基于GSM的防盗报警系统设计

PAGE哈尔滨工业大学毕业设计（论文）I-摘要随着社会的发展和科学技术的迅猛发展，人们对于自身生活的要求也随之变高。而家里用的防盗报警系统则是应对抢劫、盗窃这些突发事件的关键设施。假如家里突然发生警急事件，就能在警报安全中心通过声音和视觉信号精确的显示出事的地点位置，就能及时的采取相应的措施。智能化的家庭报警系统是能够进行24小时的自动检测的，其会在情况确定后向主人拨打电话，这在社会保障中意义重大。本课题的核心是用单片机STC89C51、GSM无线通信模块TC35的家庭智能家庭防盗报警系统，这个系统是通过红外传感器和GSM无线通信网络，该防盗是以短信息的形式来实现家庭所要求的远程控制、安全监控及报警功能等。该系统是用热释电红外传感器来探测入侵者，如有异常的情况，系统会及时发送短信通知主人。客户端与单片机之间的控制是用无线模块来实现。关键词：防盗；安全监控；网络；短信

AbstractWiththedevelopmentofsocietyandtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,people'sdemandsonmateriallifearegettinghigherandhigher.Theanti-theftalarmsystemisanimportantfacilitytopreventrobbery,theftandotheraccidents.Intheeventofanemergency,thelocationoftheincidentcanbeaccuratelydisplayedinthesecuritycontrolcenterthroughthesoundandlightalarmsignal,makingiteasytotakeemergencymeasuresquickly.Intelligenthomealarmsystemcanperform24-hourautomaticdetection,whichwillbedeterminedaftertheownertocall,whichissignificantinsocialsecurity.ThispaperintroducesakindofintelligenthomecontrolsystembasedonSTC89C51microcontrollerandGSMcommunicationmoduleasthecoreofthehomeintelligenthomealarmsystem,theuseofsensorsandtheexistingGSMnetwork,intheformofshortmessagestoachieveanti-theft,remotecontrolandotherfamilyrequirementsofsecuritymonitoringandalarmfunctions.Theuseofinfraredpyroelectricsensorstodetectforeignpersonnel,ifthereisanabnormalsituation,thesystemwillsendatimelysmstoinformtheowner.UsetheWiFimoduletoachievecontrolbetweenthephoneandthemachine.Keywords:Anti-theft；SecurityMonitoring；Network；SMS

目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题研究背景目的及意义 11.1.1课题研究背景 11.1.2目的和意义 11.2家庭报警器研究现状 31.3主要内容 3第2章方案设计 42.1单片机控制模块的方案选择 42.2防盗检测方案选择 52.3报警方式模块的方案选择 62.4短信方式模块的方案选择 72.5无线通讯模块 82.5.1蓝牙 82.5.2Wi-Fi 82.5.3ZigBee 92.6总体方案构成 10本章小结 11第3章硬件设计 123.1主控模块电路设计 123.2复位电路设计 133.3晶振电路设计 133.4防盗探测模块设计 143.4.1红外线简介 143.4.2人体检测电路设计 143.5短信模块设计 153.6WiFi模块电路设计 16本章小结 17第4章系统软件设计 184.1开发环境简介 184.1.1KeilC51 184.1.2KeilC51的优点 184.2系统主程序设计 194.3HC-SR501传感器程序的设计 204.4短信报警程序设计 214.5无线程序设计 224.6手机端应用程序设计 24本章小结 25第5章系统功能测试 265.1硬件测试 265.2系统功能调试 265.2.1硬件功能调试 265.2.2软功能件调试 275.3数据分析 28本章小结 29结论 30致谢 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。附录1译文 错误!未定义书签。附录2英文参考资料 错误!未定义书签。附录3硬件原理图 错误!未定义书签。附录4程序清单 错误!未定义书签。第1章绪论1.1课题研究背景目的及意义1.1.1课题研究背景在当今社会，人们的生活水平有了很大的提高。增加的物质财富使得人们开始关注生命和财产的保护。由于科技的高速度发展，盗贼作案手法也在不断的发生变化和提高，而且让人防不胜防。针对这一潜在的威胁，智能化的家庭报警系统也就显得尤其重要和迫切。我国经济发展到现在，人民的生活水平得到了快速的提升，人对于防盗、防火设施的重要性也在不断提高，如今的这个社会更加的需要防止盗窃、防火检测、报警、煤气泄漏检测等先进技术。在国外，红外报警器大多都是选用先进的技术、发达的技巧。而且是目前国际上最广泛使用的红外对射直接到主机上的方式，并根据一份调查显示，在美国，几乎有超过一半的家庭已经安装或正在准备安装报警系统，使用这种技术，以确保他们的财产的安全。进入21世纪，社会和经济能力、以及生产力的综合发展，都取得了很大的进展，但是社会的安全因素还应要有更大的提升，因此在公共场所的安全措施就显得比较重要。在目前社会的经济体制中，如家庭环境、银行等公共场所中处于一个重要的角色。现在人们关注的问题是安全问题，因为它与人民的生命与财产的安全关系紧密，怎么样做好安全防护工作，是社会安全体系中的重要工程，因此随着科技的进步，相应的智能防盗产品在不断的出现，它不光能够节省人力、物力，还做到智能报警,让人们的生活更方便，但是也存在一部分问题，因为这样，怎样研制出更好的、更简洁、更高效的家用防盗产品，这已是很多的研究机构的工作重心。1.1.2目的和意义国内城市不断发展，越来越多的人口向城市涌入，这就使得公共安全的压力逐渐加大。可是，由于社会经济的发展不够平衡，社会保障制度的不健全，人们收入有明显差距、不同地区收入水平差距进一步拉大，私人财产被盗窃、抢劫的事件时有发生；有些地方特别严重，损失惊人。人们变得越来越渴望拥有一个安全的生活空间。进入到21世纪以来，我国建筑业发展迅速，具有巨大的市场发展空间，社会与经济效益很好，极大地促进了人民生活水平的提升与改善，它为人们提供一个更高效的、安全方便的生活和工作环境。很快在全国各地居民社区生长的很快，在每年城镇建设与发展的总量占很大比例，或者更快的速度增长，已经在建筑行业变成一个新的增长点。由于这样一个快速发展的节奏和落后于建筑安全设施，这将会造成一个巨大的安全风险和预防的差距。因此，如果大家能够对家庭智能防火防盗报警系统的功能给以快速提升，借助于现代科技来满足其安全和警力的需要，通过科技特别是在信息以及计算机技术上来对犯罪行为进行有力的打击，这成为人们要深入谈论并有效解决的一个重要问题。依据有关的数据显示，我国城市与农村的入室盗窃案件占据案件总数的60%左右。例如在2006年，国家公安机关的刑事案件里面，一共含有161万起，其中含有106万的盗窃案件。占据了刑事案件的65.8%。所以入室盗窃案件一直是各地公安机关监控系统之中需要重点关注的问题。不过因为盗窃案件发案快、犯罪嫌疑人流动性、调查和收集证据并不容易，其自身特点和我国警察力量的配置，比发达国家高出万分之五十，而我国则仅达到万分之五，居民家庭报警问题长时间以后，一直是所有的有责任感的警察所困扰的。与此同时，随着社会经济的迅速成长，建筑物、构筑物应用到的原料的多样性，各类产业和科学技术的发展，易燃材料也随之增加，同时随之人民生活方式和环境的改变，使得火灾危险性提高，由于火灾所导致的经济损失以及其伤亡状况也在不断增加。尤其是最近，由于高层建筑的增加使得其灭火难度极大。现阶段社会中有许多家庭白天外出打工，家里没人，而防盗门窗的安装则是其主要防盗方法，该设备是通过对盗贼入室难度的增加来完成其防盗任务的。这样简单的机械装置在实际使用过程中暴露出许多问题，例如在长时间内无人在场的情况下，防盗效果往往不令人满意，而且往往为不法分子提供过多的便利条件，影响家园的美观、在消防逃生等方面也有不少的缺陷。如今，已经有十几个城市通过立法，强行的撤除了金属防盗网这种装置。所以家庭安全需要使用新的制度、新的方式，来提供更加安全的生活环境。1.2家庭报警器研究现状在国外，很多的智能报警系统使用的技术非常先进，功能比较齐全。含有的设备为超声波防盗装置、触摸式防盗报警系统以及红外线防盗报警系统等。不过在世界上面使用最广泛的是红外对射直接到主机上面的形式，这样的方法含有的优点为技术十分成熟、可靠性很高、操作简单、经济效益好等。受到人们的普遍欢迎。而通过美国、欧洲的一些发达国家相比，电子安全产品已经普遍的应用于公司和家庭的安全保卫中。在美国，几乎超过50%的家庭已经安装或者正在准备安装这项惠民的系统，以确保这项技术来保证自身的安全。报警设备是保障人民生命财产的重要保证。智能家庭报警产品在我国仅为20%，与发达国家相比，智能家庭报警产品在中国市场的发展才开始。随着我国社会经济的快速增长，人民生活水平的进步，越来越多的人在现代社会中，对盗窃、抢劫、灾害、有毒气体等事故进行报警有着极大的需要。相对于发达国家，国内火灾报警器起步较晚，我国家庭智能报警器是在二十世纪七十年代开始的。报警器是基于声波、红外线的接收等技术为基础，从早期的封闭式，被动安全模式逐渐的形成了多元化、综合化、电控化的趋势。自九十年代后，国内智能报警产品发展快速，加上政府的开放政策，使得国内市场的大部分开始由国外公司占据，这就使得更为先进的技术进入国内，并对于市场成熟化发展起到了促进的作用。1.3主要内容本设计中采用红外热释电传感器对非法闯入的人员进行检测，同时检测到有非法人员入侵的行为，就会报警，时间是10秒以上。同时采用GSM模块把报警地点的情况以短信的形式发送到主人的手机上，报警器可以在主人休息时自动启动，也可以通过手机WiFi进行远程遥控启动或关闭。从而实现家庭智能报警的功能。该报警系统可以做到预防当没有人在场的情况下，智能的识别、判断并实现远距离向主人发送报警，而蜂鸣器还可以给入侵者心理压力，降低所受到的损失这样可以有效的保证居民的人身财产安全。第2章方案设计本次设计首先根据实现的功能，可以分为以下几个模块：单片机控制模块、报警源模块、报警方式模块，接下来，每个模块的程序，并配置整个程序。2.1单片机控制模块的方案选择方案一：STC89C51微控制器，是一种以8位的中央处理单元STC89C52RC的系统。STC89C51RC是51核的ISP）在系统内可编写的芯片。它还具有这些特点：1.芯片的集成电路内部包含了8KB的可以被重复一千次的Flash只读存储器，80MHz的最高工作频率。2.对于内部匹配了的标准MCS-51指令集架构，及51芯片引脚结构的内部集合，它能够匹配具有8位中央处理单元和Flash闪存的器件。它在系统中还能够编程是一大特点，配搭上电脑端的控制代码就可以把使用者的代码程序下载到单片机里，这节俭了通用的购买成本，还可以让速度变得更加的快。3.STC系列单片机是一个时钟周期——1T的单片机，兼容8051内核，它是新时代的具有高的运行能力、低的消耗的功能的单片机，在它的内部，集成了MAX810，独自使用的复位电路结构。完全都是最好的簇新的精简指令集微处理器流水线架构。本设计采用STC89C52单片机，如图2-1所示。图2-1STC89C51单片机方案二：本次的系统设计使用的是ARM系列下——芯片S5PV210，是由三星公司推出的此芯片也被三星推出的手机和平板上在广泛使用，这芯片它有可高达1GHz的时钟频率，其数据处理速度是非常快的。该芯片支持传统的ARM芯片,与其具有完整的兼容性Thumb-2指令集。该芯片支持32/64位的内部硬件总线结构，它可以的最高级缓存是32/64KB的数据指令，1位宽，第次级缓存的是512KB的指令。它有着可达到2亿条/s的指令集的高运行速度，具有高速运算的能力。在芯片S5PV210中有一个强大的功能，即硬件编码的功能，它可以支持大部分格式的视频编解码。在分辨率上，芯片支持的最大JPEG硬件编解码上8K*8K的高分辨率。在加上芯片S5PV210的2D和3D图像的表现也比较好，在新一代PowerVR掌上图形芯片产品的基础上，PowerVRSGX540的2D/3D的图像引擎方面支持2D/3D图像加速。如图2-2所示。图2-2ARM单片机从成本分析和设计难易程度，功耗等方面考虑，所以，选择方案一进行开发。本设计采用STC89C51单片机。2.2防盗检测方案选择方案一：使用常规的红外线设备，对于非法人员的入侵进行检测。传感器的部分不进行任何的信号发出，这个类型的产品的特征为具有较低价格与较低功耗。在无接触传感器中，红外光电开关传感器就是其中的一员，由于它的发光元件的效率比较高、光污染性能好，在检测和自动化领域应用广泛。光电开关通常作为一种重要的检测元件，它的工作稳定性在设备运营过程中发挥着重要的作用，人们一直以来，以延长使用寿命和提高可信性为首要目标。海外有名的光电开关生产企业主要有图克尔、倍加福和欧姆龙等，产品的性能卓越；国内企业的生产光电开关的厂家主要有人民、华通等，虽然产品和技术相对落后一点，可价格便宜，性价高。现今红外光电开关是我国比较先进的调制光信号产品，要是发射管在工作的时后长时间处于工作状态，会很大的影响使用寿命，尤其是像间歇工作的位置，在不工作时，让红外开关变为休眠状态，则其寿命会大幅延长。然而，它的缺点是很容易被干扰，灵敏度和接收距离是有限的。红外光电开关实物如图2-3所示。图2-3红外光电开关方案二：HC-SR501传感器，可以有效的检测到人或者是动物发出的红外线，然后输出电信号。在上世纪的40年代使用热释电效应被提出，却没有人给予特别关注，一直到60年代，伴随着激光与红外技术的发展，才推动了热释电效应的研究与发展。如今，这样的传感器在很多行业里面得到良好的应用，含有气体泄露检测与手术麻醉的检测、水土检测等很多的方面得到良好的应用。利用热释电红外模块，前级使用光镜，检测人体的非法入侵。因为含有菲涅尔透镜，可以测量的范围更大，灵敏度更高，适合家庭使用的报警系统。所以本设计采用HC-SR501传感器，热释电传感器如图2-4所示。图2-4热释电红外传感器2.3报警方式模块的方案选择蜂鸣器报警：当房屋被人入侵时，蜂鸣器便会响，提醒有盗贼进入室内作案。电路较为简单，非常容易实现。因为实际的需求，蜂鸣器的响声除了安全的提示与掌握小偷之外，在小偷作案的过程中，还可以为小偷进行提示，这样的话，就会导致不能及时的抓获小偷，同时也保证不了房主的安全。蜂鸣器器如图2-5所示。图2-5蜂鸣器2.4短信方式模块的方案选择GSM模块：目前，由于其使用方便与价廉等特征，使用的人群十分广泛，同时也是为远程监控提供了一种新的技术手段。它可以通过发送和接收短信的方式，随时让主人知道自己的家中的安全状况，方便住户的安全管理。在电路设计的过程中需要一定的探索，但能培养自学能力，特别适用于本设计。由此可以得出结论，本设计采用GSM模块来实现远程监控的功能。如图2-6所示。图2-6GSM模块2.5无线通讯模块该报警系统采用的通信方式是无线通信，通过将手机用无线的方式控制报警设备的开启和关闭。2.5.1蓝牙HC-05模块是一种常用的蓝牙模块。全球统一频段2.4GHzISM。这项技术主要是完成基本的短距离通讯，生活中常见的有外设之间实现数据无线传输。是点或多点间的交互，蓝牙的网络结构是分散式结构的。它可以连接多种单片机，可直接连接的串口，电源5V的单片机可以直连。其空旷环境下有效距离为10米，如果出现大于10米情况的话，这样就无法保证通信的可靠性。实物图如图2-7所示。图2-7蓝牙模块2.5.2WiFi移动客户端可由WiFi无线路由器连接到网络中，这实际上就是无线通信中的一种形式。其从出现后就在全世界的范围得到迅速传播时。目前市场上的比较多智能产品支持该技术，可以能够很好的适用。使用无线的形式接入网络，通常只需一个接入点就行了，它的接入方式还简单便捷。虽然在大多数情况下无线路由都是来作为接入点，同样可以充当接入点使用是拥有无线网卡的计算机设备。在全世界发展无线技术，这跟其独有特带你是密不可分的，与其他的无线通信技术相比，WiFi拥有以下四个特性：1.相较于蓝牙的传速速率，ZigBee的250Kbps有更快的传输速率，WiFi的传输速度可高达11Mbps，要是采用802.11n协议理论速度还可以最高达到600Mbps。2.更低功耗，依据IEEE802.11工业标准发布的802.11n标准，其在功耗方面进行了重大创新，电力消耗极低。3.人们一直关心的一个问题——互联网安全，现今由IEEE批准的802.11w标准，它不仅能保护无线数据管理，促使无线通信部分更加稳定的工作，而且它还能及时的切断利用MAC地址伪造的信息，让网络更加安全。4.稳定的信号，802.11n选择的无线芯片有很多特点，像STBC，它利用多个天线来提升信号，而奇偶校验码用来提高纠错能力用。客户端常用的无线通信模块是ESP8266模块，通用IEEE802.11b/g/n协议。其内置了TensilicaL106，极低功耗的32位的微型控制单元，它支持80MHz和160MHz频率。实物图如图2-8所示。图2-8WiFi模块2.5.3ZigBeeZigBee是一种新兴的无线通信技术，04年第一个ZigBee规范版本才出现，因为是第一个版本缘故，所以这个还存在着较多不足，而到2006年出现了新一代ZigBee，这项技术才进行了完整的修正，在这之后ZigBee技术不停的改进。ZigBee技术和蓝牙技术有些相像，它们都是短距离无线通信技术，而且都可用于传感器控制，但是在多数领域中ZigBee技术渐渐把蓝牙所取代。这是因为虽然蓝牙具有很多优点，但是对于在日常环境中使用时还有很多不足，像技术过于繁琐，大功耗，组网规模不够大，节点又太少，开发成本还很高等，而这些缺陷都严重影响了使用蓝牙的意愿，ZigBee的出现很好的弥补了这些不足。ZigBee技术具有如下的特点：功耗较低；成本较低；安全性很高；时延比较短；系统兼容强；可扩展性高；7．安全性较好。除了精简功能的设备它们之间没有办法进行信息直接交互以及数据传输以外，而其他的设备之间可进行信息交互。用一个协调器，这样功能设备则可给外界环境进行发送数据以及信息传输的功能。这样的好处是数量少的传输数据，这些设备所占用的传输资源、通信资源不多，使得功能设备可以以低价来实现。实物图如图2-9所示。图2-9ZigBee模块综上所述，经过对比分析，ZigBee模块需要多个节点组网，协议开发难度较大，蓝牙通信距离较短，不适合远程控制，所以本次设计选择方案二。2.6总体方案构成在本设计中HC-SR501热释电红外传感器是在传感器中进行采用的，其能够准确的判断有没有人进入。当有人进入的情况下，热释电红外传感器会对盗情进行检测，并且会开启10秒以上的报警。如果设定距离值值达到上限，则报警，简单方便。这是从机的主要功能，利用ESP8266无线模块，手机向单片机发出控制信号，单片机控制单片机设备。通过GSM短信收发模块，把报警的地点和情况以短信的形式发送给主人，从而实现智能家庭报警的功能。系统硬件框图如图2-10所示。5151单片机热释电传感器按键模块蜂鸣器手机GSM手机WiFi模块图2-10系统硬件框图本章小结本章首先设计了系统总体方案。然后，分析了本系统功能的要求和目标，以及无线技术，对主要器件进行选型，通过对比和分析选择了最终方案。最后，对短信提醒和蜂鸣器等方案进行了介绍，经过分析和研究，选择了最后方案。

第3章硬件设计基于GSM的防盗报警系统的设计与实现，采用模块化方式进行设计，主要分为五个模块分别是：防盗检测模块，报警模块，短信模块以及主控制芯片STC89C51等。3.1主控模块电路设计由于采用的是STC89C51单片机，所以在此对此款单片机做下简单介绍。其内核用的是8051内核，但是因为它对这个内核进行了大量改进，因此其具有同种单片机所没有的功能。它的优点是低功耗、高性能等等，是一种按照8位二进制为单位的微控制器，这个系统能编程有8k空间的Flash存储器。最小系统电路图如图3-1所示。图3-1最小系统图3.2复位电路设计深究其构成有以下：复位电路，以及FLASH和双联串口端，以及系统定时保护，终端的兼容系统。其中如果想要达到省点的效果，一般可以利用PHZ的静止方法去达到省点途径。在其设备不运行的时候，可以让其内核处理器，以及串口互连保持循环工作。这个方法可以防范突然停电后的异常处理，通过对其系统内核以及系统串口设置循环模式，充分的保护了其系统的运行质量。这种模式下最高运作频率35MHz。引脚图如图3-2所示。图3-2复位电路图加强后单片机（8051），有6s和12s两个工作环境可以运行。一般运行的时的电压成长率是5-3V/3-2V,在其速度上一般是35MHZ以内，可以说是普通的单片机的0-2倍值，而其最后达到的输出指，经过长期测试，均值在45MH。在系统运行空间方面，一般内存都在10KB左右，然而，就单片而言，通过I/O的转换后，其相邻的侧口被打开，那么这个时候不需要再额外用关闭电流。当然，如果是单独使用I/O，需要借助电流开关进行调控。STC89C52作为红外自动感应卷帘门的主控制芯片，需要与其他模块相连，才能接收到信号并控制其他模块进行工作，具体引脚与元件连接使用标号和连线混合连接。具体硬件电路图见附录。3.3晶振电路设计本设计选择用12MHZ石英晶振和2个30PF电容来提供工作脉冲。晶振是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于家用电器电器、收音机、各种遥控器等各类振荡电路中。晶振电路是由电容和电阻组成的。它们先并联再串联晶振提供的频率越高，芯片运行的速度越快。该晶振电路与单片机的连接为18引脚振荡器反相放大器的输入端、19引脚振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。晶振电路图如图3-3所示。图3-3复位电路图3.4防盗探测模块设计本设计采用前级配有菲涅尔透镜的红外热释电传感器HC-SR501，实现对是否有人盗窃判断。通过检测到有人入侵，并将检测到的入侵行为的信息发送给控制单元。3.4.1红外线简介在电磁波光谱中，红外光波的波长范围，为0.01um~1000um。按照波长被分为可见光和不可见光，波长为0.38um~0.76um可见，分为七色。光波在0.01um~0.38um之间的光波被称作为紫外光，而红外线波长是在0.76um~1000um。按波长的数值，红外线可分为近、中、远、极4种。而近红外可作为控制光源，这是因为目前红外发射管与红外接收管的发光和受光峰值通常在0.8um~0.94um，而在近红外光波段范围里，而它们的光谱很巧能够相重，可以很好地相配，这样就能得到较高的稳定性以及很高的传输效率。3.4.2人体检测电路设计热释电红外传感器是一种能够检测到由人体自身发射出的红外线然后输出为电信号输出的传感器。在人们的生活中非常多的使用这种传感器，更多的实在自动控制技术中。除了在大家熟知的室内感应光源、防盗报警系统上得到应用外，还在更多的方面应用广泛。这次把它用在家庭室内报警系统上，通过使用红外传感器来检测和判断是否有人入侵。传感器的上面安装了一个滤光镜片，而通过这个滤光片能够由光的波长频段刚好符合人体红外线的发射的范围，而它对其它波长的红外线可由滤光片来完全吸收，因此就形成了一种用来探测人体辐射的红外线传感器。人体热释电红外传感器与STC89C51单片机的第13引脚外部中断口P3.3连接。电路图如图3-4所示。图3-4红外热释电传感器电路图HC-SR501具有以下特点：1.具有感应迟滞时间。2.当有人进入了传感器感应范围里就输入高电平，而脱离了感应范围外则自动延时关闭高电平，从而输出低电平。3.分为不可重复触发方式和可重复触发方式。4.可以与多类电路实现对接。5.默认工作电压直流电压5V至20V。6.低功耗静态电流位65uA，尤其适合适用用两节干电池供电的设备。7.能够自动感应人体的红外辐射。3.5短消息模块设计

GSM模块作为一种主要的无线通信接入设备，获得了许多的系统开发者的好评，而基于GSM模块的各种无线应用方式与产品也被广泛应用。本系统中GSM使用SIEMENS关于GSM的工业模块：SIM900A，可以实现上位机控制它接/打电话，收发短信等。GSM模块可广泛运用于无线终端、工业测量与控制、远程监控系统和智能家居等领域。

其可工作在GSM900MHz和GSM1800MHz两个工作频段，它所在频段功耗分别是1瓦和2瓦。

关于移动手机卡的接连方式，则是采用外接的方式，外部天线则由模块的天线联接器所接连，电压为3.3V~5.5V，。该模块工作的温度是-20°C~55°C。GSM模块引脚电路图如图3-5所示。图3-5GSM电路图3.6WiFi模块电路设计本系统使用了WiFi的无线远程控制来实现对设备的远程管理。它板载ESP8266模块——ATK-ESP8266，它通过串口来和51单片机来进行通信，且这个模块可以兼容3.3V/5V的单片机系统。内置了TCP/IP栈协议，可以实现无线网络和串口之间的转换。无线模块ESP8266与单片机进行通信通常只需连接2个引脚，分别是控制串口的发送和接收，其中第0引脚是接收数据，1引脚是芯片使能引脚，2引脚则是RST复位引脚，3脚是电源，4引脚为地，第7引脚是发送数据，低电平时复位，能悬空或者接外部控制单元，而本方案是以悬空方式连接，该模块为高电平使能，低电平失能，因此这样工作时需外接一个10K的电阻，从而使芯片处于使能状态。ESP8266无线模块引脚电路图如图3-6所示。图3-6ESP8266无线模块电路图此无线通信模块由串口通信方式与单片机进行连接，该模块主要连接引脚如表3-1所示。表3-1ESP8266模块引脚说明表序号PIN脚名称功能说明4GND接地5GPIO悬空6GPIO悬空7RXD串口数据接收端RXD3VCC3.3V，模块供电2RST外部复位管脚，低电平复位可以悬空或者接外部MCU1CH_PD芯片使能，高电平使能，低电平失能0TXD串口数据发送端TXD本章小结本章首先对系统主控模块电路进行了设计，其次又介绍了晶振电路、复位电路、最小系统电路等。主要介绍了人体红外热释电传感器的电路设计和工作原理。还系统的介绍了GSM模块的电路设计、无线模块电路的工作原理以及设计思路。

第4章系统软件设计在一个完整的设计中软件的运行成功与否，是至关重要的，不论什么样子的电子设计都需要考虑一定的软件对它进行编译，使它可以运行，进而实现所要达到的目的。两者结合在一起，才能完善系统。4.1开发环境简介由美国KeilSoftware公司发布的51系列的单片机C语言软件的开发系统——KeilC51，其与汇编语言相比较，C语言较为简单易学，且在功能结构及可读性等较多方面优势很大。4.1.1KeilC51使用单片机开发的系统里面，除了需要硬件之外，也是需要软件辅助的，可以直接的利用单片机执行各个部分的机器语言，不过机器是不容易读写的。对于具有单片机的开发系统，很多都是使用汇编语言作为软件系统，之后才逐渐的使用C语言，因为C语言利用的也是一种结构化的设计模式，可读与移植性很好，利用C语言编写的单片机具有的应用程序的周期不长，后期的调试也是比较简单的。软件环境界面图如图4-1所示。图4-1软件环境界面图4.1.2KeilC51的优点1.集成的C环境是单片机等微型芯片的首选开发环境。2.该软件开发效率非常高，设计周期较短。3.此软件操作容易，内部包含非常多的常用芯片，使得编程更加方便。4.2系统主程序设计由于智能家庭报警器采集数据为传感器，本设计功能繁多，所以采用模块化的设计思路。以此达到开发周期短、速度快的目的。单片机的智能报警系统的主控单元是其核心所在，单片机的功能主要就是对所有功能模块的信息的收发，借助GSM通信模块将有关的信息发送到用户的手机上面，在系统上电的时候，单片机开始运行主程序，其系统主程序流程图如下图4-2所示。否否是结束是否被盗？蜂鸣器/短信报警开始系统初始化定时器/中断读取传感器值键盘扫描调用子程序图4-2系统主程序流程图4.3HC-SR501传感器程序的设计从传感器节点的功能来分析，仅仅是把将感应到的信息传到单片机的功能实现了。它能同时用两种方式向单片机发出报告，就是当传感器感应到有人入侵时主动发送感应到的信息数据以及等待单片机的判断处理的激活状态。而当没有出现需要报警的操作时为休眠状态。编写的程序主要包括硬件功能的初始化，读取传感器数据以及发送数据和接收数据等几个部分，此系统需要在串行外设接口中断中完成对射频数据的识别和接收，当串口初始化时，程序为串行接口开辟了数据接收缓冲区。在进行中断服务程序中，将信息存放在数据缓冲区中，主程序会在循环执行的某阶段读取数据缓冲区的数据，进行分析处理。HC-SR501传感器采集流程图如图4-3所示。开始开始初始化开始检测人员是否有人靠近?发送报警指令结束是否图4-3HC-SR501程序流程图4.4短信报警程序设计智能家庭报警系统向用户发送有关的短信进行报警。除了这些以外，系统具有很高的可靠性，该系统设置了应用程序报警开关，用户通过使用客户端的AT指令方式来让系统长时间处于激活或是关闭状态。在激活状态下，当系统在检测到人体存在的信号时就会向设定好的目标发出警报信息，后一种状态则不会发出报警短消息，这样能够做到没有人在场时不会出现误报警的情况下。本次课题设计是采用了SIM900A模块，并进行短信通信的实现来完成的，该模块借助于UART串口来对模块控制给以相关实现，标准的AT指令集构成了通信格式。系统的短信任务的实现流程图如图4-4所示。图4-4短消息程序流程图使用GSM模块可以实现单片机系统与用户手机双向通信，模块发送和接收短信都要遵守AT命令，短信息的编码解码方式都建立在AT命令基础之上。单片机和计算机都需要通过AT指令来控制GSM模块对报警短消息的发送与停止：1.除了“A/”及“+++”之外的指令，其它的命令都要加上AT字符。2.每个AT命令的最后都需要加上换行符，否则模块不识别此命令。这个字符就是结束符。3.字符长度不能超过40个字符，字符必须大小写统一。4.命令集分成AT标准命令集、s缓存器命令集、AT高级命令集、AT+F传真命令集及AT+V语言命令集等常见的AT指令的功能:AT+CMGR:ReadSMSmessage(读短消息)。AT+CMGS:SendSMSmessage(发送短消息)。AT+CMSS:从SIM内存中发送消息。AT+CNMI:显示新收到的短消息。AT+CPMS:选择短消息内存。AT+CSCA:短消息中心地址。AT+CSMP:设置短消息文本模式参数。AT+CSMS:选择短消息服务。本系统主要涉及到模块的收发信息功能。GSM模块的短信发送，支持TEXT模式和PDU模式。4.5无线程序设计本设计的通信过程主要由以下两个部分组成：无线网络，它是用来实现客户端和终端之间的通信的，由串口WiFi模块发起整个网络，通过异步串口通信，实现了STC单片机与无线模块串口之间的数据有效传递，这个过程是由ESP8266模块自带的串口与STC单片机的模拟串口编程来实现的。无线模块ESP8266的串口的集成度非常高，运行是完全靠自身功能来实现的，并且提供了完整的WiFi网络独立运行模式，同样也可以当做slave为其他的Host服务。WiFi模块ESP8266串口的工作模式有两种，数据透传和AT指令，在对模块进行控制来实现通信目的过程中主要是以这两种模式来进行的。数据透传模式的实现过程是由手机客户端发送的数据后被WiFi模块接收到，再将数据复制到模块的外部内存缓存区中。而数据接收工作结束时,缓冲区中的数据则被复制到UART串口缓存区中以触发串口来进行发送中断控制。而接收到的数据会被中断指令的函数发送到控制系统以便实行整体上的控制。AT指令模式是用来使用指令进行对模块参数的配置的。WiFi模块程序流程图如图4-5所示。结束结束开始串口初始化从WiFi接收数据数据是否完整？发送到缓冲区否否是是图4-5无线模块程序流程图在本系统中，STC89C51主要用于串口数据的收和发并同时对从WiFi模块接收到的具体指令信息进行相应的处理，即解析数据中的相应指令并生成输出相应的控制信号。STC89C51实现系统控制的软件流程大致为以下如几个过程：1.发送WiFi模块初始化指令；2.接收数据；3.解析数据并输出相应的控制；4.控制继电器、完成延时关闭功能。在本设计中STC89C51单片机有以下三个功能：向WiFi模块发送初始化指令、接收并解析指令数据、控制信号的产生。而控制信号的产生最关键的就是控制程序的设计。在本系统设计中不但可以通过客户端APP来控制相关的设备的开关，也能通过具体按键同时来实现开关的操作。如果想实现这种操作，可以通过客户端来对开关进行控制，具体设计采用取反操作。在STC单片机的I/O口处设置相关的按键数据，通过程序来判断是否按压了按键，如果按键被压下就进行开关指令的取反。实现了按键的取反操作。无线模块的控制程序流程图如图4-6所示。图4-6无线模块的控制程序流程图4.6手机端应用程序设计手机APP主要实现的是操作界面的可视化，通过使用程序的编写来实现使用者通过手机发送所需的指令给该系统的控制端。通过编写程序来实现，开发环境为Android，该环境是对语言编程工具的一个编程环境，利用Basic语法对安卓应用程序进行编写。设计的应用程序有三个模块：引导界面、控制主界面、延时关闭服务。其中主界面是应用程序的主要功能模块。设计完界面后，还需要编写按键事件的程序，其界面上不同按键被单机所实现的功能各不相同，程序事件可分为TCP连接事件的改变过程与按键开关控制改变过程，其中T