基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统

2015届分类号： 单位代码：13379 山东师范大学历山学院 毕业论文（） 家庭安防报警系统设计 姓学年专 系名号级业（院）电子信息工程电子信息与工程系指导教师 2015年5月24日 摘要 该设计是采用AT89C51单片机实现的基于GSM短信模块的家庭安防报警系统。该系统主要由单片机AT89C51、HRHGSMModem短信模块、键盘显示电路、DS12887实时时钟芯片、315MHZ调幅遥控器、传感器和其它基本外围电路组成，借助GSM移动网络，以最直观的中文短消息，直接把报警地点的情况反映到所设定的手机屏幕上。 该系统采用AT89C51单片机作为主控制芯片，通过HRHGSMModem来进行通信，采用红外传感器进行检测，配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。同时附加电路通过键盘显示电路来预设安防报警系统的电话号码，DS12887实时时钟芯片对发生警情的时间进行和保证系统的可靠运行，315MHZ调幅遥控器来实现用户对系统的布、撤防状态进行改变。 硬件设计采用Proteus软件，完成了系统的键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号等模块的电路原理图的设计。软件设计采用Keil开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。关键词：单片机；GSM模块；传感器 I ABSTRACT ThisdesignistheuseofAT89C51MCUtoachieveTheFamilyguardagainsttheftandAlarmsystemBasedonGSMModem.ItismadeupofAT89C51MCU、HRHGSMModem、keyboarddisplaychip、DS12887real-timeclockchip、315MHZremotecontrolsensorsandotherbasicperipheralcircuits.ItwilldisplaythealarmcontentinChinesedirectlyatyourmobilescreen,anditrecurstotheGSMmobilenetwork. TheSystemuseAT89C51MCUasthecontrolcorechip,throughtheHRHGSMModemforcommunications,itadoptedinitiativeinfraredsensortodetect,thesystemequippedthesmogsensorandleakinesssensorofgasandguardedagainstfireandgasleakiness.Meanwhile,additionalcircuittodefaultthetelephonenumberofguardagainsttheftandAlarmsystembykeyboarddisplaychip,throughDS12887real-timeclockchiptorecordthesituationoccurredintimeforpoliceandtoensurereliableoperationofthesystem,315MHZremotecontroltoachievetheusertochangethesystem’sposition. ThehardwaredesignusingProteustoachievethecircuitschematicdiagramdesignsofthesystemkeyboardinterfacecircuit,clockcircuits,powercircuits,transceivercircuitsandthesensorsignalacquisitionmoduleandsoon.ThesoftwaredevelopmentsystemofKeilisusedtodesignthesoftware.Andtheprocedureoftheprocessingofsignalhasbeencompletedanddebuggedsuccessfully. Keywords：MCU;GSMmodem;Senor II 目录 第1章绪论...................................................................................................................................3 1.1安防报警系统发展概况......................................................................................................3 1.2设计背景目的......................................................................................................................3 第2章整体设计...................................................................................................................4 2.1方案选择论证......................................................................................................................4 2.2主控芯片单片机的选择......................................................................................................4 2.2.1AT89C51的主要性能...................................................................................................5 2.2.2AT89C51的引脚结构...................................................................................................5 2.3通信模块的选择..................................................................................................................6 2.3.1GSMModem的主要功能...............................................................................................6 2.3.2GSMModem的硬件接口..............................................................................................6 2.4传感器的选择......................................................................................................................6 2.4.1红外传感器..................................................................................................................6 2.4.2烟雾传感器..................................................................................................................6 2.4.3气体泄漏传感器..........................................................................................................6 2.5键盘显示模块的选择..........................................................................................................7 2.6存储器的选择......................................................................................................................7 2.7时钟芯片的选择..................................................................................................................7 2.7.1DS12887功能...............................................................................................................8 2.7.2DS12887引脚定义.......................................................................................................8 第3章系统硬件设计...................................................................................................................9 3.1系统结构原理图..................................................................................................................9 3.2电源部分..............................................................................................................................9 3.3时钟电路............................................................................................................................10 3.3.1单片机时钟电路........................................................................................................10 3.3.2系统的时钟电路........................................................................................................10 3.4信号采集电路....................................................................................................................12 3.4.1红外信号检测............................................................................................................12 3.4.2气体、烟雾检测........................................................................................................13 3.5复位电路............................................................................................................................13 1 3.6键盘显示电路....................................................................................................................14 3.7通信电路............................................................................................................................15 3.7.1发射、接收电路........................................................................................................15 3.7.2GSM模块与单片机的连接.........................................................................................16 第4章家庭安防报警系统的软件设计.....................................................................................17 4.1主程序.................................................................................................................................17 4.2外部中断0中断服务子程序............................................................................................18 4.3通信模块的设置..............................................................................................................18 4.3.1设置短信中心号........................................................................................................18 4.3.2利用GSMMODEM向普通手机发短信.....................................................................18 4.4串口控制SMS的工作原理................................................................................................19结论...............................................................................................................................................21参考文献.......................................................................................................................................22附录...............................................................................................................................................23附录1：硬件设计总图.............................................................................................................23附录2：部分程序源代码.........................................................................................................23致谢...............................................................................................................................................29 2 第1章绪论 1.1安防报警系统发展概况 当科技还不发达的时候，人们依靠安装防盗门、防盗网及人工防犯来防止犯罪分子对住宅的入侵，对于当时的人们来说，这种安防装置已经够用。由于这种安防装置不但有碍美观,而且不符合防火要求，所以随着科学技术的不断发展，人们开始利用电子技术与网络技术来设计新的安防系统。常见的安防报警系统的有固定点电话联网安防报警系统、以太网、集群系统、AURINE家庭报警系统、智能拨号安防报警系统等，来有效防止犯罪分子的入侵。 目前我国大多数家庭都是双职工,当发生警情时,不能及时地处理。所以当固定电话被普遍使用时，人们开始利用固定点电话联网安防报警系统来实现家庭安防报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，适用于家居安全技术防范。随后，人们又开始利用智能拨号安防报警系统来实现家庭安防报警，智能拨号安防报警系统,配合各种无线探测器，可实现智能化防盗、防火、防燃气漏露、紧急求救等功能。 科学技术的飞速发展，促使家庭安防报警系统逐渐向智能化方向发展，出现了各种各样的智能化的安防报警系统。在以后的发展中，将会出现越来越高级实用的家庭安防报警装置，也是我们这一代人所研究的方向。[1] 1.2设计背景目的 随着电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统已满足不了人们的需求，本系统的设计正是利用电子技术对家庭安防报警系统进行研究。随着信息时代的到来，手机通讯工具已基本普及，该设计利用这一点，展开对家庭安防报警系统的研究，解决了传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统中存在的隐患(其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等)。它用AT89C51单片机实现基于GSM短信模块的家庭安防报警系统，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到主人的手机屏幕上。不仅使家庭安防使用起来更及时、更方便，而且解决了传统的机械式安防系统带来的隐患。 3 第2章整体设计方案 2.1方案选择论证 安防报警系统一般是由入侵探测器、安防报警控制器和接警中心组成。 该系统设计方案有以下两种： 方案一：利用固定点电话联网安防报警系统来实现家庭安防报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。 方案二：通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制GSMModem向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了烟雾传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备4X4矩阵键盘来自己设置报警手机号码和315MHZ调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。 通过比较，方案二能更能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择方案二。 2.2主控芯片单片机的选择 20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。 尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS—51系列单片机和美国ATMEL公司的89C51单片机。 MCS—51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751。 8031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用。 8051是在8031的基础上，片内集成有4KBROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，为用户定制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。 8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。但其价格相对8031较贵。8031外扩一片4KBEPROM的就相当与8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成 4 电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。也不予采用。 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。故此设计采用AT89C51。 2.2.1AT89C51的主要性能 （1）与MCS-51单片机产品兼容 （2）4k字节在系统可编程Flash存储器 （3）1000次擦写周期 （4）全静态操作：0HZ~24HZ （5）三级程序存储器锁定 （6）32个可编程I/O口线 （7）两个16位定时器/计数器 （8）五个中断器 （9）可编程串行通道 （10）低功耗空闲和掉电模式 （11）看门狗定时器 2.2.2AT89C51 的引脚结构 AT89C51封装引脚如图2.1所示。[2] 图2.1AT89C51封装引脚 5 2.3通信模块的选择 随着微电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具已经被普遍使用，基于这一点，我设计了基于GSM短信模块的家庭安防报警系统，而由于HRHGSMModem内嵌高可靠性的GSM引擎（GSMCellularEngine）和51单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口将用户从繁杂的GSM通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRHGSMModem来进行通信。 2.3.1GSMModem的主要功能 （1）收发短信； （2）借助短信实现远程小批量数据传输； （3）语音通话（GSM电话）； （4）数传模式实现无线实时数据通信； （5）无线上网（自动应答型）。 2.3.2GSMModem的硬件接口 模块要求12V/500mA供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率9600bps，通过SIM卡座来安装SIM卡。[3] 2.4传感器的选择 要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是哪种传感器，其最终输出的都是开关量。 2.4.1红外传感器 对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点： （1）主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报； （2）由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。 2.4.2烟雾传感器 本设计选用离子式烟雾传感器，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。 2.4.3气体泄漏传感器 本设计选用电化学型气体传感器，电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。近年来，又开发了检测酸性气体 6 和毒性气体的原电池式传感器。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检 NO，测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO， CO2，O2，SO2等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被[4] 测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 2.5键盘显示模块的选择 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LCD显示，来对安防报警系统进行电话号码的预设。综合设计方案，考虑输入需要的按键数量以及成本，最终选择4X4矩阵键盘和LCD1602。 2.6存储器的选择 为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的铁电存储器，该类存储器相对于传统的EEPROM有许多优点：（1）传统的EEPROM写入次数有限，一般为10万次，而铁电存储器有着近乎无限次擦写的特性；（2）传统的EEPROM写入速度较慢，一般需要CPU延时几个NOP的时间来等待写入，而铁电存储器有着和RAM相同的操作速度；（3）EEPROM需要较大的能量来完成一次擦写，而铁电存储器在写入时属于微功耗。 同时本设计选用了FM24C16来作为非易失性数据存储器，其特点如下： （1）FM24C16A是一种串行非易失存储器，它的结构容量为512*8位，接口方式为工业标准二线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相似，与EEPROM具有相同的引脚排列，不同之处在于，FM24C16A具有非常出色的写操作性能； FRAM（2）2.FRAM内部采用读恢复机制操作。所以读写次数与每一次读写都有关系。 结构是基于行与列阵列排布，每次访问都会使一行减少一次读写寿命。铁电的擦写次数几乎可以说是无限次。即使每秒访问3000次，连续使用十年，使用寿命仍未终止。[5] 2.7时钟芯片的选择 为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。 DS12887采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路不需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。故本设计选用了DS12887实时时钟芯片。[6] 7 2.7.1DS12887功能 该模块有两个功能：一是为系统提供实时的时间日历信息；二是送出一个周期为125ms的方波作为MCUAT89S52外部中断INT0的中断源，以产生周期性中断采集数据。该模块主要由DS12887组成，具体的接口电路如图所示。DS12887是DALLAS公司生产的实时日历时钟芯片，其主要功能包括非易失性时日历时钟、报警器、可编程中断、方波发生器和114字节的非易失静态RAM。 2.7.2DS12887引脚定义 AD0-AD7：地址/数据，应接P2口。 MOT：总线类型选择，与AT89C51连接时接地。 CS：片选端，地址选通，与AT89C51连接时接ALE。 R/W：读/写控制，与AT89C51连接时接WD。 DS：数据选通，与AT89C51连接时接RD。RESET ：复位端，接+5V。IRQ：中断请求输出。 DS12887管脚如图2.5所示。 图2.5DS12887管脚 8 第3章系统硬件设计 3.1系统结构原理图 主电路采用AT89C51，由于AT89C51内含4KB容量，因此在设计中不需要外扩ROM。硬件电路主要有键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号电路等组成。 电路原理框图如图3.1所示。 电 红 外 传 感 器源燃气泄漏传 感 器烟雾传感器 M G S M 模 块CU遥控布撤防 图3.1系统总体框图 3.2电源部分 电源电路图如图3.2所示。9 D3 T1Trans1N5406D12in7805GNDout100pF C45VR11KDS1S1Bridge1100pFC3 图3.2电源电路图 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，所以一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量较少纹波,电压要恒定,且单片机复位电路要稳定、可靠,考故需要设计一个直流稳压电源给单片机供电，先经变压器转为9伏的交流电，再通过桥堆2W10对输入的9伏的交流电进行整流，然后通过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为+5伏，电源指示灯亮，说明该模块能正常工作。 3.3时钟电路 3.3.1 单片机时钟电路 单片机时钟电路如图3.5所示。 图3.5单片机时钟电路 该模块使用11.0592MHZ的晶振和两个30PF的电容来实现的，它为单片机提供工作时的时钟脉冲，没有该模块单片机将不能工作。晶振和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定、可靠的工作。 3.3.2系统的时钟电路 为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，本设计选用了DS12887实时时钟芯片。时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存字节设 10 置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD形式。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这10个字节走时1秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从C0到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置时，定闹为1小时发生一次，由于小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。 时钟芯片与单片机的连接如图3.6所示。[7] DS12887 图3.6时钟芯片与单片机的连接 DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下： （1）内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。 （2）计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。 （3）二进制数码或BCD码表示时间、日历和定闹。 （4）12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PM和AM指导，有夏令时功能。（5）MOTOROLA5和INATAEL总线时序选择。 （6）有128个RAM单元与软件音响器，其中14个作为字节时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。 （7）中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。 11 3.4信号采集电路 3.4.1红外信号检测 信号检测电路主要由红外检测探头SD02和BISS0001信号处理电路组成。信号检测电路如图所示。配以滤波镜片和阻抗匹配用场效应管组成的红外传感器，以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电信号，经BISS0001中的运放N1的前置放大、运算放大器N2的第二级放大，将直流电位抬高为内置电压Um后送到由比较器N4、N5组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Us。由于内置电压UH≈0.7UDD、UL≈0.3UDD，当UDD=5V时，可有效地抑制±1V的噪声干扰。N3作为条件比较器，当输入电压Uc小于内置电压UR(≈0.2UDD)时，N3输出为低电平封住了Us向下级递送。而当Uc>UR时，N3输出为高电平，打开与门N7，此时若有触发信号Us的上跳变前沿到来，则可启动延时定时器，同时Uo输出为高电平。比较器的域值选取很重要，域值太低易误报，太高则灵敏度低。在定时周期Tx内，BISS0001的输出端2为高电位，则晶体管VT1饱和导通，其集电极为低电位，将这一信号送到由单片机及无线发射电路组成的编码及无线发射电路，接 BISS0001到编码用的单片机的P0.0口，单片机将该探头编码后通过无线发射;在Tx结束时， [9]进入封锁周期Ti，其输出端变为低电平，晶体管截止，其集电极为高电平。BISS0001的[8] 1脚(A端)与电源相连，使信号检测电路处于重复触发。Tx定时间隔可由BISS0001的3脚和4脚上所接的电阻和电容来确定。信号检测探头仰角可在120°范围内调节，并通过改变仰角来进行实际探测距离的调节，我们可通过实际测试来调整，也可以调整信号检测电路中的可调电阻RP来调整探头的检测距离，本设计电路可探测距离为30m。 红外信号检测电路如图3.7 所示。 12 3.4.2气体、烟雾检测 在出现可燃性气体时TGS308型气体传感器的电导增加，通过电位器RP滑动点取出电压，其值从正常的3V有效值增加到20V。此升高的电压经二极管和4.7K电阻加至晶体管VT1，使之导通，VT1导通使双向晶体管2N6070A导通，使之输出一个高电平，来使单片机控制工作。在检测烟雾信号时，为了简单电路，我选用了与TGS308工作原理相近的8224烟雾传感器。同样，在8224周围气体浓度增加时，它的电导也会增加，通过这个电路也可以实现向单片机发送开关信号，来控制报警信号。 气体、烟雾检测电路如图3.8所示。图3.8气体、烟雾检测电路 3.5复位电路 复位电路如图3.9所示 RST R1 R2 图3.9复位电路 该部分电路完成AT89C51RST引脚相连，当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电复位的功能。其电阻R1为200欧姆，R2为1K欧姆，电容为22uF。 13 3.6键盘显示电路 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，本设计选择4X4矩阵键盘和LCD1602来对安防报警系统进行电话号码的预设和显示，电路如图3.10，3.11 所示。 图3.10显示电路 图3.11矩阵键盘 14 液晶显示器的作用是显示键盘按下时所代表的数字，以确保输入的预设手机号的正确。如图3.10所示电路中RV其作用为调节VEE输入引脚的电压，实现对LCD1602对比度的调节。1接地电源，2接5V工作电源，7～14数据口接单片机的P1口，LCD的数据端口的工作方式采用8数据线工作方式，P0.5、P0.6同时接LCD的RS、E端口，每次向LCD写8位数据，这样可以实现程序编写简单。 如图3.11所示，矩阵键盘由行线与列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行、列线分别列接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。无键按下时，行线处于低电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平一样为高电平。这是识别矩阵键盘按键是否被按下的关键所在。一个4x4的行列可以构成一个16按键的按键。 键盘的作用是用户向该系统输入预设发送报警信息的手机号，以及手动的布防、设防和蜂鸣报警器的停止。该键盘可以实现数字0~9的输入，撤销键的作用是对错误号码的撤销，设置号码键是向该系统输入预设的发送报警信息的手机号，布防、撤防键是进行布防和撤防。 3.7通信电路 3.7.1发射、接收电路 为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设计选用了315MHZ调幅遥控器，该遥控器具有以下优点： （1）工作在业余频段，不用花钱购买频点； （2）有效距离远，一般可达200－1000米； （3）有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的安防报警布、撤防应用。 发射、接收电路无解码电路图分别图3.12和3.13 所示。 图3.12发射电路 15 图3.13接收电路 3.7.2GSM模块与单片机的连接 HRHGSMModem内嵌高可靠性的GSM引擎（GSMCellularEngine）和51单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议[10]，与单片机通过串口连接，由于HRHGSM模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双工的工作方式，来进行通信和控制。 GSM模块与单片机的连接如图3.14 所示。 图3.13GSM模块与单片机的连接 16 第4章家庭安防报警系统的软件设计 4.1主程序 主程序流程图如4.1所示。开始 初始化 否读时钟是否等于定时时间 是 发短信：系统运行正常 读布撤防开关否 撤防 是 布防 红外传感 器开关量 是 发短信：有人 行窃否烟雾传感器开关量是发短信：屋内有火灾警情否读燃气泄漏传感器开关量是发短信：厨房有燃气泄漏否 图4.1主程序流程图 17 系统开始工作时，首先要初始化，然后读时钟是否等于定时时间。如果是则发短信给用户：系统运行正常，然后读布撤防开关；否则直接读布撤防开关。读布撤防开关，如果是开则布放，然后同时检测红外传感器、烟雾传感器和燃气泄漏传感器的开关量；否则撤防，返回读时钟是否等于定时时间，重复上述步骤。检测红外传感器、烟雾传感器和燃气泄漏传感器的开关量，如果是开则对应的发短信：有人行窃；屋内有火灾警情；厨房有燃气泄漏；否则返回读时钟是否等于定时时间，重复上述步骤。 4.2外部中断0中断服务子程序 外部中断0中断服务子程序流程图如图4.2所示。 外 部 中 断 0校时键读键值预设键校时子程序出中断预设子程序复位键复位子程序 图4.2外部中断0中断服务子程序流程图4.3通信模块的设置 HRHGSMModem内嵌高可靠性的GSM该设计选用HRHGSMModem来进行通信。 引擎（GSMCellularEngine）和51单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点 HRHGSMModem的软件协议 （1）‘A’表示ASCII字符A，00或00H表示16进制数据00。 （2）帧结构：帧头（固定为0AAH）＋指令码＋数据。 4.3.1设置短信中心号 以北京地区为例，短信中心号为：+8613681000000，应向GSMMODEM下发数据帧：AA092B38363133363831303030303030（16进制数据） GSMMODEM应答AA09“+8613681000000”，GSM如果设置成功，如果设置不成功， MODEM应答AA09‘ERROR’。短信中心号设置后，保存在SIM卡上，只需设置一次；也可以在手机上把短信中心号设置好后再装入GSMModem，以后就不用再设置。 4.3.2利用GSMMODEM向普通手机发短信 以向手机13661100000发中文信息“测试”为例： 首先计算或查表得到“测试”的UNICODE编码为：6D4B（测）8BD5（试）； 18[11]。 向GSMMODEM下发数据帧： AA0231333636313130303030306D4B8BD5 GSMMODEM可能返回于下信息： AA01‘ERROR’短信未从GSMMODEM送出，可能是未登陆网络或SIM卡故障。AA01‘OK’短信已从GSMMODEM送出，但未送达短信中心，可能是信号质量差或天线连接不好。 AA01‘SENDOK’短信已送达短信中心，并且短信中心已经下发给接收方。 AA01‘SUCCESS13661100000：0304111023123203041110231532’接收方已经收到短信（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回；GSMMODEM已设置成短信自动应答）。 AA01‘FAILURE13661100000：0304111023123203041110331532’短信中心未能将短信送达接收方或接收方已经收到短信，但其给短信中心的回应短信中心没有收到（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回）。 一般情况下，由于短信不保证实时性，所以从发送到对方接收到短信可能有5-10秒的 [12]延时，使用中建议设置短信超时定时器长度在20-30秒左右。 短信发送成功的返回信息：先返回AA01‘SENDOK’31；如果接收方手机设置了短信自动应答，则在对方收到后返回 AA01‘SUCCESS13661100000：0304111023123203041110231532’。 短信发送失败的几种可能返回信息： （1）AA01‘ERROR’ （2）AA01‘OK’ （3）AA01‘SENDOK’32 （4）AA01‘FAILURE13661100000：0304111023123203041110331532’ 4.4串口控制SMS的工作原理 单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好[13]RS232接口方式连接，。 通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机AT89C51和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过I2C总线扩展了一个E2PROM存储器芯片AT24C64，它的主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必须的。 GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储 19 后再发送给最终的信宿 息量限制为160字节。[14]。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短信的信 现在市场上大多数手机均支持GSM07.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制[15]。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制GSM模块收发SMS的目的。必须注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的ASCII码。用单片机控制GSM模块收发短信息所涉及以的AT指令如表4.1所示。 表4.1AT指令 AT+OFF 关机并重新启动 AT+CSDH=0 在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息 ATE0 关闭回显 AT+CMGF=1 选择短信格式为TEXT模式 AT+CMGS 发送短信息 AT+CMGR读取短信息 AT+CMGD=0删除全部短信息 20 结论 该设计用单片机作为控制核心，配以其它高精度进口集成器件，加上对软件的精心设计，实现了家庭安防报警。硬件设计采用Proteus软件，完成了系统的键盘接口电路、时钟电路、电源电路、发射接收电路、传感器采集信号等模块的电路原理图的设计。软件设计采用Keil开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简单、功能齐全、性价比高等特点，是一种经济、实用的家庭安防报警系统。本次设计切实考虑了家庭安防的需求，针对家庭安防的主要方面而设计的一款新型家庭安防报警系统。设计过程中充分考虑了各种可能出现意外情况，根据具体情况设计了相应的功能，如预设、校时、查询等，操作简单、方便。此系统借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，大大减少了误报现象，可靠性强。 设计是一个漫长而充满挑战的过程，在发现错误与解决错误的过程中我发现自己的能力得到了很大的提高。但是也留下了些遗憾，由于资金和本地的市场条件没有完成硬件实物的连接。 21 参考文献 [1]张毅刚等.MCS－51单片机应用设计.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社。 [2]涂时亮等.单片机软件设计艺术.重庆:科学文献出版社重庆分社。 [3]周航慈.单片应用程序设计技术.北京:北京航空航天大学出版社。 [4]李华主编.MCS－51单片机实用接口技术.北京:航空航天大学出版社。 [5]谢自美.电子线路设计（第二版）.南京:华中科技大学出版社。 [6]何立民.单片机应用技术选编.北京:航空航天大学出版社。 [7]宋文绪，杨帆主编.传感器与检测技术.北京:高等教育出版社。 [8]童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础.北京:高等教育出版社。 [9]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京:高等教育出版社。 [10]华中理工大学学教研室.模拟电子技术基础(第四版）.北京：高等教育出版社。 [11]华中理工大学学教研室.数字电子技术基础(第四版）.北京：高等教育出版社。 [12]沙占友.集成化智能传感器原理与应用.西安：电子工业出版社。 [13]黄继昌.电子元器件应用手则.重庆：人民邮电出版社。 [14]王洪建;;AT89C2051在小区防盗报警系统中的应用[A];第七届青年学术会议论文集 [15]青年学术年会论文集（上册）[C];2004年 22 附录 附录 1：硬件设计总图附录2：部分程序源代码 （1）程序初始化： ；RAM定义 BCOUNTDATA07FHTIMERDATA07EHTIMER1DATA07DHTIMER2DATA07CHHOURS HOURG MINUS MINUG SECOS SECOGDATA07BHDATA07AHDATA079HDATA078HDATA077HDATA076H23 SECODATA075HMINUDATA074HHOURDATA073HTENDATA072HFLAGDATA071HDINDATA020HDOUTDATA021HSLADATA070HSUBADATA00HACKBIT00H；I/O定义 SCLBITP0.0SDABITP0.1FIREBITP0.2THIEFBITP0.3GASBITP0.4CLKBITP1.2CSBITP1.1KEYBITP1.4MTDEQU04AHMRDEQU058HMRD1EQU063HORG0000HAJMPSTARTORG0003HAJMPINTLORG0013HAJMPINTYORG0100H START:MOVSP,#30H0中断服务子程序入口地址1中断服务子程序入口地址 24；外部中断；外部中断 MOVP1,#11110011BMOV MOV CLRSLA,#0A0HSUBA,#00HP2.1 ；串行口初始化；FM24C16器件从地址；器件子地址MOVTMOD,#20H MOVTH1,#0FDHMOVTL1,#0FDHMOVPCON,#00HMOVSCON,#40HSETBTR1 SETBIT0 SETBIT1 SETBEX0 SETBEX1 SETBPX1 SETBEA MAIN:… AJMPMAIN INTL:… RETI INTY:… RETI END （2）键盘显示子程序 INTL:MOVDOUT,#15H ACALLSEND ACALLRECV SETBCS MOVA,DIN MOVB,#10；INT0为1,边沿触发方式；INT1为1,边沿触发方式；INT1为高优先级；开总中断；主程序；外部中断0中断服务子程序；外部中断1中断服务子程序；读键盘指令；读键盘数据 25 DIVAB MOVDOUT,#10100001BACALLSEND MOVDOUT,#11001000BACALLSEND MOVDOUT,B ACALLSEND SETBCS RETI SEND:MOVBCOUNT,#8 CLRCS ACALLLDELAYSLOOP:MOVC,DOUT.7 MOVDAT,C SETBCLK MOVA,DOUT RLA MOVDOUT,A ACALLSDELAYCLRCLK ACALLSDELAY DJNZBCOUNT,SLOOPCLRDAT RET RECV:MOVBCOUNT,#8 SETBDAT ACALLLDELAYRLOOP:SETBCLK ACALLSDELAYMOVA,DIN 26 RLA MOVDIN,A MOVC,DAT MOVDIN.0,C CLRCLK ACALLSDELAY DJNZBCOUNT,RLOOP RET LDELAY:MOVTIMER,#25 DELOOP:DJNZTIMER,DELOOP RET SDELAY:MOVTIMER,#4 SHOTLOP:DJNZTIMER,SHOTLOP RET SD02:CLRP0.2 STMPP3.1 STMPP3.0 MOVA,#58H MOVX@DPTR,A INCDPTR MOVA,#00H MOVX@DPTR,A MOVA,P0.2 JNZF1 AJMPSD02 TGS:CLRP0.3 STMPP3.1 STMPP3.0 MOVA,#59H 27（3）报警应用子程序 MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#00H MOVX@DPTR,AMOVA,P0.3JNZF1AJMPTGSFIRE:CLRP0.4 STMPP3.1STMPP3.0MOVA,#5AH MOVX@DPTR,AINCDPTRMOVA,#00H MOVX@DPTR,AMOVA,P0.4JNZF1AJMPFIREF1:CLRP3.0 CLRP3.1RET 28