智能家居报警系统设计..

1、单片机课程设计报告智能家居报警系统设计姓 名： 张伟槟、黄洪鑫、郑桂贤 班 级：12电子信息工程3班学号：201231190425/18/19指导老师：姜晟、邓小玲日期：2014年12月19日华南农业大学工程学院 摘要:二十一世纪是信息化的年代，“智能”的生活方式成为一种趋势。无论日常 用品，数码产品，或者其他与生活相关的，都以一种“智能”的姿态闯入人类的 生活当中。而人类在享受“智能”带来的方便之时，也活在它所带来的各种隐患 之中。而犯罪带来的家居安全问题，也逐渐引起人们的高度关注。为了采取高效的方法解决此问题，本设计采用以单片机为控制核心，热释电 红外传感器和用LCD显示状态的密码锁模块为

2、保护探测手段，并利用语音报警为 阻吓方法，GSMg送手机短信提示财产所有者以及进行报警，设计出应用范围较 广，智能化水平较高的智能家居报警系统， 对各种意欲破坏家居安全的行为给予 本地震慑，并通过远程通知为及时制止犯罪提供足够时间。关键词：智能家居安全系统 GSM 单片机AbstractThis Alarming System for Home Security aims at alarming for sudden invadings.The major function of it is to guarantee the safty of our home.By testing any t

3、hreats with intelligent methods,it alams and send messages to our mobile phones.ln this way,it not only stop crimes by threat ing the crimer,it also guara ntee the owner immediate reflect ion to the cr e me,whicldecreasesthe loss.To realize the fun cti on of it,the Sin gle Chip Microcomputer is used

4、 to work as the con troller for the system,while the huma n body pyroelectric in frared sen sor and the password access control module work as a method to find out the threats.What mose? When the sen sor module is trigged, the alarm module will send the alarm sig nal by sound and flash light, also i

5、t will com muni cate to the GSM module to send a message.Keywords： Smart House safety System GSM MCU18一、系统设计要求 41.1基本要求41.2发挥部分4二、系统方案论证与选择 42.1系统基本方案42.2系统各模块的方案分析 52.3系统最终方案7三、系统的硬件设计与实现83.1系统硬件的基本组成部分 83.2主要单元电路的设计 8四、系统软件设计12五、系统测试135.1测试仪器135.2指标测试13六、总结13致 谢15参考文献16一、系统设计要求1.1基本要求任选一种报警源：即密码锁模

6、块(0.5)、人体热释红外感应模块(0.5)可任 选一种。任选一种报警方式：即可选用喇叭报警(0.5)、彩灯闪烁报警(0.5)、语音报 警(附加分5分)、启动GSM莫块实现与手机终端通信报警(附加分10分)。1.2发挥部分可选择多种报警源、多种报警方式，也可自由添加其他功能，如红外遥控密 码锁等。二、系统方案论证与选择2.1系统基本方案根据要求，本设计主要由：热释电红外传感器、密码输入模块、语音功能模 块、显示电路、单片机控制电路、蜂鸣器模块、 GSM言号发送模块以及下载模块 组成，系统整体框图如图1所示。按键矩阵ICD显示模块红外热释电检测模块GSM无线通讯模 块语音功能模块串口通信模块图1

7、系统整体框图PCB板图如图2所示，PCB板图如图3所示：图2 PCB版图图3测试仪器列表2.2系统各模块的方案分析1.2.1主控制器选择方案（1）: AT89C52作为主控制器，可反复擦写，并且其功能强大，能应用于较复杂的控制场合。但AT89C52外围电路接线复杂；需要用并行编程器下载 程序，并且每次烧写程序都需要握手操作，极不方便。方案（2） : AT89S52作为主控制器，该芯片有低功耗高性能体积小的特点， 并且适用于常规编程器，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应 用。另外，AT89S52支持ISP下载，并且可以通过 AT89S52系统板预留ISP下载 接口，实现在线烧

8、写程序。方案（3）: STC89C52作为主控制器，该芯片是一种低功耗、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STC89C5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。且具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM 32位I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPRQMMAX81（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OHz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 RA

9、M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。经小组讨论，选择方案（3）。1.2.2密码输入模块STC89C5单片机P1引脚外接4X 4矩阵键盘，按键有09,还有确认、取消、 删除等功能按键。开机后根据液晶屏显示的提示语，按数字键键即可输入密码， 按修改密码键，在正确输入旧密码的前提下，即可修改密码。1.2.3热释红外检测模块方案（1）:采用常用的红外探头作为信号采集模块，该模块集成度高，反应 灵敏，但其作用范围小，受外界物体影响较大。方案（2）:采用采用红

10、外热释电处理芯片 BISS0001专门处理芯片设计的人 体热释红外检测模块，具有较高的灵敏度与较高的分辨度。并且作用范围宽，是针对人体热释红外检测。经小组讨论，选择方案（2）。1.2.4显示模块方案（1）:采用利用发光二极管的特性组合而成的数字显示器件，通过驱动 电路驱动相应的段码，控制相应的二极管的状态显示相应的数字，其中静态显示 方式只能显示单个数字，而动态显示方式因其扫描时间会占用大量的系统资源。方案（2）:采用1602液晶模块，它的每位之间有一个点距的间隔，每行之 间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。 同时，能很方便的控制实现 清屏、左移右移、光标显示等效果。而且其显示的字符

11、在下一条指令为到来之前 不会改变，能够维持显示的字符并且占用的系统资源也少。经小组讨论，选用方案（2）。1.2.5下载模块方案（1）：串品通信口则是用USB转串口线或串口线。方案（2）： ISP下载口是用ISP下载器加一个ISP软件程序将编好的程序 烧录到单片机上，实施方便，性能好。经小组讨论，选用方案（2）。1.2.6声音提醒功能模块方案（1）：使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。具有 稳定、简单等优点。方案（2）：使用语音芯片录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。报警 时发出预设的报警语音。方案（3）:既使用蜂鸣器作为提醒模块，在按键和需要报警时发出声音。也 使用语音芯片

12、录制声音，配合显示模块发出相应的提示音。 报警时发出预设的报 警语音。优点，提示功能全面，交互性友好。经小组讨论，选用方案（3）。1.2.6 GSM 模块无线模块使用常用的GSM/GPR模块，通过单片机引脚RXDTXD引脚通过串 口控制，在报警时向目标手机发送报警短信。2.3系统最终方案为实现本设计，处于各种现实因素如实用性、节能性以及可控性等方面因素的考量，结合上述对比，本小组最终决定采用以下芯片来完成各模块功能的实现：STC89C5取现单片机控制模块，BISS0001实现热释电红外传感模块，STC89C52 单片机P1引脚外接4X4矩阵键盘实现密码锁模块,1602液晶模块实现LCD模 块，

13、ISD1760语音芯片与蜂鸣器搭配作为声音提醒功能电路，串口下载器实现下 载模块，使用常用的GSM莫块作短信报警。三、系统的硬件设计与实现3.1系统硬件的基本组成部分本设计是一个集光、电、声、热、无线通信一体的综合设计，在设计中运用 了检测技术、自动控制技术、无线通信技术和电子技术。系统可分为传感器检测 部分、界面交互部分、智能控制部分和通信部分。传感部分包括人体热释电检测 模块，界面交互部分包括LCD液晶模块、蜂鸣器模块、语音芯片模块及扬声器， 智能控制部分包括单片机最小系统和按键矩阵模块， 通信部分包括串口通信模块 和GSM无线模块。系统完成了红外检测、密码输入与检测、声音与界面交互、短

14、信报警等各项任务。为实现此等功能，本设计分为硬件和软件两部分。 硬件电路方面主要由：热 释电红外传感器、密码输入模块、LCD控制显示电路、单片机控制电路、报警器、 GSM言号发送模块以及下载模块组成，系统硬件框图如图 4所示。图4系统硬件框图3.2主要单元电路的设计3.2.1按键矩阵模块电路使用4X4键盘非编码键盘进行密码输入。键盘为 8线，通过单片机输入 单片机内。行线接高电平，当没有按键按下时行线呈现高电平，当按键按下时，行线电平输出由列线控制。使用扫描法逐列将列线置低电平并逐行扫面看有否行电平从高变低找出按下的键，并通过查表得出对应键的键值。如图5所示图5键盘连线电路图322红外热释感应

15、模块通过人体红外热释感应模块，能够感知到一定范围内的人体发出的红外线，该 模块已集成其外围电路，有三个对外接口，分别为电源、地线和信号线。上电后， 芯片需要1分钟左右的时间初始化，期间会有 0-3次高电平出现。采用持续感应模 式,当感应到热源时，信号线输出高电平，热源消失后在一段延时后恢复到低电平。 下次感应到热源时，再次出现高电平，可重复触发。该模块通过非门进行电平转换 后与单片机P3.2 （低电平触发）引脚连接，使用外部中断方式控制单片机运行。如 图6所示。图6红外热释感应模块电路3.2.3 LCD显示模块LCD显示模块用于显示系统状态，密码锁操作状态。显示模块使用LCD1602 是由液晶

16、显示屏和其译码电路组成，能显示数字英文，两行显示，界面友好。16个对外接口，8根数据线使用并行连接方式，接单片机 P0 口，3根控制线 分别接单片机P2.0、P2.1、P2.2引脚，另外5根线用于电源、接地以及控制 背光，分别接电源、接地和可调电阻。如图7所示。图7 LCD显示模块电路324蜂鸣器模块单片机的P3.7引脚产生低电平使蜂鸣器发出响声，通过三极管放大。充当 键盘按键提示音，每按一下键盘会有一声蜂鸣声提示， 密码锁状态提示音，确认 密码后有若干下蜂鸣声作为密码锁状态提示音，也可参与报警。如图8所示。图8蜂鸣器电路325语音功能模块语音报警电路由ISD1760芯片、喇叭、麦克风和控制按

17、钮组成，可进行语音 的录入、擦除及播放。采用芯片的独立按钮模式，引脚REC控制录音，出现低电平时开始录音，引脚LED出现低电平，LED灯亮，表示录音中，低电平消失后停 止录音。引脚ERASE控制录音的擦除，低电平触发，删除当前录音。引脚VOL控制音量大小，初始为最大音量，低电平触发一次音量大小降低一级， 音量总共 八级，达到最小后下一次触发返回最大值。按钮 S5、S6 S7分别控制语音报警 电路的录音、擦除及音量。引脚 PLAY控制语音播放，低电平触发，播放当前录 音，持续的低电平可使其循环播放。 播放引脚与单片机的P2.4连接，当报警时， 单片机的P2.4脚持续输出低电平，触发语音报警模块，

18、使模块中预先录入的录音自动循环播放，实现语音报警。如图 9所示。图9语音芯片模块电路326串口通信模块串口采用工作方式1,单片机的通信引脚RXDTXD!过芯片MAX232进行电 平转换连接串口，单片机的 TXD引脚发送信号到 MAX232的T1IN，RXD引脚从 MAX232勺R1OUT接收信号。该模块可通过连接串口与 GSM模块进行通信，发送 控制命令及接收应答信号。还可以通过连接串口把程序下载到单片机芯片中。 如 图10所示。图10通信下载模块电路3.2.7 GSM无线通信模块利用单片机发送转换成传输命令字的信码，发送给TC35发送短信时，每发送一条指令给GSM莫块，TC35返回一条指令。

19、发送短信时，使用同样的通信 方式，不同的通信命令字。接口电路如图11所示：VCC P3图11 GSM模块电路四、系统软件设计系统程序流程图如图12所示：图12系统流程图五、系统测试5.1测试仪器表1测试仪器列表序号仪器名称数量1UNI-T数字万用表12示波器13万用表14直流电源15.2指标测试延时精度结合12M晶振预分频，采用for语句延时，经测量调整误差不到5微秒。红外探测测试红外发射管的电流在520mA之间，电流大，发射的红外线强，电流小，工作可 靠，检测头相对被检测的物体的距离范围窄， 用手移于红外发射接收管底下用示 波器观察波形是否存在低、高电平中跳变。若没有此现象，可进一步慢慢红外发 射接收管离地面的距离，直到满意为止。(3) 串口稳定性测试串口模块使用常用的MAX23芯片，外部电路的电容参数按数据手册结合实际 电路微调。使用示波器观察串口输出特定数据流的波形， 如波形符合标准，则模 块测试通过。(4) 语音模块测试先按时长录制一次，按播放的声音调整音量与录音分段的长度。六、