基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭防盜報警系統(tǒng)分析研究 通信工程管理專業(yè)

基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭防盜報警系統(tǒng)摘要隨著人們生活水平的提高，收入也有了大幅提升，大部分家庭進(jìn)小康階段，人們對生活有了更高的需求和要求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，電子設(shè)備，家用電器，通信設(shè)備這些都走入了大部分老百姓的家庭中，但隨之而來的便是安全的隱患，新老小區(qū)物業(yè)管理參差不齊。一些部分老的居民樓里面，還是會經(jīng)常發(fā)生門窗被撬甚至是入室偷竊的案例。年輕工作的人經(jīng)常會出差或者加班，有人入室偷竊由于屋子里沒有人，或者沒有監(jiān)控設(shè)備，導(dǎo)致丟失重要的財產(chǎn)，造成嚴(yán)重的個人損失，又或者晚上熟睡時，被小偷摸進(jìn)來，因為沒有及時發(fā)現(xiàn)同樣也會造成這種難以挽回的后果?；谝陨线@種情況，我們可以得知，傳統(tǒng)的防盜安全措施，例如防盜門，防盜窗，已經(jīng)不能滿足于現(xiàn)代人對安全的需求。科技的進(jìn)步與產(chǎn)品的創(chuàng)新都是為了改變、提升我們的生活品質(zhì)，使我們的生活變得安全，方便。本文鑒于以上情況，建立了一個基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊的家庭防盜報警系統(tǒng)。本設(shè)計采用了STC89C51單片機(jī)系統(tǒng)，SIM900AGSM短信發(fā)送模塊及人體感應(yīng)模塊。本文給出了基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭防盜報警系統(tǒng)介紹，內(nèi)容包括傳感器選型、單片機(jī)選型，掌握信號采集和傳輸原理,單片機(jī)控制原理,軟件控制算法設(shè)計及程序代碼編寫,硬件電路設(shè)計及電路圖繪制等，所涉及出的產(chǎn)品具有性價比高，結(jié)構(gòu)較簡易，上手速度快等優(yōu)點(diǎn)，完整實(shí)現(xiàn)了對家庭防盜，遠(yuǎn)程通知的功能實(shí)現(xiàn)，有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：人體感應(yīng)短信發(fā)送STC89C51SIM900AGSMHomeburglaralarmsystembasedonGSMshortmessagemodulecontrolledbysinglechipmicrocomputerABSTRACTWiththeimprovementofpeople'slivingstandard,incomehasalsobeengreatlyimproved,mostfamiliesenterthewell-offstage,peoplehavehigherneedsandrequirementsforlife.Sincethebeginningofthe21stcentury,electronicequipment,householdappliancesandcommunicationequipmenthaveenteredthehomesofmostordinarypeople,butwiththemcomehiddendangersofsafety.Thepropertymanagementofoldandnewcommunitiesisuneven.Insomeoldresidentialbuildings,doorsandWindowsareoftenbrokenintoorevenstolen.Youngworkersoftengoonbusinesstripsorworkovertime.Somepeoplebreakintohousesandstealbecausenooneisinthehouseorthereisnomonitoringequipment,resultinginthelossofimportantpropertyandseriouspersonalloss.Basedontheabovesituation,wecanknowthatthetraditionalsecuritymeasures,suchassecuritydoors,securityWindows,hasbeenunabletomeettheneedsofmodernsecurity.Theprogressofscienceandtechnologyandtheinnovationofproductsareallforthepurposeofchangingandimprovingourlifequalityandmakingourlifesafeandconvenient.Inviewoftheabovesituation,thispaperestablishesahomeburglaralarmsystembasedonGSMshortmessagemodulecontrolledbysinglechipmicrocomputer.ThisdesignUSESSTC89C51single-chipmicrocomputersystem,SIM900AGSMshortmessagesendingmoduleandhumanbodyinductionmodule.GSMSMSmodulearepresentedinthispaper,basedonsinglechipmicrocomputercontrolfamilysecurityalarmsystemisintroduced,includingthesensorselection,selectionofsinglechipmicrocomputer,thecontrolsignalacquisitionandtransmissionprincipleofsinglechipmicrocomputercontrolprinciple,softwarecontrolalgorithmandprogramcodedesign,hardwarecircuitdesignandcircuitdiagramdrawing,etc.,involvedintheproducthashighcostperformance,thestructureissimple,tofittheadvantagesoffastspeed,thefullimplementationofthehomeguardagainsttheft,therealizationofthefunctionoftheremotenotifications,hasgoodapplicationprospect.Keywords：BodysensingSMSsendSTC89C51SIM900AGSM目錄第一章緒論 51.1前言 51.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和前景 51.3設(shè)計任務(wù)和要求 61.4主要內(nèi)容 6第二章系統(tǒng)設(shè)計方案 72.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路 72.2系統(tǒng)方案設(shè)計 72.3人體紅外傳感器 82.451單片機(jī) 92.5SIM900A短信模塊 12本章小結(jié) 12第三章硬件電路設(shè)計 133.1電源電路設(shè)計 133.2人體紅外探測信號輸入電路設(shè)計 133.3時鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計 143.4聲光報警電路原理圖 153.5按鍵輸入電路 153.6指示燈電路 163.7GSM通信模塊電路 16第四章軟件設(shè)計 184.1軟件程序的實(shí)現(xiàn) 184.2主程序流程工作圖 184.3短信模塊報警流程圖 204.4緊急報警子程序流程圖 214.5信號采集電路流程圖 23本章小結(jié) 24第五章軟硬件聯(lián)調(diào) 255.1實(shí)物靜態(tài)圖 255.2實(shí)物電源通電圖 265.3實(shí)物布防工作圖 275.5短信圖 28本章小結(jié) 31第六章結(jié)論與展望 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34緒論1.1前言隨著人們生活水平的提高，收入也有了大幅提升，大部分家庭進(jìn)小康階段，人們對生活有了更高的需求和要求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，電子設(shè)備，家用電器，通信設(shè)備這些都走入了大部分老百姓的家庭中，但隨之而來的便是安全的隱患，新老小區(qū)物業(yè)管理參差不齊。一些部分老的居民樓里面，還是會經(jīng)常發(fā)生門窗被撬甚至是入室偷竊的案例。防盜系統(tǒng)的主要功能是保護(hù)私人的財產(chǎn)安全，財產(chǎn)安全包括金錢，物資，土地等物質(zhì)財富受到法律保護(hù)權(quán)利的總稱。本文研究的家庭式防盜系統(tǒng)正是為了保護(hù)人們財產(chǎn)安全的產(chǎn)品，隨著人們生活水平的提高，財產(chǎn)安全也被人們越來越重視。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和前景最早的報警系統(tǒng)出現(xiàn)在北美。在北美，報警呼救箱在街道隨處可見，當(dāng)遇到危險時可以立馬進(jìn)行呼救，周圍的警察能立刻聽到警報聲；同時，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后出現(xiàn)了電報，有一段時間采用電報報警，但因為普及率不高，隨后被淘汰了，直到有線電話走入家庭后，報警才大大提升了居民的安全。綜上所述，我們可以了解到報警行業(yè)的發(fā)展是以電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)的，只有具備及時的通信手段，才能夠把各地的報警信息匯聚到負(fù)責(zé)的相應(yīng)部門，然后由相應(yīng)部門負(fù)責(zé)分配有限的警力來幫助到所有的人們。國外家庭防盜系統(tǒng)發(fā)展已處于一個較高水平階段，從具有代表性的北美發(fā)展過程，可以清楚的看出世界家庭防盜技術(shù)的發(fā)展概況。美國是當(dāng)今世界上最大的發(fā)達(dá)國家和唯一的超級大國，在美國，每個人都具備很強(qiáng)的安全防范意識，數(shù)以萬計的家庭用戶的需求催生了龐大的家庭安防市場，安防產(chǎn)業(yè)顯現(xiàn)出了巨大的價值。特別是自“9.11”事件后，美國從政府到個人都大力加強(qiáng)對財產(chǎn)安全的投入，這已經(jīng)成為美國安防行業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁原動力。安防行業(yè)的發(fā)展程度與地區(qū)經(jīng)濟(jì)直接掛鉤，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)比如歐美國家，用戶更看重安防產(chǎn)品的高附加值（產(chǎn)品的品牌、智能化程度、服務(wù)等），因此，在美國安防市場，高端的運(yùn)營服務(wù)公司更受用戶歡迎。目前，ADT、DSC、OPTEX等高端品牌占據(jù)了美國家庭安防大部分市場份額，且這些品牌在當(dāng)?shù)囟加卸嗄甑臍v史，渠道十分成熟，是家喻戶曉的綜合運(yùn)營服務(wù)商。中國家庭目前的安防意識，還不能與美國家庭相比，所以導(dǎo)致我們國家家庭防盜的技術(shù)起步較晚且發(fā)展較緩慢，但是隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對安全意識的普及，產(chǎn)品已經(jīng)逐漸走入大家的視線。現(xiàn)在新的居民區(qū)，都有了門禁，小區(qū)大門口都設(shè)立了安全崗，夜晚也有保安進(jìn)行巡邏，而且小區(qū)攝像區(qū)域覆蓋率都達(dá)到百分之80以上。目前國內(nèi)的一些家電龍頭如海爾、TCL、創(chuàng)維、海信，也開始進(jìn)入智能家居市場，最早進(jìn)入市場的如清華同方推出的經(jīng)濟(jì)型智能化家居設(shè)備“e-home數(shù)字家園”系統(tǒng)得到了市場較好的反饋。未來的家庭防護(hù)設(shè)備極有市場，結(jié)合通信設(shè)備的飛速發(fā)展和軟件快遞開發(fā)，可以滿足各類家庭對于家庭安全的不同要求，在各類條件下可以建立自己需要的安全防護(hù)體系。1.3設(shè)計任務(wù)和要求本文給出了基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭防盜報警系統(tǒng)介紹，內(nèi)容包括傳感器選型、單片機(jī)選型，掌握信號采集和傳輸原理,單片機(jī)控制原理,軟件控制算法設(shè)計及程序代碼編寫,硬件電路設(shè)計及電路圖繪制等，所涉及出的產(chǎn)品具有性價比高，結(jié)構(gòu)較簡易，上手速度快等優(yōu)點(diǎn)，完整實(shí)現(xiàn)了對家庭防盜，遠(yuǎn)程通知的功能實(shí)現(xiàn)，有較好的應(yīng)用前景。本設(shè)計任務(wù)和要求主要包含下述內(nèi)容：該設(shè)計包括硬件電路的設(shè)計和軟件C語言程序的設(shè)計。(2)本基于單片機(jī)控制的GSM短信防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、單片機(jī)控制電路等模塊組成。(3)系統(tǒng)完整可以實(shí)現(xiàn)功能。人員外出可按下布防按鈕，此時傳感器正常工作，當(dāng)檢測有人進(jìn)入探測范圍后，經(jīng)過傳感器電路、放大電路將信號輸送給報警模塊，將信息發(fā)送給用戶，實(shí)現(xiàn)報警功能。1.4主要內(nèi)容該設(shè)計的主要內(nèi)容，主要有進(jìn)行硬件電路的設(shè)計，包括單片機(jī)的選型，通信模塊的選型；電路電源電路和聲光報警電路的設(shè)計；包括按鈕與發(fā)光二極管的匹配。還有軟件的設(shè)計，包括每個模塊程序的編寫，整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。最后還有軟硬件聯(lián)調(diào)，對實(shí)物進(jìn)行測試分析。系統(tǒng)設(shè)計方案2.1系統(tǒng)整體設(shè)計思路本系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)流程圖如圖2-1所示。圖2.1系統(tǒng)流程圖本系統(tǒng)由五路人體紅外探測器采集五路（門、窗、陽臺、廚房等報警監(jiān)測點(diǎn)）報警信號，若檢測到有人闖入，則探測器將把報警信號送入89C51單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)送控制指令，控制GSM短信模塊執(zhí)行向用戶發(fā)送報警信息的指令，從而可以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的防盜報警功能?；竟ぷ髟砣缦?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(dāng)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(jìn)行濾波、放大、比較、輸出高電平作為告警信息送給MCU，MCU判斷是否報警，如果滿足報警條件，就會發(fā)出控制信號,輸出指令，使GSM短信模塊給用戶發(fā)短信息，實(shí)現(xiàn)防盜報警。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭報警防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為人體紅外探測器、單片機(jī)控制器、GSM短信模塊，用戶接收終端。由于系統(tǒng)體積小，系統(tǒng)的可靠性高，系統(tǒng)的成本低的優(yōu)勢它可稱為世界上最小的應(yīng)用系統(tǒng)。但要求程序長度小于4K，共四個I/O接口供使用?？删幊虨?伏電壓，擦除時間僅為10毫秒，只有8751和的分?jǐn)?shù)之一。與器件相比，設(shè)備損壞并不容易。沒有兩個電源要求。當(dāng)芯片被重寫時，可以重復(fù)在多個控制領(lǐng)域進(jìn)行使用。運(yùn)行狀態(tài)下的電壓區(qū)間寬泛（一般維持在2.7V~6V范圍內(nèi)）。而主控芯片在靜態(tài)模式下運(yùn)行時，其對應(yīng)的頻率區(qū)間是。相比之下，使用8751單片機(jī)時工作電壓范圍較窄。該類型單片機(jī)數(shù)據(jù)總線是在P0節(jié)點(diǎn)位置處，并且是三態(tài)雙向數(shù)據(jù)連接端口，能夠?qū)崿F(xiàn)外接存儲單元的讀取以及寫入。單片機(jī)在主控領(lǐng)域具備較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢，在正常工作狀態(tài)下能耗低，運(yùn)算速度快，運(yùn)行較為穩(wěn)定。芯片具備可多次編寫多次擦除的儲存器，次數(shù)可達(dá)1000次，程序可存十年。保存時間為十年。本文所設(shè)計的基于單片機(jī)控制的GSM短信模塊家庭報警防盜系統(tǒng)構(gòu)成框圖如下圖所示：圖2.2總體設(shè)計流程圖在該單片機(jī)控制系統(tǒng)里，經(jīng)軟件查詢、識別判決環(huán)節(jié)實(shí)時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。發(fā)出指令使電路將控制信號放大并推動GSM模塊指定用戶發(fā)送報警信息，從而實(shí)現(xiàn)報警功能。當(dāng)報警延遲20s后，自動解除，也可以進(jìn)行人工手動解除報警信號的操作，當(dāng)警情消除后，復(fù)位電路發(fā)揮指令，系統(tǒng)可進(jìn)行復(fù)位。2.3人體紅外傳感器該系統(tǒng)需要滿足的是當(dāng)人外出時，家里是否有人闖入，為了滿足此要求，故采用的是人體紅外傳感器。熱釋電傳感器出現(xiàn)于上世紀(jì)八十年代，該傳感器廣泛應(yīng)用于對移動目標(biāo)的探查，在銀行金庫、大型商場倉庫以及多種重要的安保場合中廣泛應(yīng)用。人體熱釋電紅外傳感器模塊在結(jié)構(gòu)上引入來了場效應(yīng)，該傳感器可實(shí)現(xiàn)阻抗的變換，該傳感器可探查到目標(biāo)如人體所發(fā)出的紅外線，并采集該信號將其轉(zhuǎn)換為電信號予以輸出，通過傳感器和單片機(jī)等微處理器組成的系統(tǒng)即可構(gòu)成一個簡便的報警裝置，熱釋電紅外傳感器可探查到人體活動時所發(fā)出的紅外信號，在探查到紅外源時傳感器內(nèi)部材料溫度將會發(fā)生變化，傳感探測元上的電荷將會減少，溫度越高則電荷量尖山越明顯，基于此原理可實(shí)現(xiàn)紅外輻射源能量的動態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)選用的是人體紅外傳感器HC-SR501實(shí)物圖如2.3所示。人體紅外傳感器就像貓的眼睛一般，在夜里也可以進(jìn)行監(jiān)視功能。人在≤8米，都會被檢測到，它的覆蓋角度是120°，它可以組成椎體感熱區(qū)域，在空間形成立體警戒，并可以達(dá)到立體范圍內(nèi)全監(jiān)測目的。HC-SR501是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊。熱釋電紅外傳感器（）廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各行業(yè)領(lǐng)域之中，是一種精度高、性能強(qiáng)大的檢測儀，該傳感器由三大部分組成，分別為傳感探測元、干涉濾光片以及效應(yīng)管匹配器。再設(shè)計時應(yīng)對金屬材料電極進(jìn)行極化處理，由此可制成熱釋電探測元。在每個探測器中裝入一個或兩個探測元件，并將探測元件通過反極性方式予以串聯(lián)，進(jìn)而抑制由于元件自身溫度升高所帶來的影響，探測與案件在接收到紅外輻射信號后可將其變換為對應(yīng)的電壓信號，通過傳感器中的放大器將電壓信號進(jìn)行放大并輸出。為了提升熱釋電紅外傳感器的探測進(jìn)度和探測距離，通常在探測器前方設(shè)置菲涅爾透鏡，該透鏡由上下部分構(gòu)成，將其與熱釋電傳感器中的放大電路相配合，可將電壓放大70分貝以上，由此可探測20m之內(nèi)范圍的紅外信號。本文所選用的HC-SR501感應(yīng)的范圍是0-7米之間。熱釋電紅外傳感器的工作特性可概括為：(1)全自動感應(yīng)，當(dāng)傳感器檢測到人體時端口輸出高電平，當(dāng)檢測范圍內(nèi)沒有紅外信號時端口輸出低電平；(2)可重復(fù)觸發(fā)。及若一直感受到人體發(fā)出的紅外信號，則輸出一直保持高電平，人離開延時斷開；(3)工作電壓寬為DC3V-DC24V；(4)感應(yīng)范圍大；(5)功耗低；(6)適應(yīng)性強(qiáng)；(7)靈敏度高，具有較強(qiáng)的工作可靠性當(dāng)屋內(nèi)沒有人時，周圍都是靜態(tài)事物，所以不會發(fā)出特定波長的紅外射線，被動式紅外探頭檢測不到目標(biāo)信號，故不會發(fā)出報警信號，系統(tǒng)也不會發(fā)出報警指令。當(dāng)有人突然闖入探測范圍時，會造成紅外輻射能量發(fā)生劇烈變化，紅外探頭檢測到有特定波長的紅外射線，人體紅外輻射通過部分菲涅爾透鏡聚焦，并被熱效應(yīng)電源接收，但是倆片熱釋電元接收到的能量不同，因為在熱釋電元倆端并有電阻，故當(dāng)元件發(fā)生溫度變化時，電阻上會有對應(yīng)的電流流過，在電阻倆端就可以獲得對應(yīng)的電壓信號，然后輸出電壓信號會送到報警器內(nèi)，系統(tǒng)發(fā)出報警信號指令。圖2.3人體紅外感應(yīng)器HC-SR5012.451單片機(jī)處理器采用的是51單片機(jī)的89C51系列，這種單片機(jī)具有功率低、性能強(qiáng)、超強(qiáng)抗干擾的優(yōu)勢。這款單片機(jī)是芯片與一個8位微控制器4K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程快閃記憶體。在單片機(jī)模塊的選擇中，對比了幾個可行的方案，發(fā)現(xiàn)該型號的單片機(jī)除了穩(wěn)定性強(qiáng)、低功耗、低價格成本以外，還因為該單片機(jī)的封裝工藝，使得通過自身的兩列管腳直接插入到設(shè)備的底座上。該型號的單片機(jī)的輸入輸出端口多，具有P0、P1、P2、P4四個端口，后三個是雙向端口，而第一個端口則需要外接上拉電阻才能當(dāng)常規(guī)I/O口使用。該型號的單片機(jī)的制度存儲器能夠根據(jù)使用需要進(jìn)行擴(kuò)展，支持的最大擴(kuò)展內(nèi)存為64KB，而系統(tǒng)的隨機(jī)存儲器大小為256字節(jié)。經(jīng)過以上的對比和總結(jié)，系統(tǒng)的主控模塊選擇單片機(jī)。89c51特點(diǎn)：兼容MCS

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51產(chǎn)品4.0V至5.5V工作電壓范圍v全靜態(tài)操作：0Hz至33MHz的三個級別的程序存儲器鎖定128×8位內(nèi)部RAM32個可編程輸入/輸出線2個16位定時器/計數(shù)器六個中斷源全雙工異步串行通道低功耗空閑和掉電模式從掉電模式下的中斷恢復(fù)看門狗計時器雙數(shù)據(jù)指針斷電標(biāo)志快速編程靈活的ISP編程（字節(jié)和頁模式）工作溫度范圍：-40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個UART2.4.1單片機(jī)內(nèi)部組成圖2.4.151單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖2.4可以看出，這款單片機(jī)是在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機(jī)的主要組成部分，其中包括中央處理區(qū)CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，還有復(fù)位電路、時鐘電路、晶振電路集成一個整體。2.4.2STC89C51單片機(jī)引腳及功能一共有40條引腳，分別為端口引腳、控制引腳、電源引腳三個：圖2.4.2單片機(jī)引腳圖(1)端口線：4個8位端口共32條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。端口：端口是一個雙向I/O端口，8位漏極開路，驅(qū)動8個邏輯電平來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。該端口的輸入來自于管腳。端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲，這時候就會對8位地址/數(shù)據(jù)實(shí)施多路并重復(fù)利用。端口根據(jù)不同的工作要求對指令字節(jié)進(jìn)行接收和輸出。這樣的工作模式，端口內(nèi)部會出現(xiàn)上拉的阻力，所以在驗證程序的時候就需要外部的上拉電阻。端口：端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻增加端口數(shù)的。端口負(fù)責(zé)輸入時，被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。而且，端口的0號管腳和2號管腳分別承擔(dān)著定時器/計數(shù)器的外部計數(shù)輸入和觸發(fā)輸入。根據(jù)不同的的工作要求，該端口負(fù)責(zé)接收字節(jié)的功能。端口：端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻升高端口。端口負(fù)責(zé)輸入時，被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。當(dāng)系統(tǒng)需要端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲，它會發(fā)送高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)。端口要想發(fā)送“1”需要借助內(nèi)部強(qiáng)大的上拉來完成。在用高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲時，會輸出閂鎖的內(nèi)容。在進(jìn)行其他功能時，該端口也承擔(dān)著接收外部控制信號的責(zé)任。端口：端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動4個邏輯電平。該端口作為輸入端口時是通過上拉電阻升高端口。端口負(fù)責(zé)輸入時，被外部拉下的針腳會由于內(nèi)部電阻會有輸出。RST：在工作過程中起到對輸入進(jìn)行重置的作用，利用的是兩個機(jī)器周期內(nèi)的高電平完成的。：當(dāng)系統(tǒng)需要對外部程序器進(jìn)行訪問或者是進(jìn)行訪問數(shù)據(jù)存儲器時，的作用是將地址的低8位脈沖字節(jié)索存。因為通常情況下，的輸出時間是固定的，是時鐘振蕩頻率的1/6，利用這一特性可以用它來實(shí)現(xiàn)計時的功能。但是如果要進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲的訪問時，系統(tǒng)會自動越過脈沖。系統(tǒng)編程產(chǎn)生的閃存時，引腳還起到輸入輸入的作用。在可能的情況下，禁止操作可以通過在區(qū)域的0號位置安裝來實(shí)現(xiàn)。因為在0號位置之后只有一個固定的指令才能實(shí)現(xiàn)的激活。此外，引腳會稍微升高，不執(zhí)行內(nèi)部程序時，需要讓禁止位無效。：從外部選取的信號來提供給程序存儲器使用。單片機(jī)在外部獲取指令時，只能產(chǎn)生兩次有效的循環(huán)，換言之有兩個脈沖輸出。這時候訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)會自動越過兩個信號。：訪問外部的程序內(nèi)存只能夠通過來進(jìn)行。此時的狀態(tài)應(yīng)該是處于接地狀態(tài)。特別的是，此時編程已經(jīng)加密了的，則在重置期間，狀態(tài)將在內(nèi)部鎖定。2.5SIM900A短信模塊1、最新一代的SIM900AGSMGPRS開發(fā)板，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS（短信，彩信）、數(shù)據(jù)發(fā)送和傳輸?shù)墓δ堋?、SIM900A模塊支持RS232串口和LVTTL串口，模塊可以非常方便的與設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行聯(lián)接，。3、此模塊供電的要求：5V供電。因為加了大電容所以可以直接連接單片機(jī)。電腦調(diào)試USB--232和USB--TTL均可，具有遠(yuǎn)程遙控功能。4、sim900a短信模塊也支持2、3、4G手機(jī)卡。本章小結(jié)本章主要內(nèi)容就是講了系統(tǒng)整體的設(shè)計思路和每個模塊的簡介，包括單片機(jī)的選型，工作原理，以及在本設(shè)計中需要實(shí)現(xiàn)的功能；還有人體紅外熱釋電監(jiān)測模塊的選型，介紹器件基本物理原理和在設(shè)計中工作的原理。第三章硬件電路設(shè)計3.1電源電路設(shè)計本設(shè)計采用電源電路為系統(tǒng)供電，同時實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換、濾波穩(wěn)壓等功能。電源電路在系統(tǒng)中具有在重要作用，若電源不能為系統(tǒng)提供需要的電壓電流，那么整個系統(tǒng)功能將無法實(shí)現(xiàn)。圖3.1電源電路原理圖電源電路原理如上US噢hiPI處為數(shù)據(jù)線DC插座處，用一根USB電源數(shù)據(jù)線，USB一端連接電腦電源，另一端DC插座連接P1，然后就可以將提供5V直流電，2腳和3腳接地，1腳接的VCC。自鎖開關(guān)：第一次按下不會自動彈起，進(jìn)入鎖定狀態(tài)，開關(guān)接通。第二次按下會彈起，及接觸鎖定狀態(tài)，開關(guān)斷開。3.2人體紅外探測信號輸入電路設(shè)計人體紅外探測電路是由，人體紅外感應(yīng)模塊，信號流入放大器進(jìn)行放大并通過比較器進(jìn)行比較后將信號輸出分為四部分。人體紅外探測電路開始工作時，人體紅外傳感器檢測到有人體發(fā)出的信號時，由傳感器引腳發(fā)出的微弱電信號，經(jīng)過放大電路，把輸入進(jìn)來的微弱電信號不失真的放大到所需的數(shù)值，經(jīng)過比較電路后判斷傳感器接受到的人體紅外熱釋電信號強(qiáng)度是否足夠大。若強(qiáng)度足夠大，則輸出低電平，若強(qiáng)度不夠大，則持續(xù)輸出高電平。圖3.2人體紅外探測輸入信號電路原理圖本設(shè)計人體紅外探測輸入信號電路原理圖如圖3.2所示，左側(cè)內(nèi)有信號放大電路和電壓比較電路，右側(cè)為輸入信號電路原理圖，當(dāng)人體紅外探測模塊監(jiān)視到有紅外輻射能量劇烈變化時，微弱電信號經(jīng)過放大電路進(jìn)入電壓比較電路后，做出判斷，輸出低電平，電流通過R6到達(dá)基極B流通到發(fā)射集E，則BE導(dǎo)通，所以集電極C和發(fā)射極E導(dǎo)通，那么CE導(dǎo)通。因為發(fā)射極E接地，所以RSD引腳接入單片機(jī)引腳輸出為低電平，有效。三極管：是一種控制電流的很常見的元器件，目的就是可以把微弱的電信號，以不失真的要求方大成幅度值比較大的或者是所需要的電信號。3.3時鐘電路與復(fù)位電路的設(shè)計時鐘電路的設(shè)計：為了滿足定時和計時的功能所以設(shè)計了時鐘電路。XTAL1和XTAL2為11.0592MHZ的晶振的管腳，為芯片提供時鐘振蕩。C22和C23采用的都是30pf的瓷片電容。如圖3.3右下方所示：圖3.3時鐘電路與復(fù)位電路原理圖復(fù)位電路的電路原理圖在圖3.3左上方，有一個復(fù)位按鍵和C1電容構(gòu)成。本設(shè)計中有兩個復(fù)位方法，一個位手動按鍵復(fù)位，即RESET端不間斷的，輸出兩個機(jī)器周期的高電平時就可以達(dá)到復(fù)位的目的。另一個是上電復(fù)位，當(dāng)VCC接通電的瞬間，由于電容電壓不會發(fā)生突變，故電容倆段電壓為零，所以送到單片機(jī)內(nèi)引腳RST的信號為高電平。電流通過R1后，電容開始充電。電容倆端電壓開始增加，引腳RST不斷減少，知道變?yōu)榱?，成為低電平則完成上電復(fù)位。3.4聲光報警電路原理圖聲光報警電路由蜂鳴器，限流電阻R1,發(fā)光二極管和三極管組成。圖3.4聲光報警電路原理圖單片機(jī)I/O口驅(qū)動能力有限，不能直接驅(qū)動大電流用電器件，所以需要加入三極管用來放大電流。從單片機(jī)引腳BUZZ與基極B相連，則單片機(jī)發(fā)出低電平信號，則聲光報警電路導(dǎo)通，電路開始通電，蜂鳴器開始進(jìn)入工作狀態(tài)，發(fā)出嗶嗶嗶的響聲，發(fā)光二極管開始發(fā)紅光并不停的閃爍。3.5按鍵輸入電路按鍵輸入電路由三個按鍵組成，引腳與單片機(jī)引腳對接。按鍵按下I/O電平拉低，在程序中掃描I/O口即知道按鍵狀態(tài)。圖3.4按鍵輸入電路3.6指示燈電路I/O接口輸出低電平時，燈亮。本設(shè)計中共有三種顏色的發(fā)光二極管，分別為紅，綠，黃。圖3.6指示燈電路原理圖3.7GSM通信模塊電路本GSM通信模塊用的是SIM900A模塊。模塊的引腳TX與單片機(jī)RX相接，模塊RX引腳與單片機(jī)引腳TX相接。圖中濾波電容C4與并聯(lián)在電源電路輸出端，可以使短信發(fā)送模塊更穩(wěn)定，可以使電源直流輸出平滑穩(wěn)定，降低了交變電流對模塊工作正常性能的影響。圖3.7SIM900AGSM模塊用的是UART通信協(xié)議。UART協(xié)議是一種通用的數(shù)據(jù)總線的名稱，用于異步通信，在SIM900A中用于主機(jī)與通信設(shè)備之間的通信。本章小結(jié)這一章介紹了本設(shè)計內(nèi)的所有電源電路的原理，以及詳細(xì)的電路分析，包括信號的傳輸，送達(dá)到單片機(jī)哪個引腳，還有單片機(jī)內(nèi)時鐘電路和復(fù)位電路的設(shè)計，人體紅外熱釋電模塊的電路，和GSM通信報警模塊的電路，都做了詳細(xì)的介紹。第四章軟件設(shè)計4.1軟件程序的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)包含硬件電路和軟件程序兩大部分，硬件電路設(shè)計完畢后需要完成軟件部分設(shè)計。從功能上可將軟件功能分為兩種類型，其一主程序，其二為子程序。所有設(shè)計出來的小執(zhí)行程序，都是一個小的功能執(zhí)行模塊，用來達(dá)到用戶設(shè)定的目的，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。各子程序原理如下：防盜報警子程序：當(dāng)監(jiān)測到達(dá)到報警要求的紅外輻射信號后，啟用對應(yīng)的防盜報警子程序即可實(shí)現(xiàn)防盜報警的功能。其防盜報警的設(shè)計原理：單片機(jī)輸出有效電平后對應(yīng)的聲光報警電路里面的三極管導(dǎo)通，聲光報警電路通電，做出報警的指令，蜂鳴器發(fā)出報警聲，二極管閃爍。串行口通信子程序：單片機(jī)和SIM900AGSM短信發(fā)送進(jìn)行通信時，晶振是11.0592MHZ,定時器產(chǎn)生9600波特率，當(dāng)REN=0時允許串口接收數(shù)據(jù)；當(dāng)ES=0，串口中斷應(yīng)許；當(dāng)EA=1，開啟中斷。串口通信程序一般采用的有三種：查詢、中斷、DMA。其中單片機(jī)的TXD與SIM900AGSM短信發(fā)送模塊的RXD，單片機(jī)的RXD與SIM900AGSM短信發(fā)送模塊TXD，發(fā)送用的是查詢指令，接收用的是中斷指令。4.2主程序流程工作圖主程序如下：Uart_init();

//調(diào)用中斷初始化函數(shù)

while(1)

//進(jìn)入while循環(huán)

{

keyscan();

//按鍵函數(shù)

GSM_work();

//發(fā)送短信函數(shù)主程序主要是當(dāng)人體紅外模塊監(jiān)測到紅外輻射劇烈變化后，判斷出有人入，則主程序開始發(fā)送報警信息，指令到達(dá)通信報警模塊，繼續(xù)執(zhí)行，一直循環(huán)。圖4.1主程序流程圖短信報警持續(xù)20s子程序如下： 變量加1 每500ms（50ms*10） 布防指示燈取反一次 故s { 計時變量清零 進(jìn)入布防狀態(tài) 布防指示燈長亮 停止計時當(dāng)人體紅外模塊熱釋電模塊監(jiān)測到有人闖入時，進(jìn)入布防狀態(tài)的系統(tǒng)的綠色指示燈開始閃爍，會不停地閃爍20s，如果人體紅外輻射還可以檢測到的話，將執(zhí)行短信報警模塊，單片機(jī)會執(zhí)行報警指令。4.3短信模塊報警流程圖系統(tǒng)監(jiān)視到有人闖入后，布放綠色指示燈開始閃爍20s后，GSM短信發(fā)送模塊發(fā)送防盜報警短信，待發(fā)送完成后，黃色指示燈將不再閃爍。發(fā)送短信部分程序如下： 接收手機(jī)號碼 } 引號 延時 發(fā)送短信內(nèi)容 延時 確定發(fā)送短信圖4.2GSM短信模塊報警流程圖4.4緊急報警子程序流程圖本系統(tǒng)中設(shè)計了緊急報警程序，有一個緊急按鈕可以使單片P2.0輸出高電平，短信報警模塊直接會執(zhí)行短信報警功能，因為在家里面人體紅外模塊不能覆蓋所有范圍，或者家里有小孩或者老人的時候，他們先發(fā)現(xiàn)了有人闖入，或者家里有人強(qiáng)制闖入的時候，自動檢測和發(fā)送報警短信會有一段時間，而這個時候就體現(xiàn)出來緊急報警的優(yōu)勢，它無需通過人體紅外模塊進(jìn)行監(jiān)測，然后才會發(fā)送報警短信，可以直接通知到家里人。報警子程序主要是下面：緊急按鍵按下 { 延時去抖 再次判斷按鍵是否按下 { 手動發(fā)送短信變量置一，準(zhǔn)備發(fā)送短信 報警變量置一 } 按鍵釋放 }圖4.3緊急報警子程序流程4.5信號采集電路流程圖信號采集流程圖如下。圖4.4信號采集流程圖本章小結(jié)這一章主要介紹了，軟件程序的設(shè)計，包括到每個模塊的可以實(shí)現(xiàn)的功能的流程圖，本章每一小節(jié)都做了詳細(xì)介紹，每一小節(jié)還都附帶了部分主要的程序，可以更直接，更詳細(xì)的了解軟件可以實(shí)現(xiàn)的功能。軟硬件聯(lián)調(diào)圖5.1展示的是未通電狀態(tài)的實(shí)物圖，左上方是GSM短信模塊，右上方是人體紅外熱釋電監(jiān)測模塊，在GSM短信模塊正下方左側(cè)的是一個大電容，右側(cè)的這個是一個蜂鳴報警器。依次有紅綠黃三個指示燈，紅色為警報燈，蜂鳴報警器響時，紅色燈也閃爍；綠色為布防指示燈，即綠色亮?xí)r為人體紅外熱釋電么模塊工作正常；黃色指示燈為短信發(fā)送模塊指示燈，發(fā)送短信時黃色指示燈亮，發(fā)送完成后，燈滅。在下面是51單片機(jī)，然后單片機(jī)右下方是晶振電路，在下面依次是四個按鍵，分別為復(fù)位、布防、撤防以及報警按鍵。整塊板子最左側(cè)下方為電源，黑色的是電源接口，usb電源接口，上面白色按鍵為電源開關(guān)，旁邊紅色指示燈為電源指示燈，電源開燈亮，電源關(guān)則燈滅。5.1實(shí)物靜態(tài)圖圖5.2展示的是實(shí)物通電后的狀態(tài)實(shí)物圖，紅色電源指示燈亮，單片機(jī)開始工作，GSM模塊上方指示燈變亮，當(dāng)插入SIM卡后LED燈先是一秒一閃，當(dāng)找到信號后三秒一閃，如果一直是一秒一閃的話，就是電源供電不足，需要接在充電寶或者電腦USB接口上。5.2實(shí)物電源通電圖圖5.3展示的是當(dāng)電源接通后，所有硬件都在等待按鈕的啟動，按下二號鍵，啟動人體紅外監(jiān)測模塊，系統(tǒng)進(jìn)入布防狀態(tài)，綠色指示燈開始亮。5.3實(shí)物布防工作圖圖5.4展示的是GSM短信發(fā)送模塊工作狀態(tài)實(shí)物圖，綠色指示燈亮，說明人體紅外熱釋電模塊開始工作，開始監(jiān)測周圍是否有信號，當(dāng)監(jiān)測到有人闖入時，黃色指示燈亮，說明GSM短信模塊開始向用戶終端發(fā)送報警短信，五秒內(nèi)發(fā)送完畢后，燈滅。用戶終端收到短信如圖5.5所示。圖5.4GSM短信工作圖5.5短信圖圖5.6是聲光報警工作的實(shí)物圖，當(dāng)發(fā)送完畢后，黃色指示燈滅，紅色報警指示燈開始閃爍，同時蜂鳴報警器開始工作，持續(xù)20s后結(jié)束，綠色指示燈常亮，系統(tǒng)再次進(jìn)入檢測模式。圖5.6聲光報警工作圖圖5.7是緊急報警工作狀態(tài)的實(shí)物圖，當(dāng)系統(tǒng)通電后，不管是否進(jìn)入布防狀態(tài)，只要按下4鍵，緊急報警按鈕鍵，黃色指示燈立刻亮GSM短信報警模塊立即向用戶發(fā)送報警短信，這個按鈕可以大大減少人們面對緊急情況發(fā)生時，報警所需的時間，具有時效性。短信發(fā)送完畢后，蜂鳴報警器與紅色報警指示燈繼續(xù)工作，工作情況如圖5.5一樣。圖5.7緊急報警工作圖本章小結(jié)這一章介紹了實(shí)物圖的工作狀態(tài)對應(yīng)的實(shí)物圖，介紹了實(shí)物靜態(tài)圖，實(shí)物通電圖，布防工作狀態(tài)圖，GSM短信模塊工作狀態(tài)圖，聲光報警工作狀態(tài)圖，緊急報警工作狀態(tài)圖。每一個工作狀態(tài)都對應(yīng)的現(xiàn)象都進(jìn)行了詳細(xì)的分析。第六章結(jié)論與展望現(xiàn)在已經(jīng)單片機(jī)發(fā)展進(jìn)入百花齊放的時代了，世界上幾乎所有芯片制造的大公司都有自己生產(chǎn)研發(fā)的單片機(jī)系列，有與51系列兼容的，也有不兼容的，位數(shù)也是應(yīng)有盡有，這一切都為基于單片機(jī)而開發(fā)各類設(shè)計有了很好地技術(shù)基礎(chǔ)。我在大三專業(yè)選修課時，選到了這門課，然后一下就沉迷于編程的世界中，再加上平常自己對生活方面的小設(shè)計比較感興趣，正好在畢業(yè)設(shè)計選題的時候選中了這個基于51單片機(jī)的GSM家庭防盜報警模塊的設(shè)計，大家都知道，現(xiàn)在家庭生活都變得越來越好，社會發(fā)展得也越來越快，很多成年人都要面臨加班或者出差的時候，父母或者小孩子在家的時候，面臨突發(fā)情況時很難有立即處理的能力和辦法，包括現(xiàn)在外賣和快遞的送上門服務(wù)，方便了生活的同時也增加了危險發(fā)生的概率。這也就是為什么傳統(tǒng)的防盜門和防盜窗慢慢退出人們對于家庭安全保護(hù)的考慮范圍內(nèi)，人們需要更直接，更有效的家庭防盜報警措施。本設(shè)計在現(xiàn)階段基本可以滿足大多數(shù)對于家庭安全的需求，包括有人闖入時的自動報警和有手動緊急報警的功能。但如果把眼光放長遠(yuǎn)一些，這些也會在數(shù)年后被新的需求所淘汰，國家最近在大力建設(shè)第五代通信網(wǎng)絡(luò)，其峰值速度大約在1GB/S，比起現(xiàn)在的4G要快近100倍，那么在未來可能就不只是發(fā)送短信這么簡單了，如果在家庭防盜報警系統(tǒng)中加入了高清攝像功能，那么結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)可以瞬間發(fā)給用戶，那么用戶可以立刻與警察聯(lián)系，第一時間掌握不法分子的全部特征，更利于社會的治安。當(dāng)高清攝像功能與5G網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起的時候，就不再有傳統(tǒng)家庭防盜報警的視野盲區(qū)，它升級成無死角的家庭防盜報警系統(tǒng)了。希望人們伴隨經(jīng)濟(jì)水平上升的同時，也不要落下安全意識的提升，所以希望我們的家庭安全防護(hù)系統(tǒng)也越來越完善。參考文獻(xiàn)[1]易可,閻力平.基于GSM汽車防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子世界.

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