基于gsm短信模块的家庭安全报警系统

基于GSM短信模块的家庭安全报警系统摘要随着科学技术的进步，人们对家庭防范要求越来高，以往单一的铁丝网，铁丝窗家庭防盗系统已经远远不能满足人们对于家庭安全的要求，因此智能防盗系统由此应运而生。本课题的主要任务是设计一个基于GSM网路短信模块的家庭安全报警系统。它主要应用于人们日常家庭生活领域，对于一般的家庭都可以适用。本系统主要通过热释电红外传感器1和烟雾传感器对家进行监测，当居民在家时，热释电传感器装置处于休眠状态，在居民外出家中无人时，热释电传感器监测装置则处于监测状态，通过监测家中的情况，通过短信及时的向用户提供家中是否有人入窃和烟雾情况。例如当有窃贼从门窗非法进入房间时，热释电红外传感器就会监测出不明情况反馈到单片机进行处理，然后经过GSM短信模块向用户发送报警提示消息，并启动家中声光报警装置，发出报警信号以便小区保安或邻居及时处理家中状况，从而达到防盗报警的目的。本文介绍了一种以AT89S52单片机、GSM短息模块的家庭安全报警系统，并从系统各个部分的原理、电路图对系统做了全方位详细的描述。该系统可以实现当家庭遇到安全隐患时通过自动短息消息向户主提供信息，以达到防盗目的。该系统对于一般家庭适应性相当强，且自动化程度相当高，经济适应，一般家庭都能适用。关键词单片机GSM家庭报警热释电传感器ABSTRACTWITHTHEADVANCEMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,PEOPLEINCREASINGLYHIGHREQUIREMENTSFORHOUSEHOLDGUARD,PREVIOUSSINGLEBARBEDWIRE,WIREWINDOWSHOMESECURITYSYSTEMHASBEENFARFROMSATISFYINGTHEPEOPLESDEMANDSFORHOMESECURITY,SOINTELLIGENTANTITHEFTSYSTEMWHICHCAMEINTOBEINGTHEMAINTASKOFTHISPROJECTISTODESIGNAHOMESECURITYALARMSYSTEMBASEDONGSMNETWORKMESSAGINGMODULEITISMAINLYUSEDINTHEFIELDOFPEOPLEEVERYDAYFAMILYLIFE,FORTHEAVERAGEFAMILYSHOULDAPPLYTHISSYSTEMMAINLYTHROUGHTHEPYROELECTRICINFRAREDSENSORANDSMOKESENSORSTOMONITORTOTHEFAMILY,WHENRESIDENTSATHOME,DORMANT,PYROELECTRICSENSORDEVICEINTHERESIDENTSGOHOMEWITHOUTTHEPERSON,THEMONITORINGOFTHEMONITORINGDEVICE,PYROELECTRICSENSOR,BYMONITORINGTHEHOMESITUATION,VIATEXTMESSAGEINATIMELYMANNERTOPROVIDECUSTOMERSWITHHOMEWHETHERSOMEONEINTOTHETHEFTANDSMOKEFOREXAMPLEWHENATHIEFILLEGALLYENTEREDTHEROOMFROMTHEWINDOWS,DOORSANDINFRAREDSENSORSWILLMONITORTHESITUATIONUNCLEARFEEDBACKTOTHEMICROCONTROLLERFORPROCESSING,ANDTHENSENDSMSTHROUGHGSMSMSMODULEMESSAGESTOUSERS,ANDSTARTTHEACOUSTOOPTICALARMDEVICEINTHEHOME,SENDOUTALARMSIGNALTOTHETIMELYPROCESSINGOFSMALLAREAPUBLICSECURITYORNEIGHBORSHOMESTATE,THUSACHIEVETHEGOALOFANTITHEFTALARMTHISPAPERINTRODUCESAAT89S52MICROCONTROLLER,GSMMODULESHORTINTERESTHOMESECURITYALARMSYSTEMS,ANDFROMTHEPRINCIPLESOFTHEVARIOUSPARTSOFTHESYSTEM,DOAFULLRANGEOFCIRCUITDIAGRAMOFTHESYSTEMISDESCRIBEDINDETAILTHESYSTEMCANACHIEVESECURITYRISKSENCOUNTEREDWHENFAMILIESHEADEDBYAUTOMATICALLYPROVIDINGINFORMATIONTOTHEMESSAGESHORTINTEREST,INORDERTOACHIEVESECURITYOBJECTIVESTHESYSTEMISADAPTABLEFORTHEAVERAGEFAMILYISQUITESTRONG,ANDAVERYHIGHDEGREEOFAUTOMATION,ECONOMICRESILIENCE,THEAVERAGEFAMILYCANAPPLYKEYWORDSINGLECHIPGSMHOMEALARMPYROELECTRICSENSOR目录摘要ABSTRACT1绪论111引言112本课题的研究目的和意义113家庭安全防盗系统发展现状114本文的主要工作22系统总体方案设计321系统的总体构成322系统功能及工作过程323本章小结83家庭安全报警系统各组成部分硬件设计931主控单片机模块932GSM短信模块1133传感器监测模块1434无线遥控模块1735声光报警模块1936时钟电路模块2037按键模块2138显示模块2239电源模块234系统软件设计2441系统软件设计基础2442初始化设置2743软件设计3144本章小结331绪论11引言目前传统的防盗网、防盗窗家庭防盗系统在使用中显示出了较多问题，这种单一的以阻碍窃贼进入为目的家庭防盗装置已经远远不能满足现代家庭对安全的需要。现代城市家庭大多数都是上班族，上班期间家中留守的是老人和孩子，这样家庭传统的防盗系统对这些群体会构成一定的威胁。并且在当代家庭中，火灾发生的频率日趋上升，成为制约家庭生活提高的重要因素，不仅电气设备易于着火，而且煤气泄漏也存在巨大隐患，所以在火灾初期如果采取的情况不但将造成巨大的人员及财产损失2。家中的可燃气体主要是以天然气、煤气、甲烷等，当这些可燃气体在空气中达到一定浓度时可能就会发生爆炸，家中一旦发生爆炸将会发生无法挽回的巨大损失。在火灾发生初期，空气中可燃气体的浓度将会加大，所以，为了防止火灾情况的发生，应该时刻监测家中气体的浓度，以便及时有效扑灭火源，使家庭免于灾难。所以，在这样的情况下必须有个智能系统能将家中的情况及时告知他人，以达到实时监控处理的效果。本文给出了一种基于以STC89C52单片机、GSM短信模块为核心的家庭安全报警系统的设计方案，对GSM短信模块、传感器等做了相当深入的研究。基本上实现了家庭安全报警功能，有很好的应运前景。12本课题的研究目的和意义改革开放以来，随着科技的进步，人们的生活水平有很大的起色，但是，与此同时，由于地形地貌以及中西部沿海地区发展的不平衡，区域差距及城乡差距也在进一步的拉。经济发展不平衡，这就促使了盗窃、抢劫等违法犯罪现象增加，因此，人们越来越渴望一个安全的家庭坏境。家庭安全防盗系统的设计主要是方便现代小区居民，让他们能够安心的在外工作或出差，不需要时时刻刻当心家中安全。这样既可以保障家庭安全，又可以提高人们的工作效率，以便更好的促进经济社会的飞速发张，这是建设本系统的最大意义和根本目的。基于GSM短信的家庭安全报警系统装置中的短消息业务不使用话音通信信道，成本低，家中成员几乎人人够可以使用手机接收消息，因此有很大的市场前景13家庭安全防盗系统发展现状科技的进步，推动了智能化小区建设的发展步伐，使小区安防系统越来越先进，体系也越来越完善，不但实施本地监控，同时也实现远距离监控，从小区的整体监控走向家庭内部单个监控。家庭联网防盗报警系统在不久的将来会慢慢的发展起来，一步一步走进当代家庭。一个先进的现代化小区，必须要具备方便、安全、舒适的生活环境，这样才能保障每户家庭生命和财产财产安全。但是在目前，影响我国社会安定与和谐的因素依旧很多，而且有的情况还相当严重，在社会治安形势整体可观的状态下，刑事案件的发生的频率任然居高不下，入门行窃、偷盗等案件的频频发生，在很大程度上影响了我国治安安定和群众生活的安全感，社会治安形势急待改善。14本文的主要工作本文设计充分考虑了家庭安全防盗的需求，是针对家庭安全防盗设计的一款经济适用型的家庭安全防盗报警系统。其主要工作是介绍基于AT89S52单片机、GSM短信模块的选型，以及系统硬件的设计，从系统总体设计方案开始到各功能模块的特点，全方位系统的介绍了家庭安全报警系统的工作原理及应运方向。2系统总体方案设计21系统的总体构成该系统主要由8个模块实现系统功能，其模块分别是主控单片机模块、GSM短信模块、红外监测传感器模块、无线遥控模块、声光报警模块、显示模块、按键模块、时钟模块以及电源模块。各个模块以单片机为核心对各个情况进行处理，实现家庭防盗报警。总体的工作过程为传感器实时监测家中情况，有险情发生时，通过GSM网络向用户手机发送提示信息，同时声光报警模块工作，发出报警声音，显示模块时刻显示家庭报警系统的的工作状况如家中的可燃气体状况、实时时钟显示等，便于户主随时监控。系统结构框图如图21所示主控单片机模块AT89C52GSM短信模块声光报警模块时钟模块显示模块无线遥控模块键盘模块传感器检测模块电源模块图21系统结构框图22系统功能及工作过程本系统主要实现的功能是利用利用传感器检测模块检测家中安全状况，然后通过现有的GSM网络向家庭主人发送报警信息，同时利用单片机驱动报警信号。其各个模块具体的工作过程以下将会详细介绍。221传感器检测模块传感器检测模块主要由两部分组成热释电红外传感器和烟雾传感器。A）热释电红外传感器模块本系统将选用PIR热释电红外传感器P2288，这款传感器只对特定波长的红外光最为敏感。此传感器具有价格低、灵敏度高的特点，误动作极小，对于本系统而言价格适中，性价比较高。P2288内部结构图如图22所示，双探测元结构是其特点。为了消除因环境和自身变化而引起的干扰，此传感器把两个探测元（极性相反、特性相同）以串联方式连接，使这两个探测元件产生的干扰信号在传感器内部就相互抵消3。DSG滤波片图22P2288内部结构图由于热释电传感器4输出信号变化比较慢，且幅度值较小（低于1MV）,不可以直接担任系统的控制信号输送到单片机，因此传感器检测到的的输出信号必须通过一个后续处理电路，使得处理后的信号转变为单片机能接收的数字信号。根据功能要求，本文设计了以BISS0001元件为主的信号处理电路。BISS0001是一款模数混合的专用集成电路芯片，可以将传感器输出的信号进行放大、比较处理后送入单片机，作为单片机的输入信号。其管脚图及管脚说明如图23所示16151413121110923456781AVDRR1RC1RC2RR2VSSVRFVCIBVDD2OUT2IN1IN1OUT1IN图23BISS0001管脚图BISSOO1管脚功能介绍5A芯片是否重复触发选择端。当A高电平时，重复触发；反之，禁止重复触发。VO控制信号输出端。RR1与RC1输出延迟时间TX的调节端RC2与RC2触发封锁时间TI的调节端VSS工作电源负端VRF参考电压及复位输入端。一般情况下连电源VDD，当该引脚接“0”时可以使定时器复位VC触发禁止端。当VC小于VR时禁止触发；反之，则可以触发。（VR约等于02VDD）IB运算放大器偏执电流设置端VDD工作电源正端2OUT第二级运算放大器的输出端2IN第二级运算放大器的反相输入端2IN第一级运算放大器的同相输入端1IN第一级运算放大器的反相输入端1OUT第一级运算放大器的输出端P2288传感器经过信号处理电路处理，将检测的信号发送给单片机P11口。如果有人非法入侵传感器将输出高电平传送到单片机P10口，这时单片机动作进入中断程序。B）烟雾传感器模块对于防火烟雾传感器模块，本系统选取的芯片为QMN10半导体气敏传感器可燃气体检测芯片，它采用陶瓷半导体工艺烧制而成，与其它同类型的传感器相比，具有高灵敏度和高稳定度等优点。半导体气敏传感器的工作原理是半导体表面的气体由于氧化还原反应的作用，使传感器的阻值跟着传感器周围气体而变化。根据这一特性，人们从气敏电阻的阻值变化中可以看出空气的情况，从而以达到检测气体浓度目的。利用气敏传感器检测家中烟雾含量，将检测的结果传输到单片机P10口。当家中烟雾含量正常是，传感器模块输出低电平，单片机P10为低电平不动作；家中烟雾含量超标及发生火灾时，传感器将输出高电平到单片机P10口，这时单片机动作。P10或P11为高电平时，单片机进入相应的中断服务程序，首先通过单片机用GSM模块向用户手机发送相对应的报警信号，然后然后驱动单片机的声光报警电路，使声光报警电路工作，引起周围邻居的注意，以便及时处理家中情况。222GSM短信模块目前市场上，GSM模块产品一般都是由国际上一些大型公司生产，如西门子、摩托罗拉、三星、等，国内的厂家有声望的也不多。TC35I是GSM模块，没有GPRS功能，但是可以升级；SIM100的稳定性非常的差；摩托罗拉与索爱都还可以不过和西门子相比，供货与技术支持都有待改进。综上所述，本文选用的是一款支持中文短息的的TC35I。TC35I模块开发早，技术成熟，广为大家所熟悉，且编程语言及AT指令可以很方便的获取，由于本人尚处于学习研究阶段，各方面知识水平还不高，所以选用这款GSM模块，便于自己学习及实现本系统功能。GSM模块主要是利用单片机通过现有的GSM网络向用户手机发送提示信号短信，其主要实现过程为单片机通过查询方式检测到单片机P11口为高电平（即家中出现窃贼）或单片机P10口为高电平（即家中发生火灾）时单片机进入相应各自中断程序，利用GSM模块向用户手机发送相对应的提示信息，短消息内容固定存储在单片机中，当发生险情时，单片机只要调用其对应的内容就可以通过单片机串口直接与GSM模块通信，实现无人监控的自动发送短信的功能。单片机与GSM模块的通信主要是通过单片机P3口引脚的第二功能串口进行通信。223时钟及按键模块现在市场上有不少种类的时钟电路，如DS1302、PCF8485等，而且这些时钟芯片的接口简单且价格低廉，因此应运比较较多。本系统时钟模块主要是以DS1302为主的时钟芯片实现时间显示，DS1302时钟芯片可以设置年、月、日时、分、秒及闰年功能。按键模块主要来进行时钟模块时间进行设置，设置三个按键分别与单片机三个I/O口P20、P21、P22相连，实现对时钟芯片的处理，这三个按钮分别为S1、S2、S3。S1为功能键，第一次按下是设置年，第二次按下是设置月，依次按下分别设置日、时、分、秒，共按七次，第七次时为结束设置，S2、S3分别为加一减一键。通过对着三个按键的设置来设置时间。时钟及按键模块的功能主要同通过单片机软件实现，单片机通过查询方式来检测按钮按键接口，然后通过内部程序来更改时钟设置。224显示模块显示模块功能主要是为了实时显示家庭报警系统的的工作状况如家中的可燃气体状况、实时时钟显示等，本文选取的芯片为低电压、低功耗的LCD12864液晶显示芯片，该芯片带有中文字库，可以很方便的显示家中状况，它可以完成汉字和图形显示。由该芯片组成的显示电路与其他同类型的电路相比较，硬件电路和显示程序都非常简单，而且芯片价格低廉，在该系统中性价比相当高。225无线遥控模块热释电红外传感器对所有人的检测相同，所以无法识别窃贼与户主。当户主在家时，为了防止监测模块误报警，必须关断热释电传感器模块，所以本系统设计了一个无线遥控器装置，便于随身携带。该装置有两个按键A键与B键，具体定义为A键为布防按钮B键为撤防按钮，A键按下热释电传感器模块工作，B键按下热释电传感器模块停止工作。无线遥控模块主要选用三个核心器件，分别为315MHZ无线传输模块、编码芯片PT2262和解码芯片PT2272。这三个模块芯片，开发早，广为大家所知，其配套使用组成的硬件电路易于实现和理解，且软件编程可以从多渠道获得。因此，用这三个核心器件组成的发射和接受电路可以很方便的实现本模块的功能。下面就将简单介绍着三个核心器件A）315MHZ无线传输模块简单介绍本文选用315MHZ无线遥控模块，频率稳定度相当高，在现有的环境温度下，频率漂移几乎为零，与PT2262/PT2272两种编解码芯片配合使用组成的无线遥控器，可以很方便对系统进行控制。315MHZ无线遥控模块的电压在312V之间变化时发射频率几乎保持恒定值，同时与发射模块组合使用的接收模块也不需要任何改变就可以的接收无线数据。在开阔地面上传输时，3V电压源，传输距离为2025米，发射功率很小；5V电压时，传输距离约100200米；12V电压时，传输距离可以达到300500米，这时候是最理想的工作电压，发射效果最好；电压大于12V以后，模块的功耗就会增加，所以发射功率不会再有很大增加。B）编解码芯片PT2262/PT2272简单介绍图24PT2262/PT2272管脚图无线遥控模块另外两个核心芯片为编解码芯片PT2262/PT2272，这两款芯片是普城公司生产的一种通用编解码电路芯片，具有低价位低功耗的特性。PT2262/PT2272的三态地址管脚有12位（A0A11），其任意组合可以提供531441种地址码。PT2262为编码芯片，OSC1/OSC2是编码芯片震荡电阻的输入和输出端，其震荡频率由外接电阻决定，TE为编码启动端，低电平有效,DOUT是编码输出端，输出为高电平输出（平时为低电平）。PT22262引脚排列图如图24所示6根地址线分别为A0到A5，A6至A11不仅可以作为地址线还能够作为数据线。PT2272为解码芯片，后缀型号有L4/M4/L6/M6等，L代表锁存输出，如果成功接收数据就会一直保持这个电平状态，一直等到下一次遥控数据发生改变。M代表非锁存输出。4和6表示有几路并行的数据通道，（PT2272M4）,则代表8位地址编码。一般人们习惯使用8位地址码和4为数据码的模式，在这里本模块同样也采取这种编码芯片（PT2272M4）。PT2272引脚排列图如图24所示。23本章小结本章首先介绍了系统的模块组成，从系统整体简单说明装置的功能实现，然后分别从各个模块着手，介绍了各模块的功能及实现过程。从整体到部分，层次清晰，语言简洁明了，便于阅读。3家庭安全报警系统各组成部分硬件设计31主控单片机模块311主控单片机模块的选择本文选取的主控单片机芯片为AT89C52，这是一款由ATMEL公司生产的高性能CMOS8位的单片机，内部构成和MCS51系列单片机基本相同8。AT89C52单片机为40引脚的DIP封装，其价格低廉、功耗低保密性强，应运方便灵活。可以使用KEIL工具进行程序烧写及仿真，使用相当方便，且由于本人尚处于学习研究阶段，各方面水平有限，AT89C52单片机的资料可以很方便的获取，便于自身学习与提高，所以AT89C52为本系统的最佳选择。312AT89C52单片机基本组成AT9C52单片机结构框图如图31所示6。FLASHRAM串行通信口定时器输入输出接口计数器CPU时钟图31AT89C52的内部结构AT89C52单片机基本组成包括A片内程序存储器内含8K的FLASH程序存储器，；B具有P0到P3共32根可编程的I/O口线；C具有3个可编程定时器；D具有一个数据指针DPTR；E串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；F拥有可编程的3级程序锁定位；G工作电源电压典型值为5V；最高工作频率为24MHZ。AT89C52单片机的管脚设置和使用都非常的简单，指令系统和引脚功能与51系列单片机完全兼容，且该单片机技术成熟，器件易于购买，编程方便，资料很多方便查阅。313AT89C52单片机最小系统AT89C52单片机和其他微机一样在时序电路控制下运行，时序电路的基础就是需要某一时钟信号作为基准，因此单片机最小系统由时钟电路和复位电路构成，其电路图如32所示图32AT89C52单片机最小系统本系统是利用片内震荡电路的时钟电路。XTAL1和XTAL2分别是单片机反向放大器输入输出端，在芯片外部，反向放大器输入输出之间加一个石英晶体振荡器和两个微调电容，从而就构成了一个稳定的自激振荡器。其具体电路图如图32所示。单片机在启动时复位操作是必不可少的一步，这一步可以使单片机从初始状态开始工作，这种工作方式成为复位方式，其电路称为单片最小系统的复位电路。本系统采用单片机手动复位方式，如图32所示，当按下复位键RESET后，复位端RST通过电阻R1接通电源5V，产生正脉冲实现单片机复位。32GSM短信模块GSM称为全球移动通信系统，从1993年在我国开始商用，至今已有二十余年的历史7。在过去的二十年里，GSM网络速度发展惊人，随着GSM网络规模的高速发展，人们利用无线通信监测设备检测家庭情况的需求也越来越高，因此利用GSM网络无线监测防盗是当今发展的趋势。321GSM模块简单介绍GSM模块，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块8。一般来讲，GSM模块和屏幕显示、键盘及电源模块等组合使用，就可以成为一部手机，利用现有的强大的GSM网络可以很方便的收发短信及语音通话。随着当代社会科技的高速发展，GSM模块在日常生活中的应运越来越频繁，GSM模块的各个行业中都有出现。例如，手机控制的门禁系统、工程系统的余款催缴、网站服务器的报警及复位、家电的远程控制等等，都有GSM模块的作用，智能化生活已经离不开GSM模块，它使人们的生活越来越方便。322GSM模块的选择及TC35I简单介绍TC35I9是西门子的一款不带协议栈的GPRS模块，在两个频段工作分别是EGSM900与GSM1800,直流电源范围为33V到48V；通过接口连接器与SIM卡读卡器，天线连接器与天线连接。SIM卡的电压为3V/18V，TC35I要想传输数据与指令必须通过AT命令进行双向传输，其波特率的选择范围是300B/S115KB/S。它支持两种短消息格式，分别为TEXT和PDU。GSM短信模块的实物图如图33所示图33GSM短信模块的实物图TC35I由6个部分组成供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口等。TC35I模块有40个引脚，可以划分为5大类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制10。这些引脚通过一个ZIF（零阻力插座）连接器引出，引脚的具体功能如下所示A电源第15引脚为正电源输入脚，一般输入的电源值为42V；第610引脚为接地；11、12为充电引脚，外接锂电池；13脚是供外电路使用的对外输出电压；14引脚接负温度系数的热敏电阻，用于锂电池的充电保护。B数据输入/输出第1623引脚分别是DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0与DCD0，其中硬件握手是RTS0、CTS0，串口通讯脚为RXD0、TXD0。CSIM卡2429脚为SIM卡脚，为外接式。D音频接口3538为话音接口，35、36为扬声器放音接口，37、38为话筒接口。E控制15脚IGT是启动脚，系统上电后会给IGT加一个持续时间不超过1MS的100MS的低脉冲，使模块进入工作状态。30脚为RTCBACKUP，31脚为POWERDOWN，32脚为SYNC323TC35I的与单片机硬件接口电路设计TC35I要想与单片机通信，则必须设计两部分主要硬件电路SIM卡接口电路和与单片机相连接的串口电路11。通信软件部分则主要是AT指令的编程，这里主要介绍的本模块硬件的设计，与单片机通信的软件部分本文将于第四章重点介绍。下面分别着重介绍两个部分的硬件设计A）SIM卡接口电路硬件设计本文设计的重点是通过单片机让GSM模块自动的向户主手机发送短信消息，这里将会使用到至少两个手机之间的通信，所以必须要用到两张手机卡，一张是户主随身携带的手机卡，另一张则是GSM模块中的手机卡。但是TC35I模块属于外接SIM卡形式，没有SIM卡卡座，所以必须设计单独的SIM卡座接口与TC35I相连。本系统采用SIM卡为市场上常见的六脚SIM卡阅读器，其中有五个脚和TC35I的2429脚相同。TC35I与SIM卡卡座连接方法为SIM卡上的五个引脚CCRST、CCCCL、CCIO、CCGND和CCVCC通过SIM卡阅读器与TC35I的同名端分别相连，然后在需要的地方加上电容进行滤波处理，就可以完成SIM卡模块连接，其具体电路图如下图34所示。放入SIM卡时，只要将SIM按照卡座方向填到卡槽中即可。B）TC35I与单片机接口电路TC35I模块与单片机之间通过串口进行通信，从而实现单片机对TC35I模块的控制，为了使电路简化，因此本设计运用两线（TXD、RXD）与单片机的UART进行连通，然后单片机通过软件方式对TC35I进行控制。对于TC35I其他不使用输出管脚，应该悬空；如果为输入脚，则需要加一个10K的上拉电阻。另外控制管脚IGT为模块工作的启动管脚，上电时加一个10MS左右的低脉冲模块启动，所以需要将该管脚加上一个10K的上拉电阻，然后将该管脚与单片机相连，故而实现了单片机对TC35I模块工作状态的控制。TC35I是一个功能相对比较完备的模块，可以不进行任何的射频处理和信号处理，所以将TC35I所有电源管脚连接在一起，然后在上SIM卡座模块就会构成一个完整的GSM模块。其电路图如图34所示图34TC35I硬件接口电路从图34中可以看出，在进行串口连接时，TC35I模块串口管脚的工作电平虽然为TTL电平，但是其输入输出的不是5V逻辑电平，而是29V，单片机串口管脚的工作电平为5V的TTL电平。因为单片机的逻辑高低判断电平可以实现与TC35I管脚相连接，所以可以将直接将单片机的串口线与本模块的串口线直接相连，而不会损坏TC35I模块。在电路中TC35I模块的串行输入脚为RXD0和TXD0，因为是输入脚，所以各管脚分别加上一个10K的上拉电阻，拉高电平然后与单片机P30、P31管脚分别相连，这里用到的是单片机管脚的第二功能，串行口数据输入/输出脚。IGT为TC35I的控制启动脚，平时为高电平，模块上电工作是必须要在此管脚加10MS左右的低脉冲，所以要将此管脚加上10K的上拉电阻与单片机的I/O（P24）相连。SYNC管脚部分则用来指示TC23I模块状态，该管脚连接一个二极管指示灯指示模块工作状态。摸块正常工作时SYNC输出高电平，三极管Q3导通，二极管指示灯亮，反之灯灭。这样TC35I硬件部分就设计出来，但是要想实现其具体功能，还需要单片机通过AT指令软件编程，其软件将于第四章具体介绍。33传感器监测模块传感器监测模块主要实现的功能是时刻监测家中情况，即是否有人非法闯入或家中是否发生火灾等。这两个功能的实现主要是通过传感器检测部分完成，红外传感器检测是否有人非法入侵，烟雾传感器检测家中是否发生火灾，所以下面将重点介绍着两种传感器及硬件电路实现过程。331外来非法入侵报警报警模块外来非法入侵报警报警模块硬件电路设计思路是首先热释电传感器通过菲涅尔透镜检测人体信号，然后将检测到的信号进行信号处理，最后再将处理后的信号送入单片机的一个I/O口（P11）,单片机采用查询方式监测各个I/O口，如果I/O口电平发生变化，则进入相应的中断程序，向用户手机发送报警提示信息。外来非法入侵报警模块硬件电路具体流程图如图35所示检测对象菲涅尔透镜热释电红外线传感器信号处理VO图35外来非法入侵报警模流程图在检测非法入侵的传感器中需要一款传感器来检测人体的红外线，并将检测到的人体信号转变为电压信号，所以本文选取了一款PIR热释电红外传感器P2288作为信号探测器。实验证明，传感器与菲涅尔透镜一起使用，探测距离半径可达到到10米距离；不使用菲涅尔透镜，探测距离仅有2米。因为热释电传感器检测输出的信号幅度值较小（低于1MV），且信号变化比较慢，,不可以直接担任系统的控制信号输送到单片机，所以传感器检测到的输出信号需要通过后续处理，使得处理后的信号转变为单片机能接收的数字信号。根据功能要求，本文设计了以BISS0001元件为主的信号处理电路。外来非法入侵检测电路，即热释电传感器信号处理电路，这个模块电路是核心部分。信号处理后送入单片机即可，单片机通过响应信号处理，进入单片机中断程序，在中断程序中通过GSM模块向户主发送短信消息，同时启动本地的报警提示装置。具体软件和报警装置将于下面介绍，本模块只设计热释电红外传感器硬件电路图，如图36所示图36传感器模块信号处理电路在图36中可以看到，当传感器D6检测到人体发出的红外线后，热释电传感器S极信号输出将送到BISS0001芯片的14脚；第14脚为信号处理芯片第一级运算放大器的同相输入端，信号在芯片内部进行第一级运算放大，然后信号从第16脚出来经过电容C10耦合后进入第13脚端口进行内部第二级运算放大器进行放大；信号在内部再通过鉴幅器处理之后，将会输出效触发信号来启动延时时间定时器；最后信号处理电路将检测到的信号转化为单片机能处理的脉冲信号，从第2脚输出高电平到单片机的I/O口（P11），最终被单片机检测出来。时间定时器输出延迟时间TX由R11和C13控制，电路中A1，为芯片允重复触发。同理，当传感器没有检测到人体发出的红外线时，信号处理电路输出脚将输出低电平，单片机将不会响应。332防火烟雾检测模块本模块设计的思路是通过烟雾传感器检测芯片检测家中烟雾含量，通过信号电路，将处理后的信号送入到单片机的一个I/O，单片机通过查询的方式检测其I/O口情况，一旦检测到该I/O口电平发生变化，则立即进入中断响应程序，通过GSM模块向用户手机发送报警信号，同时启动家庭报警提示装置，下面将具体介绍防火烟雾检测模块的硬件电路工作原理图。本系统选取的可燃气体检测芯片为半导体气敏传感器QMN10，它采用陶瓷半导体工艺烧制而成，其特点是灵敏度和稳定度都比较高。防火烟雾检测模块的电路图如图37所示图37QMN10气体传感器电路从图37中可以看出，气敏半导体传感器QMN10处于干净的大气中时，A、K两点间的阻值大约是几十千欧某电阻，所以此时流过R的电流很小，K点为低电位，三极管Q1无法导通，输出跟随器输出为低电平经过电阻后接到单片机P10口，此时10为低电平，单片机烟雾传感器模块不响应。但是，相反的是，当空气中的可燃气体浓度升高达到设定值时，A、K两点之间的阻值将很快的减小，K点电位上升为高电平，三极管Q1导通经过跟随器后将高电平输送到单片机P10口，单片机立即响应中断，进入设定好的烟雾传感器中断程序，通过GSM网络向户主发送报警消息，从而达到户主随时监控家中状况以便及时处理家中火灾情况。34无线遥控模块在这个系统中，防盗报警模块传感器对主人与盗贼的感应相同，即无法区分主人与盗贼，因此所以需要设计一个便携式按键模块，即无线遥控模块，这个模块设置两个按钮，A键和B键。当主人在家时，按下A键让防盗模块停止工作，而家中无人时，按下B键让防盗模块工作。为了实现对系统的人性化设计，通过对本模块的按钮设置，来控制防盗报警模块的关断，A键按钮用于布防，B键按钮用于撤防。无线遥控模块为便携式装置，便于户主随时携带，所以将会涉及到两个部分电路发送电路和接收电路。下面将从发射和接受两个电路模块具体介绍本模块的实现过程。无线遥控模块电路由两部分组成发射模块（编码电路）与接收模块（接收电路）。接收模块芯片使用8位地址码和4位数据码。实现两模块之间的通信，将两模块地址脚1到8脚设置一样就可以。341发射模块（编码电路）发射模块电路由315MHZ无线数据发射模块和编码芯片PT2262两个部分组成。为了减小系统设备的功耗，发射模块使用ASK调制方法。发射模块设计了两个按键分别用于安防与撤防，作为无线遥控按钮，将于下节介绍。这里只设计发射模块的硬件电路图。图38发射模块电路原理图图38为发射模块，从图38中可以看出，无线发射模块除了设置8位地址码外，数据码上还设置了两个按键A键和B键，分别用于热释电红外传感器模块的撤防与安防。图中315ZHZ发射器谐振器频率为315MHZ，所以发射模块的发射频率为315MHZ。在发射模块中，编码启动TE端口接地始终为有效状态，这时只要有按键按下，三极管Q1导通，编码芯片PT2262开始上电工作，它根据D0到D3地址管脚的电平实施编码，编码信号由地址码、数据码和同步码组成一个码字12。该编码信号经发射模块发射出去。342接收模块解码电路图39接收模块电路原理图图39为接收模块，平时没有接收到发射模块发射的315MHZ的信号时，解码芯片PT2272L4地址输出端D0D3均为低电平。但是，当编解码芯片地址编码相同时，解码芯片PT2272的VT脚输出高电平，同时使两芯片的数据脚电平状态保持一致，输出高电平。例如发射模块的A键按下时，发射模块发射315NHZ的数据，接收模块因为与发射模块地址一致，所以接受到发射模块发射的信号，此时接收模块的地址脚D0为高电平，因为本模块使用的是带锁存状态的解码芯片，所以D0地址脚将一直保持高电平状态，直到下一个按键按下。接收模块的D0脚于单片机P03脚相连接，A键按下时单片机P03脚电平发生变化产生高电平，单片机以查询方式检测端口情况变化，然后通过内部编程使热释电红外传感器报警模块停止工作，以达到撤防的目的。与此相同，当家中无人时，按下B键按钮，经过无线遥控模块的编解码处理，单片机P04脚电平将发生跳变，所以同时单片机经过内部编程让热释电红外传感器报警模块开始工作，以达到安防的目的。35声光报警模块当家中有人非法入侵或发生火灾时，如果户主远在千里之外或有事无法及时处理家中的状况，这时家中的声光报警电路模块就显得尤为重要。家中发生突发状况，报警模块发出报警声音，可以及时通知小区保安或邻居，以便在最短的时间处理家中发生的状况，将损失降到最少。下面将简单介绍一下报警模块的电路原理及实现过程，其电路原理图如图310所示图310声光报警电路图310为声光报警电路，由扬声器、发光二极管和555定时器三大部分构成。在本设计中，555定时器是一个低频多谐振荡器，555定时器5脚电压控制输入端与单片机I/O端口连接到单片机的控制信号，P20引脚输出。家中发生火灾或有人非法入侵时，单片机通过中断程序使P20管脚输出高电平，即P201，此时555输出脉冲震荡频率较高，该脉冲经过电容器C9输送到扬声器上，扬声器交替发出高低两种叫声，同时5脚输出的脉冲信号（间隔为一秒）通过电阻R15与发光二极管相连，二极管发光闪烁，实现了声光同时报警，只有在按复按钮和开关键键时才停止。同理可知，当家中一切状况正常时，单片机P20脚输出低电平，555定时器不工作，声光报警模块不会发出声光报警信号。36时钟电路模块为了对系统更人性化的设计，所以本系统设计了一个时钟模块，随时显示时间。时钟电路不是本系统设计的重点，这里将从电路原理图出发简单的介绍其实现过程。本系统的时钟模块芯片选取的是DS1302。DS1302是DALLAS公司生产的使用串行数据传输的时钟芯片，具有掉电保护功能，价格低廉，与单片机的接口电路简单，具有年、月、日、时、分、秒计时功能，工作电压5V55V，使用三线接口与单片机进行同步通讯，同时可以采用突发方式采用32786KHZ晶振。DS1302的引脚图如图311所示图311DS1302管脚图DS1302的管脚功能简单介绍VCC2是主电源，备用电源是由VCC1供应。在主电源VCC2断开的情况下，时钟电路仍然可以持续运行。VCC1与VCC2之间较大的一个对DS1302时钟供电，当VCC2小于VCC1时，VCC1供电，当VCC2大于VCC102V时，VCC2供电。X1、X2为震荡源，两端口外部连接32768HZ的晶振。RST为复位/片选端，将RST设置成高电平可以发送所有数据。I/O为串行数据输入/输出端（双向），只有在RST为低电平时，数据才能被传输，DS1302开始工作，而RST为高电平时，I/O引脚变为高祖态。SCLK为串行时钟输入端，上电运行时SCLK只有为低电平时，才可以将RST电平置高。由DS1302构成的时钟电路如图312所示图312时钟电路图DS1302和单片机要想进行数据传输，那么单片机首先要向时钟电路发出命令字节，该命令字节的最高位MSB（D7）设置成逻辑1，当D70，DS1302被进行写保护，禁止写入；D60，是指数据，D61，是指RAM数据13；D5到D1是设置特定的输入或输出寄存器；最低位D00为写操作（输入），D01为读操作（输出）。37按键模块键盘是人机通信的不可或缺的重要部分。本系统中键盘的主要作用是用来设置模块时间，通过三个按键来调整时钟芯片的时间显示。本模块从键盘原理出发，系统的设计了键盘电路的硬件电路，然后与时钟显示模块相配合，共同完成系统的时钟显示功能。下面将具体介绍主要介绍键盘电路的实现原理。键盘实际上与开关原理是一样，通过机械金属点的结合和断开来控制电路的通断，其与单片机相连，键盘的开关状态可以控制单片机I/O口高低电平的变换。单片机的键盘接口可以分为两类矩阵式键盘接口与独立式键盘接口。独立式键盘接口，各个按键分别与单片机各个I/O口连接，判断按键是否按下只要检测输入电平状态即可，这种接口适合键盘数量少或者作使用频率高的场合。在本系统中需要的键盘数量较少，所以采用独立式键盘接口。键盘接口电路如图313所示图313键盘接口电路图313为键盘接口电路，在本模块中选用三个键盘按键，分别为S1、S2、S3用于系统的时钟设定，其功能及工作过程是S1为功能键，S2为加一键，S3为减一键。第一次按下S1其功能是调整时钟的年，第二次是月，依次类推，分别为日、时、分、秒，七次完成调整，第7次为调整结束键。本系统键盘的工作方式采用的编程扫描方式。按键开关通过一个专门的电路让其转化成单片机能识别的高、低电平状态。S1、S2或S3按键闭合时其对应的单片机I/O端口会产生一个负脉冲。按键按下或者按键释放过程中，会使电平脉冲处于高、低之间的不稳定状态，这种状态称为抖动，一般抖动会持续510MS。为了防止单片机因键盘抖动而多次处理，所以应该采取一定的措施消除键盘抖动。本设计键盘数量较少，采用的是独立式按键设计，单片机的I/O口直接与各个按键相连接，每个按键各使用一个I/O口，所以各个按键不会相互影响，从而也就防止了键盘抖动而产生的误操作。38显示模块显示电路主要是为了实时显示家庭报警系统的的工作状况如家中的可燃气体状况、实时时钟显示等。本文选取的芯片为低电压、低功耗的LCD12864液晶显示芯片，该芯片带有中文字库，可以很方便的显示家中状况，它可以显示图型和84行1616点阵的汉字。由该芯片构成的液晶显示电路方案与其他同类型的电路相比，硬件电路和显示程序都非常简单，而且芯片价格低廉，在该系统中性价比相当高。液晶显示接口电路和单片机连接的电路如下所示图314显示模块电路图39电源模块电源是本系统的供电装置，是本系统的重要部分。一个好的电源模块可以决定系统的可靠性。在本系统中，由于系统的供电电压时直流5伏，而接入的电源则是交流220伏，所以需要将220伏转换为5伏。该模块的框图如图315所示，交流电经过全桥整流变为直流电，然后直流电经过稳压电路变成所需的直流电。其原理图如图315。全桥整流直流220V交流电稳压7805稳压5V直流电输出图315电源转换原理图图316电源模块电路图电源模块电路图如图316所示，在图中整流电路是由4个二极管组成的桥式整流电路，整流后变为直流电源但是电压波动很大，所以必须要在电路上加一个333UF/25V的电解电容进行稳压。变压器输出端输出9V电压，然后经过整流、滤波后变成11V的电压。因为此时的电压会跟着负载的变化而有些波动，所以需要安装一个稳压管。本系统的核心元件是7805稳压器，当负载变化时，由于稳压器的存在，所以输出电压保持基本不变。次电路中的105电容是用来滤波的。4系统软件设计系统的软件设计是整个系统的心脏。系统软件的实现过程为单片机以中断方式接收各个监控模块传送过来的信息，如果I/O口电平发生变化，单片机则调用各个模块的所对应的中断程序，然后通过串口与GSM通信模块发送相对应的短信息到用户手机。在系统上电或复位过后，单片机的主程序开始运行。主程序首先进行对I/O口、串口、液晶显示、GSM模块等初始化设置，然后执行读时钟和键盘扫描子程序。之后系统开始等待中断，如果有中断发生，则进入相应的中断服务子程序。热释电传感器模块、烟雾传感器模块通过外部中断0申请中断，发送GSM短消息通过串口中断进行。41系统软件设计基础411系统开发环境介绍AT89C52支持两种语言的编辑，汇编语言与C语言。而只有机器语言才能直接被单片机识别，可是由于机器语言本身不方便读写与编写的特点，所以现在对计算机的控制语言都是以C语言或汇编语言为主，而在计算机内部在转化为计算机能识别的机器语言。本系统采用的是C语言为主、汇编语言为辅的软件程序的编写方法。C语言是一种结构化的程序设计语言，有较好的可读性和可移植性，采用C语言编写的单片机程序周期短，易于读写，而且调试及排错也比较方便。汇编语言是早期的单片机开发语言，它是面向机器的语言，相对于机器语言来说，汇编语言在编写、阅读、记忆方面有很大的便利之处，特别是它直接作用到硬件底层。只要与硬件打交道，汇编语言是最好的选择，所以本系统采用C语言与汇编语言相结合的软件编程方法。KEILC51集成开发软件是德国KEIL公司开发的基于32位WINDOWS环境的一个非常优秀的51系列单片机集成开发平台。本系统使用KEILC51VISION2版本软件，提供源程序编辑窗口，又可以在线编辑源程序，支持C语言或51系列单片机汇编语言，同时可以编写、修改、复制、粘贴、保存、打开、重存源程序文件14。412GSMAT指令的介绍AT15即ATTENTION,AT命令集是从TETERMINALEQUIPMENT或DTEDATATERMINALEQUIPMENT向TETERMINALADAPTER或DCEDATACIRCUITTERMINATINGEQUIPMENT发送的通过TATE发送AT命令来控制GSM模块进行网络业务交换，用户可以通过AT命令进行发送短信、呼叫、传真等方面的业务。AT命令集中几乎所有的指令都是以AT开始，以回车键结束。所有命令执行的成功与否都有相应的格式标准，模块中会有与之相对应的提示信息。本次开发设计用到的一些AT命令如下所示ATCSCA短信中心号码ATCMGL列出指定状态的短消息的PDU编码ATCMGR列出指定序号的短消息的PDU编码ATCMGS发送短信ATCMGD删除指定短信ATCMGF短信格式TEXT模式与PDU模式AT/波特率为9600BPSTMOD0X20；/定时器工作模式选择，GATE00M00SCON0X50；/串口工作方式选择，异步8位，MODE10RENLPCON0X00/波特率不倍增TR