成。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题。对家庭设备进行远程监控也是智能家居一个分支。人们希望在回到家前启动家中的空调以调整到适当的温度希望家中煤气泄漏、起火、小偷入侵时能够报警；希望人外出时能够查看窗户有没关好，基于这些考虑本课题研究建立一个采用GSM短信息对家居环境进行远程监控，实现家居智能化的系统。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，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。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点1固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。2以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及。3集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。针对以上通信方式的优、缺点，我设计了基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，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您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并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，一步步实现“千里眼”智能家居的理念。13设计的目的和意义随着时代的进步，人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。同时，TC35I型GSM模块自带RS232通信端口，能够方便地与单片机相连，可实现报警信号的无线快速传递，直接将报警信息传送到客户手机终端上，方便及时报警。通过GSM模块也能使该系统与PC终端相连，方便多系统的协调统一管理。目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射接收以及微波等技术为基础。本设计所用的热释电红外传感器能以非接触的方式检测出人体辐射的红外线，并将其转化为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。用热释电红外防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比（1）不需要红外线或电磁波等发射源。（2）灵敏度高、控制范围大。（3）隐蔽性好，可流动安装。自然界中，不论任何物体，也不论其本身是否发光，只要其温度高于绝对零度都会一刻不停的向周围辐射红外线。红外线传感器是将红外辐射能转化为电能的一种光敏元件，通常将红外传感器分为热型和光子型，热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化，其探测率、响应速度都不如光子型传感器。但由于热释电红外传感器可在室温使用，灵敏度与波长无关，所以广泛地应用于民用领域。第2章系统功能及总体设计方案21系统功能该系统主要应用于家庭的室内或门窗上，具体安装位置还应结合房屋设计来选定。其价格低，抗干扰能力强，操作方便，工作环境温度为040C。系统通过研究国内家庭防盗设备的特性与应用，考虑了干扰的消除措施，有效地避免干扰的产生。系统的器件需要采用高性能低价原件，降低开发成本，而且能够满足大多数用户的需求。本系统将对家庭环境中的异常情况进行智能控制，以期达到最佳的控制效果。本设计包括硬件、软件两部分。模块可划分为检测模块、报警模块和控制模块。电路结构可划分为热释电红外传感器、报警器、矩阵键盘、单片机控制电路。软件结构有循环检测、防盗报警两个功能。就此设计的核心模块来说，单片机是设计的中心元件，该系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括系统功能分析、硬件设计、软件设计等几个阶段。图21系统功能示意图22总体方案设计本系统以单片机STC89C52为控制中心，外接红外传感器。输入设备采用矩阵键盘，热释电红外气体泄漏传感器烟雾传感器MCUGSM户主输出设备采用LCD液晶显示，通过键盘输入数字，可以设定接收报警信息的手机号码。当传感器检测到有异常情况入侵时，单片机会触发报警输出设备发出声光报警。并且可以通过GSM模块将报警信息发送到用户手机上，使用户对异常情况做出反应。系统结构图如22所示图22系统结构图GSM模块红外传感器烟雾传感器燃气泄漏传感器MCU遥控布、撤防备用电源第3章硬件系统设计31主控芯片的选择STC89C52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用STC89C522单片机作为主控制芯片。311STC89C52的功能特性简述STC89C52的主要性能与MCS51单片机产品兼容8K字节在系统可编程FLASH存储器1000次擦写周期全静态操作0HZ33HZ三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能8K字节FLASH，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，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。另外STC89X52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。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。最高运作频率35MHZ，6T/12T可选。和ATMEL的对比STC89C52RC单片机8K字节程序存储空间；512字节数据存储空间；内带4K字节EEPROM存储空间可直接使用串口下载；AT89S52单片机8K字节程序存储空间；256字节数据存储空间；没有内带EEPROM存储空间312STC89C52最小系统（1）电源部分外电源供电，采用21电源插座，可外接电源DC5V，经单向D1保护，送到开关S1，LED为电源指示灯。234USBDIN589WPT0CUFVGOERKL图31单片机电源部分（2）复位电路51为高电平复位，电容和电阻构成简单的上电复位。10KRUFC8STV图32复位电路（3）蜂鸣器如图33单片机P15输出高低电平经R21连接三极管B极控制三极管的导通与截止从而使蜂鸣器工作。P5PEAKRGND2SQ图33蜂鸣器电路（4）独立键盘如图34，由六个按键组成，每个按键的一端连接IO口，另一端连接GND案件分别接入P37P32，只要按下相应的按键，相应IO口被拉为低电平，程序可以判断相应位是否为0来确认按键已按下W67图34独立键盘（5）RS232串口使用MAX232将单片机的第二串口引出，通过DB9接口实现与外界串口通信。123467890JDCONECTRVTOURINGMAXP图35串口通信（6）时钟其中Y1是可插拔更换的，默认值是12MHZ，C9C1030PF，它们决定了单片机的工作时间精度为1微秒。PFY图36晶振电路32GSM无线通讯模块TC35I本设计中单片机可实时监控系统工作状态，且具有现场声光报警功能。但对于出门在外或经常出差的人来说，声音报警和灯光报警只能起到警示作用，实际意义不大。故本系统选用了GSM模块进行短信报警，通过系统自动发信息的功能以方便地通知用户家庭的安防状态及系统的运行状况。短信报警电路采用TC35I模块。要实现目前GSM无线传输必须选择对应的设备，通过比较和核对，最终选定TC35I模块来进行无线传输。TC35I新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3348V,电流消耗休眠状态为35MA，空闲状态为25MA，发射状态为300MA平均，25A峰值；可传输语音和数据信号,功耗在EGSM9004类和GSM18001类分别为2W和1W,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/18V，TC35I的数据接口CMOS电平通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300B/S115KB/S,自动波特率为12KB/S115KB/S。它支持TEXT和PDU格式的SMSSHORTMESSAGESERVICE,短消息,可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复（1）技术特点TC35/TC35I短信模块体积小、重量轻；低功耗；支持数据、语音、短消息和传真；SIM应用工具包；AT命令集控制；RA最大值语音解码标准三种速率半速ETS0620全速ETS0610增强型全速度ETS0650/0660/0680短信息MT,MO,CB和PDU模式外型尺寸545X36X36MM音频接口模拟信号（麦克风，耳麦，免提手柄）通讯接口RS232（指令和数据的双向传送）SIM卡操作电压3V/18V电话薄功能存储于SIM卡中模块复位采用AT指令或掉电复位串口通讯波特率300BPS115KBPS自动波特率范围48KBPS115KBPS软件下载功能通过RS232或SIM接口实时时钟可实现（时钟频率32768KHZ）定时器功能可用AT命令编程321GSMMODEM的主要功能A收发短信；B借助短信实现远程小批量数据传输；C语音通话（GSM电话）；D数传模式实现无线实时数据通信；E无线上网（自动应答型）。322GSMMODEM的硬件电路模块要求12V/500MA供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率9600BP通过SIM卡座来安装SIM卡。（1）TC35I模块概述TC35I模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3348V，电流消耗休眠状态为35MA，空闲状态为25MA，发射状态为300MA平均，25A峰值；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM9004类和GSM18001类分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/18V，TC35I的数据接口CMOS电平通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300B/S115KB/S，自动波特率为12KB/S115KB/S。它支持TEXT和PDU格式的SMS短消息，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。TC35I由供电模块闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为TC35I的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。（2）TC35I引脚介绍TC35I模块有40个引脚，通过一个ZIFZEROINSERTIONFORCE，零阻力插座连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。TC35I的第15引脚是正电源输入脚，第610引脚是电源地。11、12为充电引脚，可以外接锂电池，13为对外输出电压共外电路使用，14为ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻，用于锂电池充电保护控制。TC35I使用外接式SIM卡，2429为SIM卡引脚，分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。ZIF连接器上有6个引脚作为SIM卡的接口，SIM卡上也有6个引脚分别与它相对应，SIM卡同TC35I是这样连接的SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35I的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果连接正确，则CCIN引脚输出高电平，否则为低电平。3340为语音接口，可以直接驻极体话筒和扬声器用来采集声音或者放音。15、30、31、32脚为控制脚，其中15脚是启动脚IGT，系统加电后为使TC35I进入工作状态，必须给IGT加一个大于100MS的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1MS。30为RTCBACKUP，31为POWERDOWN，32为SYNC。1623为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。TC35I模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITUTRS232接口标准。TC35I的SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示TC35I的工作状态，可用AT命令ATSYNC进行切换，本模块使用的是后一种。当LED熄灭时，表明TC35I处于关闭或睡眠状态。QPND0SYCVR97G3图37SYNCBAT12345GND67890POWERV_MISXCLKFYUHEADRUFS图38TC35ITC35I模块要想与单片机连接有两种方法方法一、由于TC35I模块自带RS232端口，若想与单片机连接，只需设计一个TTL转RS232电平电路,连接到STC89C52的UART口,另一端直接连接到TC35I即可。如图310所示，串口模块由一个MAX232芯片和一个COMPIM串口端组成，COMPIM端口负责与GSM连接，MAX232负责与单片机连接。方法二、直接利用TC35I模块的串口TXD0与单片机的串口RXD连接即可。两种方法相比，第二种方法简单易行，便于实现，故本设计采用了第二种设计方法。33电源电路设计本部分主要是解决单片机和GSM同时供电，以及在主电源意外停止工作状况下后备电源继续供电问题，同时解决蓄电池智能充放电管理。当接通主电源后继电器J1得电，其常闭触电J11和J12断开，备用电源处于智能充电模式。当主电源断电时J1失电常闭触电J11和J12吸合，备用电池供电。3315V、417V电源设计系统的正常运行需要各种外围电路的配合，按照功能可分为电源电路、通信控制电路和其它电路。电源电路为单片机、传感器和TC35I模块提供各自所需的电压。稳定可靠的电源设计是保障TC35I模块正常工作的关键。单片机和传感器的正常供电电压要求为5V，TC35I的供电电压为33V48V，推荐值为42V，超出此范围后会导致模块关闭，同时供电电流要求最高可达到25A，且在峰值电流时压降不能大于400MV，这就要求电源的内阻和线路电阻必需小于160M。为了达到上述供电要求，选用了3A电流输出降压开关型集成稳压芯片LM2576，电源电路如图310所示，输入电压为9V12V，一路降压成5V供单片机和传感器电路，一路由ADJ型LM2576调节（图中R11和R12组成的分压反馈网络）成417V供TC35I。用LM2576设计电源时只需要用到4个外围器件。输入电容CIN会影响到电源输出端低频交流波纹和延期时间，同时防止在输入端出现大的瞬态电压，宜选用低ESR值高耐压值（1625V），大容量（470UF以上）的铝或钽电容。续流二极管D1不能用普通整流管，采用大电流的肖特基二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短,可改善效率。储能电感L1要求有高的通流量和对应的电感值，电感的直流通流量直接影响输出电流,较高的电感也能改善少许效率。根据DATASHEET中的电感选择曲线，100H的电感值是合适的。输出电容COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性，同样宜选用高耐压、大容量、低ESR的电容。另外值得注意的是在布局时各器件应尽量靠近LM2576,同时走线应尽可能直、短、粗，以降低内阻。如图39、310J1R0ZD32VINOUTA_图39主电源A在实际电路中，变压器后面由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后将会得到一个电压波动很大的直流电源，因此需要在这里稳压二极管，变压器输出端的12V电压经桥式整流并电容滤波，输出到IL2576电路中。1235QLM76_VADJ0UFC9KRESHMGUNIOTB图310主电源B332基于NE555智能自动充电后备电源系统为了防止窃贼在进入防区之前将系统的供电交流电源切断，系统必须能够在交流电源被切断后继续正常运行一段时间，本系统采用12V/7AH的铅酸蓄电池作为后备电源，这就给系统设计提出了一个继续解决的问题就是蓄电池的充电电源管理问题。由于铅酸蓄电池在过充情况下电解液会发生气化现象，导致蓄电池的寿命降低，蓄电池在充满电时，蓄电池的电压大概在136V左右，在欠压时电压大概在109V左右，根据这个特点，本人发现此充放电特性符合滞回比较器的传输特性，即将滞回比较器的上限阈值设为136V，下限阈值设定为109V，当充满电后，使滞回比较器控制继电器将充电限流电阻切换到较大的限流电阻上；当放电到109V时，滞回比较器控制继电器将限流电阻切换到较小的限流电阻上，并且保障系统正常工作电流要小于快充充电电路的电流，而大于慢充充电电路的电流。这样就能保证滞回比较器始终工作在109V136V的滞回带内，即保证蓄电池既不欠压又不过充。电路的核心部分是由NE555组成的“滞回比较器”，R8、R9、RP1和RP2构成取样电路，LED1LED3为充电状态指示。电瓶的充电用继电器连接，使通断更为可靠。S1、S2为轻触开关，可以用来手动控制充电进程，使电路变得更加灵活方便。（1）工作原理本电路核心是NE555时基电路，当电瓶为欠压状态如1OV时，取样电路输出的电压低于NE555组成“滞回比较器”的下限。此时，NE555的脚输出高电平，VT1导通，继电器吸合与J2相接，电源经R6向电瓶充电；经过一定时间，电瓶电压随充电过程逐渐升高，当高于预先设定的电压值如137V时，取样电路输出的电压高于NE555组成“滞回比较器”的上限。此时，NE555的脚输出低电平，VT1截止，继电器释放与J1相接，电源经R7和LED3向电瓶提供微弱的补充电流。若将电瓶放电，则当电瓶电压再次低于所设定的下限时，电路才再次翻转为充电状态。因此，在这个过程中存在一个回差，这正是“滞回”之意。在电瓶电压经取样后处于滞回上、下限之间时，无论电路处于何种状态，按下S1，电路都会强制转为充电状态；按下S2，则强制退出充电。这一功能对应急补充电和闲时节能都很有意义。根据工作原理可知当LED2点亮时，表示正在充电；当LED2熄灭而LED1和LED3点亮时，则表示电瓶为正常荷电状态。根据LED3的亮度还可以判断电瓶荷电的多少。（2）调试方法首先，将电路画“X”处断开，接上电源，用数字表测得NE555的脚电压应恒为8V左右。此时，用一个标准的稳压电源替换电瓶接在A、B端。注意电压极性为A正B负。把标准稳压电源电压调至相应电瓶电压预定的最大值如137V，然后调节RP2，使RP2滑动端电压输出与测得脚的电压值如8V相等。然后将标准稳压电源电压降低至相应电瓶电压预定的最小值如105V，调节RP1，使RP1滑动端输出为脚电压值的一半如4V。电压基本调准以后，将标准稳压电源的电压从8V左右缓慢调至15V，然后再缓慢降至8V。同时用数字表跟踪A、B两端的电压。你会发现首先是LED2亮，在电压升至137V左右时，LED2熄灭而LED1点亮，再降至105V左右时，电路又翻转为最初的状态。在电压为105V137V之间时，可以尝试按一下S1或S2，便自然了解其功能了，最后将断开处接通即可。（3）安装工艺为使电路运行准确安全，应注意充电回路和控制回路的分开走线问题。充电回路电流大，应选用短而粗的导线连接；控制回路应尽量不与充电回路“重合”。在制作印制板时，应尽量使NE555的脚、脚与取样电路的“地”靠近，地线应宽而粗。一般只要正确搭接，就可以正常工作。电路中，R6为限流电阻，它决定充电电流的大小。对于12AH的电瓶，调节充电电流在07A为宜。RP1、RP2尽量采用精密多圈电位器。（4）后备电源电路图01C8KR7ES29365LEDJSVBATRYPOUT图311备用电源ANPFGI图312备用电源B34存储电路设计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FM24C16。341FM24C62功能及特点介绍FM24C16是串行非易失存储器，存储容量为20488B，共分8页，每页256B；工作电压为5V；接口方式为工业标准的2线接口SDA和SCL；功能操作和串行EEPROM相似，有读和写两种操作状态，读、写时序和I2C总线类似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；3EEPROM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。本设计选用了FM24C16来作为非易失性数据存储器，其特点如下4FM24C16A是一种串行非易失存储器，它的结构容量为5128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；5FRAM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，行由A8A2定义。每次访问都会使一行减少一次读写寿命。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。342二线制协议FM24C16使用二线制协议串行总线及其传输规约进行双向传输，这种方式占用脚位少，占用线路板空间小，图342A描述了FM24C16在微处理器系统中的典型配置图313二线制协议即是总线上的所有操作都是由SDA和SCL两个脚位的状态来确定的，共有四个状态开始，停止，数据以及应答，图314描述了四个状态的时序图。图314143FM24C16与单片机典型连接图18KR2VCGNDSLAWPFM46U0图315FM24C16与单片机硬件连接图FM24C16与单片机接口电路非常简单，应用接口图如图143所示，系统中采用2片AT89C55单片机，用其P20和P21口与SDA，SCL相连接，在SDA和SCL引脚接18K的上拉电阻到5V，工作电源也为5V，WP引脚接电源地以保证可以任意写入数据。2片AT89C55用P10，P11作为通讯口，来确定谁操作FM24C16片1操作前，检测P10口，如果为高，则置低P11口，向片2发出占用FM24C16信号，然后再检测P10口，还为高，则进入操作，若为低，则退出操作并把P11口置高；如果P10口为低，则说明片2占用FM24C16，片1就放弃操作，等待下次查询和操作。片2的操作相对应于片1。这样，FM24C16不仅作为了公共数据区，而且也成为了2片MCU的一个模拟的通讯口，而且理论上来说，1片FM24C16上可以挂很多MCU，而可以省去不必要的MCU间的通讯。这就需要FM24C16承受快速、频繁读写，这是其他E2PROM望尘莫及的。35实时时钟电路设计为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为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。本设计选用了DS12887实时时钟芯片。351DS12887功能与特点介绍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勿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。其主要功能如下1内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。2计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。3二进制数码或BCD码表示时间、日历和定闹。412小时或24小时制，12小时时钟模式带有PWM和AM指导，有夏令时功能。5MOTOROLA5和INATAEL总线时序选择。6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。7可编程方波信号输出。8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。时间、日历和定闹单元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。时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节高位为逻辑“1”代表PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。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C到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线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。352DS12887引脚定义GND，VCC直流电源5V电压。当5V电压在正常范围内时，数据可读写；当VCC低于425V，读写被禁止，计时功能仍继续；当VCC下降到3V以下时，RAM和计时器被切换到内部锂电池。图316DS12887MOT模式选择MOT管脚接到VCC时，选择MOTOROLA时序，当接到GFND时，选择INTEL时序。SQW方波信号同SQW管脚能从实时时钟内部15级分频器的13个抽头中选择一个作为输出信号，其输出频率可通过对寄存器A编程改变。AD0AD7双向地址/数据复用线总线接口，可与MOTOROLA微机系列和INTEL微机系列接口。AS地址选通输入用于实现信号分离，在AD/ALE的下降沿把地址锁入DS12887。DS数据选通或读输入DS/RD客脚有两种操作模式，取决于MOT管脚的电平，当使用MOTOROLA时序时，DS是一正脉冲，出现在总线周期的后段，称为数据选通；在读周期，DS指示DS12887驱动双向总的时刻，在写周期，DS的后沿使DS12887锁存写数据。选择INTEL时序时，DS称作RD，RD与典型存贮器的允许信号OE的定义相同。R/W读/写输入R/W管脚也有两种操作模式。选MOTOROLA时序时，R/W是一电平信号，指示当前周期是读或写周期，DSO为高电平时，R/W高电平指示读周期，R/W低电平指示写周期；选INTEL时序，R/W信号是一低电平信号，称为WR。在此模式下，R/W管脚与通用RAM的写允许信号WE的含义相同。CS片选输入在访问DS12887的总线周期内，片选信号必须保持为低。IRQ中断申请输入低电平有效，可作微处理的中断输入。没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。IRQ线是漏极开路输入，要求外接上接电阻。RESET复位输出当该脚保持低电平时间大于200MS，保证DS12887有效复位。353DS12887与单片机接口GNDVC1KRES2P07ITALEWMUQSOPFA8图317DS12887与单片机经典连接图36遥控布防与撤防设计及传感器使用红外遥控可以轻而易举的对报警系统进行布防和撤防的一键设置，方便快捷，本设计选取315M红外调幅遥控器SC22722262。361SC2272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315M调幅遥控器，该遥控器具有以下优点1工作在业余频段，不用花钱购买频点；2有效距离远，一般可达2001000米；3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SC2272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防盗报警布、撤防应用。SC2272是与SC2262配对使用的一款通用遥控解码集成电路。采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址管脚，可支持多达531441（或312）个地址的编码。因此极大的减少了码的冲突和非法对编码进行扫描以使之匹配的可能性。特点工作电压范围宽（VCC46V）低功耗和较强的噪声抑制能力最大设置为12位三态地址管脚或6位数据管脚外接双端电阻的振荡器数据输出有锁存和瞬态两种输出类型应用范围家庭汽车安全系统车库控制遥控玩具遥控风扇其他工业遥控编码芯片SC2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片SC2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，SC2272不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHZ的高频发射电路不工作，当有按键按下时，SC2272得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于SC2272的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。INAT47KR1D8Q2SC35FLMHZV图318无线电发射电路SC2262无线发射模块电路图，该电路由A0A5可以配置该芯片地址，当2272的设置的地址与其相标配时，才能接收到信号。控制D0D7的高低电平配置可以发相应的数据，比如我们可以经D0口经过模拟电路与单片机相连，此时若P10口为高电平此时2262工作，并将D0高电平的信号发射出，经2272解码后将信息翻译处理来。发射电路有DOUT口经驱动电路经红外发射头发出。U12为一体化红外接收头，接收到信号后，经2272解码，将信息经D0D3口输出，我们通过电路设置使不同的传感器电路，触发2262不同的数据I/O口，这样单片机通过采集2272的数据接口就可以知道报警传感器的位置，从而坐车相应的处理。SC2262/2272芯片的地址码的设定在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路SC2262和解码SC2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端SC2262和接收端SC2272的地址编码完全相同，才能配对使用，例如将发射机的SC2262的第2脚接地第3脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的SC2272只要第2脚接地第3脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级三极管放大，便可驱动继电器等负载进行遥控操纵。设置地址码的原则是同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。1234567890UMICRFGNDOTYHZAUV图319无线电接收电路362传感器选型要实现防盗、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。（1）热释电红外传感器HCSR501HCSR501如图一所示是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，感应部分应用菲涅尔透镜对感应范围进行放大，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电气设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。具有本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉的优点。本次设计所用的是人体红外感应模块HCSR501，模块里面包含了信号的放大电路和比较电路，其外接管脚如图320所示管脚说明1正电源；2高低电平输出；3电源负极；H可重复触发；L不可重复触发；CDS光敏控制。图320SR501MQ2感应范围57米34米34米100度34米34米100度地面57米图321SR501感应范围（2）气体泄漏传感器MQ2MQ2/MQ2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡SNO2。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用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。MQ2/MQ2S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。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。它具有以下特点1在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度2对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高3长寿命、低成本4简单的驱动电路即可（3）离子式烟雾传感器NIS09C该烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，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，被广泛运用到各消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。37键盘与显示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LED显示，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，本设计采用LCD1602液晶显示和44矩阵键盘。37144矩阵键盘矩阵键盘又称为行列式键盘，踏实4条IO线作为行线，4条IO线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点设置一个按键，这样键盘中的按键个数就是44个。这种行列式键盘结构能够有效的提高单片机IO口利用率。如图322P1765320图32244矩阵键盘本设计采用44矩阵键盘按键，接单片机P1口，相关功能设置如图323。图32344矩阵键盘功能设置3（键号0）7（键号1）11（键号2）15（键号3）2（发信息）6（键号4）10（键号5）14（键号6）1（挂机）5（键号7）9（键号8）13（键号9）0（拨号）4（接听）8（清屏）12（空闲）功能说明图中为括号的内容表示该按键按下则相关数字送给单片机进行存储和显示，非数字键按表格中的功能在程序中实现。372LCD1602本设计采用1602LCD液晶显示频作为显示工具，当系统向外拨号、发送信息或有来电以及新信息进来时，通过按键控制执行相关应答，1602LCD同时显示相关指令指示。液晶显示器的显示原理线段的显示点阵图形式液晶由MN个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，