基于GSM移動網(wǎng)絡(luò)的智能家居遠程防盜警報系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 單片機課程設(shè)計報告智能家居報警系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 班 級： 學 號： 指導老師：日期： 2012.6.42011.6.15華南農(nóng)業(yè)大學工程學院15 / 19摘 要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，報警系統(tǒng)已從原來的簡單化、局部化向智能化、集成化發(fā)展。而各種防盜報警系統(tǒng)之間的主要區(qū)別是在于如何讓分機與主機、分機與用戶之間進行通訊。目前市場上常見的防盜報警系統(tǒng)的通信方式有固定撥號、以太網(wǎng)、集群系統(tǒng)等等。本設(shè)計以GSM網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸平臺，設(shè)計了一個通過短消息進行遠程報警功能的系統(tǒng)。此系統(tǒng)可解決這些隱患，讓家庭防盜更與時、使用更方便。它不再依賴有線執(zhí)行報警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移動網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中

2、文短消息或形式，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上。安全監(jiān)控可以對居住環(huán)境進行實時的監(jiān)控。監(jiān)控圍包括室防盜，火災報警一系列不安全因素。本系統(tǒng)通過傳感器獲取室人員信息，并將信號發(fā)送到單片機微處理器。系統(tǒng)收到報警信息后通過辨認密碼的方式確定目標身份，并通過蜂鳴器報警的方式警示入侵者。另外，系統(tǒng)配備具手機通信功能的GSM模塊，能將室安全狀況第一時間發(fā)送至用戶手機終端。不僅大大提高系統(tǒng)安全性與智能性，也方便用戶的使用。 經(jīng)測試，本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，同時具有友好的人機界面，為用戶提供安全服務(wù)的同時，實現(xiàn)系統(tǒng)智能化管理。關(guān)鍵字：智能報警 傳感器 GSM目錄摘要1 方案比較與選擇2 總體設(shè)計思路3 硬件支

3、持4 電路板的制作，焊接與調(diào)試5 軟件編程6 參考文獻1 方案比較與選擇方案（一）：以STC89C51為控制核心，人體熱釋感應模塊為報警源，用LED顯示當前家居安全狀況，采用喇叭報警。方案（二）：以STC89C52單片機為控制核心，紅外熱釋電與密碼鎖鍵盤輸入模塊為報警源，用LCD作為顯示模塊顯示家居當前的安全狀況，采用GSM模塊實現(xiàn)與手機終端通信報警。方案比較與確定：1，方案（一）實現(xiàn)相對容易，制作簡單，成本低，但其功能不夠強大與實用。2，方案（二）功能比較高端，可以實現(xiàn)手機終端報警。雖然其僅以密碼鎖為報警源，報警功能不夠完善，采用GSM模塊實現(xiàn)與手機終端通信報警成本較大，但是比較貼近實際生活

4、，開發(fā)前景較大，而且可以讓我們對單片機的應用有更進一步的認識。綜合上述，方案（二）為最佳選擇。2 總體設(shè)計思路本系統(tǒng)由五路熱釋電紅外探測器采集報警信號，將報警信號送入STC89C52控制芯片，觸發(fā)報警，并通過串口通信將報警信號傳給手機，進行警情處理從而實現(xiàn)家庭用防盜報警系統(tǒng)的功能。基本工作原理如下:利用被動式熱釋電型紅外傳感器檢測人體輻射的紅外線，當檢測到紅外信號變化時，將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，經(jīng)過信號處理電路對電信號進行濾波、放大、比較、輸出高電平作為告警信息送給CPU，CPU判斷是否報警，如果滿足報警條件，就會發(fā)出控制信號，完成聲音報警GSM模塊報警。本方案采用人體熱釋紅外感應模塊采集監(jiān)控

5、圍的人員信息，并通過密碼進行驗證，使用LCD模塊進行顯示，當密碼輸入錯誤，視為非法入侵，并通過GSM模塊發(fā)送信息給用戶手機終端。系統(tǒng)框圖如圖所示：MCUSTC89C52密碼鎖鍵盤輸入模塊顯示模塊LCDGSM與手機通信報警程序下載模塊人體熱釋感應模塊方案二系統(tǒng)框圖3 硬件支持本系統(tǒng)的硬件部分主要由單片機STC89C52為控制核心，由晶振電路,熱釋電紅外傳感器,報警電路,MXA232程序下載電路,4×4矩陣鍵盤和12864顯示電路等模塊組成；其中報警電路使用GSM模塊實現(xiàn)與手機終端通信報警?？偟膩碚f，智能家居系統(tǒng)主要由微處理器模塊,報警源模塊，報警模塊，程序下載模塊和顯示模塊等模塊構(gòu)成。

6、3.1微處理器模塊。3.1.1單片機STC89C52功能介紹STC89C52是51系列單片機的一個型號，它是STC公司生產(chǎn)的。STC89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的STC89C52單片機可提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。STC89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器

7、,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本7。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP與PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求 。其引腳圖如圖3-1示。STC89C52引腳分布圖STC89C52具體介紹如下：主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片振蕩電路的輸出端

8、控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根8。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P

9、1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.73.1.2單片機最小系統(tǒng)包含時鐘電路和復位電路，如下圖。3.2熱釋電紅外傳感器模塊3.2.1熱釋電紅外傳感器簡介被動式紅外探測器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動目標的紅外輻射，因此才有被動式之稱。被動式紅外探測器是利用熱釋電效應進行探測的。被動式紅外探測器又稱為熱釋電紅外探測器，其主要工作原理便是熱釋電效應。熱釋電效應是指如果使某些強介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯酸鉛P(zT)等)的表面溫度發(fā)

10、生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出1。熱釋電紅外傳感器通過接收移動人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運動速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號。當熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時，其部敏感材料的溫度將升高，極化強度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量聚焦在

11、探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個立體探測空間熱輻射的變化。當防區(qū)域沒有移動的人體時，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報警器。當有人體突然進入探測區(qū)域時，會造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應的電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應的輸出信號U，送往報警器，發(fā)出報警信號。紅外探測器的探測波長為814um，人體的紅外輻射波長正好處于這個圍之，因此能較好的探測到活動的人體。被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其

12、警戒圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。由于被動式紅外技術(shù)具有監(jiān)測距離較遠，靈敏度較高，節(jié)能價廉等優(yōu)點，本課題采用紅外探測器作為報警探測器，并在設(shè)計中增加了自動聲光報警的功能，使報警系統(tǒng)更加趨于完善。3.2.2熱釋電紅外傳感器電路圖熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路。圖2.2為熱釋電紅外傳感器的部電路框圖。熱釋電紅外傳感

13、器的部電路框圖3.2.3被動式熱釋電紅外探頭的工作原理與特性人體的體溫一般在37，所以會發(fā)出特定波長10um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的紅外線通過菲尼爾濾光增強后聚焦到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號民。該探頭具有如下特點：(1) 由于這種探頭是以探測人體輻射為目標的，所以熱釋電元件對波長為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。(2) 為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境

14、的干擾受到明顯的控制作用。(3) 被動紅外探頭的傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產(chǎn)生的釋電效應相互抵消，因此探測器無信號輸出。(4) 一旦人侵入探測區(qū)域，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理后即可報警。根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距（感應距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。3.2.4原理圖3.3密碼鎖模塊如圖3.1 所示，本模塊的作用是進行鍵盤的掃描，首先判定有沒有鍵被按下，然后再判定被按鍵的位置

15、，因為鍵盤矩陣有鍵被按下時，被按鍵處的行線和列線被接通，使得開關(guān)之間接通。當掃描表明有按鍵被按下之后，緊接著應是進行去抖動處理，一般我們采用的是軟件來去抖動，軟件方法則是采用時間延遲以躲過抖動，待行線上狀態(tài)穩(wěn)定之后，再進行行狀態(tài)輸入。3.4蜂鳴器報警模塊由人體紅外傳感器和蜂鳴器組成；上電時，單片機不斷檢測檢測與紅外傳感器相連的管腳P3.2口有無高低電平輸入，如果有則單片機向蜂鳴器控制口P2.4輸出低電平驅(qū)動蜂鳴器報警；此時只有正確輸入密碼才能解除報警，否則蜂鳴器不會停止鳴叫。如果沒有檢測到有人闖入，則單片機繼續(xù)掃描。3.5 GSM模塊。3.5.1 GSM模塊簡介GSM模塊主要采用SIEMENS

16、公司的TC35模塊，通過串口接入電路與單片機控制模塊相連，主要負責實現(xiàn)遠距離報警的功能。采用GSM的短信功能，可以使某些控制達到“零距離”。由于短信息的費用低廉，可以取代傳統(tǒng)的無線遙控。因此本系統(tǒng)采用單片機控制GSM模塊發(fā)送GSM短信，實現(xiàn)遠距離報警的功能。TC35模塊是SIEMENS公司為嵌入式設(shè)備設(shè)計的GSM雙頻通訊核心模塊，如圖2.4所示。TC35T含TC35/SIM卡座/電源/天線/RS232接口，是可獨立使用的通訊終端。TC35支持標準的AT命令集，通過AT指令可實現(xiàn)發(fā)送短信功能(莊建清，徐瑋，2009)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類 、以與2.4

17、K、4.8K、9.6K的非透明模式。TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心，基帶處理器主要處理GSM終端的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。3.5.2 模塊電路西門子 TC35/TC35I短信模塊是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM短信模塊。 在GSM網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天，TC35/TC35I短信模塊秉承了西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它您可以在較短的時間花費較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在

18、遠程監(jiān)控和無線公話以與無線POS終端等領(lǐng)域您都能看到TC35I短信模塊無線模塊在發(fā)揮作用。TC35/TC35I引腳圖GSM模塊的工作主要由單片機通過串口將AT指令發(fā)送到GSM模塊。串口電路主要由芯片MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)串口電壓與單片機電壓的轉(zhuǎn)換，確保雙方可以相互通信，電路如圖10所示。單片機的TXD引腳接到MAX232的T2IN引腳，單片機的RXD引腳接到MAX232的T2OUT引腳。GSM模塊接口電路圖3.6顯示模塊3.6.1 lCD簡介：LCD在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，更具優(yōu)勢。本方案采用LCD作為顯示模塊，采用1602液晶顯示。顯示模塊的作用主要是顯示提示信息和輸入的密碼，以方便用戶使用。液晶模塊電路如下圖所示?？烧{(diào)電阻R3調(diào)節(jié)液晶偏壓，RS、RW和EN分別接到單片機的P2.3、P2.4、P2.5引腳，通過單片機按相應時序編程控制液晶顯示。D0D7為