基于单片机的家庭防盗报警系统毕业设计说明书.docx

1、基于单片机的家庭防盗报警系统毕业设计说明书毕业设计说明书基于单片机的家庭防盗报警系统设计基于单片机的家庭防盗报警系统设计摘 要：以STC89C52单片机为控制核心的家庭防盗报警系统进行了设计。实时监控家庭的安全情况，监控过程实现了智能化，并且GSM模块可以远程地向家庭户主发送警情通知。当家里没有人的时候，有盗贼入侵时，声光报警电路就会进行声光报警，蜂鸣器开始鸣叫，LED报警指示灯闪烁。根据家庭防盗报警系统需要实现的的主要功能，提出了设计方案并进行了论证，选择了最优方案进行系统的设计。总体设计包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件部分包括单片机最小系统、GSM短信发送模块、热释电人体感应模块、声光

2、报警模块、按键输入模块、LED指示灯模块、电源模块七个部分。单片机选用宏晶STC公司的STC89C52；用热释电人体感应模块检测盗贼的入侵信号，并把此信号发送给单片机；接着单片机再驱动GSM模块向家庭户主发送警情通知消息；并且采用LED指示灯和蜂鸣器对盗窃情况报警。软件采用了模块化的设计方法，主要分为主程序、中断子程序、按键扫描子程序、短信发送子程序、计时子程序五部分。对系统进行软硬件联调，设计可满足用户对家庭防盗的基本要求。关键词：单片机；GSM；声光报警；感应The Design of the Home Alarm System Based on MCUAbstract:The desig

3、n of the home security alarm system is based on STC89C52 MCU. It can achieve the goal of real-time monitoring of the home security situation, the monitoring process is very intelligent. At the same time, the GSM module can send alarm information to the house owners remotely. When there is no one in

4、the house, and there are thieves breaking in, the sound and light alarm circuit is going to work, and the buzzer begins to tweet, the LED alarm lights flash meanwhile. According to the main functions of the household burglar alarm system, I come up with the design scheme, and choose the best scheme

5、to design the system. The general design includes two parts: hardware design and software design. The hardware includes seven parts: the MCU minimum system, the GSM text sending module, the heat release human induction module, sound and light alarm module, keys input module, LED indicator module, po

6、wer module. The MCU is STC89C52, which is produced by Macro Crystal STC Company. The system detects the intrusion signals of thieves by heat release induction module and send the signal to MCU. Then the MCU drives the GSM module to send the alarm information to the house owners. And the LED indicato

7、r can show the information on the screen, the buzzer works to response the alarm. The software takes the method of the modular design, the main parts of the software design includes five items: the main subroutine, the interrupt subroutine, the key scanning subroutine, the message sending subroutine

8、, the timing subroutine. The system can satisfy the basic requirements of the house owners on the home security alarm by the hardware and the software working together.Key Words: MCU; GSM; sound and light alarm; induction2设计方案论证 32.1 总体设计 33系统硬件电路设计 53.1 单片机功能及引脚说明 53.1.1 STC89C52单片机的功能说明 53.2 单片机最小

9、系统电路设计 63.3 电源模块电路设计 73.6 声光报警模块电路设计 94 系统软件设计 124.1 主程序设计 124.2 子程序设计 124.2.1 中断子程序设计 124.2.3 GSM子程序设计 144.2.4 计时子程序设计 155系统调试 165.1 硬件调试 165.2 软件调试 165.3 调试结果 166结束语 20参考文献 21致 谢 22附 录 23 附录1硬件电路原理图 24 附录2 PCB图 25 附录3程序清单 26 附录4元件清单 33基于单片机的家庭防盗报警系统设计1概述1.1课题研究背景与意义自从第一次工业革命以来，直到今天，科技的发展已经有200多年的历

10、史了。它使我们生活的世界发生了惊天动地的变化：社会进步了、经济发展了、生活条件改善了，但是历来世界上的很多事物都是既有利也有弊的。因此，随之而来的许多问题就自然而然的出现了。其中，家庭盗窃就是一个很严重的社会现实问题。我们可以从一些网络媒体或者传统媒介或者其他途径发现，现在的一些盗贼他们使用高科技手段进行作案，为了达到自己的利益而不择手段。所以，必须设计出防盗性能更优、智能化程度更深、科技含量更高、探测灵敏度更强的防盗报警器。这些防盗报警器有着极其广泛的市场，可以满足很多不同层次家庭的需要。传统的安全防盗设备随着社会的不断发展而逐渐落伍，它们逐步被智能化、简单化、美观化的现代安防设备所代替。以

11、前每个家庭里基本都会在窗户上安装金属防盗网格，但是这些网格造价成本高、外形不美观、防盗性能差，且安装的时候还要请专业的安装人员。只要盗贼成功地破窗而入，那么就可以肆无忌惮的行窃。还有就是当家庭发送一些紧急情况，比如发生火灾的时候，这些金属制成的网格对逃生也造成了很大的不便。为了能够避免这些金属防盗网格的不足、达到现代家庭用户对居家防盗的要求，设计了基于单片机的防盗报警器。它的价廉、操作简单、性能优良、安装方便，可以被大多数的家庭接受。当有盗贼进入家庭防盗报警系统的探测区时，硬件电路上的热释电人体感应模块就会感应到盗贼的入侵信号，然后系统就会执行报警，并且通过GSM模块及时的将入侵短信发送给家庭

12、户主，这时户主看到短信以后，就可以及时的采取一些弥补措施，使家庭遭受的损失减至最小，甚至不遭受损失。1.2课题设计内容与要求 通过单片机最小系统、电源模块、按键输入模块、热释电人体感应模块、GSM短信发送模块、声光报警模块、LED指示灯模块等硬件设计和软件设计的结合，实现系统的工作过程。要求当家里面没有人时，通过按键的操作将系统的状态设置成为布防状态，并且由相应的指示灯显示此种状态。当有盗贼进入时候，系统可以检测到盗贼的入侵信号，由单片机驱动GSM模块向家庭户主发送入侵的短信。然后单片机再驱动声光报警电路执行报警工作，这时盗贼听到蜂鸣器的报警声音以后，就会开始出现一种恐慌或者胆怯的心理，可以起

13、到对盗贼一定的干扰、震慑作用。当家人回到家的时候，可以通过按键的操作将布防状态切换为撤防状态。如果家里只有小孩或者老人的时候，当遇到有盗贼入侵时，这时可以通过紧急报警按键向家庭户主发送短信。这样家庭户主就会在第一时间知道家里的小孩或者老人遇到了紧急情况，从而采取相应的紧急措施。1.3课题技术路线 a.明确本次毕业设计的要求，了解家庭防盗报警系统的发展与现状，分析怎样实现整个防盗报警系统的工作过程，再制定一些系统的设计方案，并选出最优方案进行设计； b.查阅并掌握STC89C52单片机、热释电人体感应模块、GSM模块等一些元器件的相关资料，并且重温C语言知识，进行系统的总体设计； c.了解了硬件

14、部分的所有元器件以后，开始进行电路原理图的绘制，然后根据原理图将对应的元器件进行焊接，设计出实物； d.通过C语言知识，设计出系统的主程序及各个模块的子程序，并且绘制出相应的软件流程图； e.对系统的硬件、软件进行联调，发现其中存在的不足，并及时进行修改。1.4课题预期效果 当用户的家里面没有人时，将系统的工作状态设置为布防。这时当有盗贼进入到入侵感应区时，系统会向家庭户主发送短信，并且报警，每次报警持续5S。同时计时器开始计时，如果在1Min内，探测区多次探测到盗贼的入侵信号，系统只会进行声光报警而不会每一次都向户主发送短信，这样做的目的是为了节约防盗成本。当1Min结束后，系统会自动的循环

15、进入布防状态，然后再感应到有盗贼入侵时，再次向户主发送短信并且开始声光报警，就这样一直循环执行。当家人到家里时，系统便无须进行工作，此时将状态设置为撤防状态或者通过电源将系统断电。如果家里只有小孩或者老人的时候，当有盗贼入侵时，按下紧急报警按键，向家庭户主发送短信。2设计方案论证2.1 总体设计 一般的防盗系统主要由入侵感应、声光报警、警情通知这几部分组成。系统的总体设计框图如图2-1所示，包括单片机最小系统、GSM模块、感应模块、声光报警模块、按键模块、电源模块、LED指示灯模块这七个部分。图2-1 总体设计框图 在对系统进行总体设计的过程当中，单片机起到了非常重要的作用。STC89C52是

16、宏晶STC公司推出的一款高性能、低功耗的微控制器。它使用了非常典型的MCS-51内核，但是在此基础上，又做了很大程度的改进，使它具备了一些老式51单片机所没有配备的功能。与STC89C51相比，它多了4k的程序存储空间。电源模块通过DC接口对系统供电，电压值为5V。按键模块对系统的工作状态进行控制，K1、K2、K3三个按键表示的工作状态分别为布防、撤防、紧急报警。感应模块用来检测盗贼的红外光谱信号。声光报警模块用来对盗贼的入侵进行报警，由蜂鸣器、三极管、电阻、LED指示灯（红色）构成。GSM模块用来向家庭户主发送盗贼入侵警情短信。LED指示灯模块由绿色、黄色指示灯，2.2K欧姆电阻、220欧姆

17、电阻构成。2.2模块选择2.2.1感应模块选择防盗系统中的入侵感应模块种类极为繁多，目前在市场上售卖着各种各样的感应器，有声音感应式、震动感应式、热释电人体感应式等。以下主要阐述了一些不同类型、不同工作原理的感应器。 a.声音感应模块声音感应模块是一种用来感应环境中声音强度的感应模块，它只能感应环境中是否有声音的存在，并不能确定声音的大小以及声音的频率。而盗贼在住户的家庭里进行盗窃时，一般情况下不可能发出声音。就算有声音发出，它的大小以及频率都不能确定，这样感应模块就很容易出现误测或者不测的情况。 b.震动感应模块震动感应模块是用来感应震动的模块，当模块感应到震动时，震动开关就会瞬间导通，其输

18、出端会输出一个低电平；当感应不到信号时，开关处于断开的状态。如果模块感应到的震动大小不合适，那么就不会使震动开关导通，模块将不会感应到盗贼已经入侵的信号。这样模块同样会出现误测或者不测的情况。 c.热释电人体感应模块 热释电人体感应模块是一种用来感应人体红外光谱的模块。它的灵敏度极高、可靠性极高、感应的范围极大，价格也比较低廉，并且还可以在极低的电压下工作。探头采用长方形的双元探头，由德国原装进口，其双元位于长方形较长方向的两端。从以上的三种感应模块可以看出，应该选择热释电人体感应模块来作为入侵感应器，因为它的优点极其显著，并且应用特别广泛。在校园的教室里、办公室里等一些场所，我们都可以清楚的

19、看见被安装在风扇以及照明灯具上的热释电人体感应模块。在安装热释电人体感应模块时，应根据家庭房屋的建造结构，尽量使盗贼有可能移动的方向与双元探头的双元方向平行。2.2.2 GSM模块选择GSM模块用来向家庭户主发送短信，因此对它的要求不高，只要可以向家庭户主发送短信即可。下面就目前市面上流行的几种GSM模块作一个简单的阐述。 a.TC35I 模块 TC35I 模块是德国西门子公司生产的一款双频900/1800MHz高度集成的GSM模块，在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域都发挥了重要的作用。但是它最大的缺点就是在Text模式下不能收发中文短信，并且价格较高，在市场上的占有率也不高。 b.

20、SIM900A 模块SIM900A模块是由SIMCom推出的一种新款紧凑型产品.。采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。由于其拥有性能稳定、外观精美、价格合理这些优点，因此可以满足很不同层次顾客的购买需求。对比以上两种模块，可以很清楚的看到SIM900A的优点，它的性价比极高，适用人群更广，因此选择SIM900A模块作为GSM模块。3系统硬件电路设计3.1 单片机功能及引脚说明3.1.1 STC89C52单片机的功能说明 a.与MCS-51兼容 b.8KB的程序存储空间 c.全静态工作：0Hz-

21、40MHz d.具有EEPROM功能 e.512字节RAM f.32位可编程I/O线 g.6个外部中断 h.采用单一+5V电源供电 i.可直接使用串口下载3.1.2 STC89C52单片机的引脚说明STC89C52单片机引脚如图3-1所示，它有40个引脚。图3-1 STC89C52单片机引脚 这40个引脚按它们所具备用途的不同主要可以分成电源引脚、控制引脚、I/O引脚与外接晶体引脚这四类。下面就对硬件电路设计过程中所需要用到的引脚分别做一些简单的介绍。如下所述： a.主电源引脚VCC（40脚）与GND（20脚）两条引脚分别接电源的正极端、地端。由于单片机类型很多，因此对电压数值的要求也各不一致

22、，一般情况下，选择+5V的较多。b.外接晶体引脚XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）两条引脚分别为片内振荡电路的输入端、输出端。c.I/O引脚输入、输出引脚可以分为P0、P1、P2、P3口四组，每组都由8条引脚。A.P0口（39脚32脚） 分别为P0.0P0.7，其中P0.0为最低位，P0.7为最高位。当80C51不带片外存储器时，引脚作为输入/输出口使用；当它带片外存储器时，引脚在CPU访问片外存储器时，先传送存储器的低8位地址，然后再传送CPU对片外存储器的读/写数据。 B.P2口（21脚28脚） 分别为P2.0P2.7，它的8个引脚也有两种不同的功能。当接有片外存储器或是扩展输入/

23、输出接口时，引脚作为高8位地址总线；当引脚作为准双向输入/输出接口时，每一位可以独立控制。 C.P3口（10脚17脚） 分别为P3.0P3.7，每一条引脚除了能够作为准双向输入/输出接口、独立控制以外，还有第二功能。如表3-1所示。表3-1 P3口引脚的第二功能 d.控制引脚 控制引脚共有4条，除了提供控制信号以外，有的还具有复用功能。 A.RST(Reset，9脚) 复位信号输入端。在引脚加上持续时间大于2个机器周期的高电平时，就可以完成单片机的复位。 B.Vpp（Voltage Pulse of Programing，31脚）在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化程序时，用于施加

24、较高的编程电压，如+12V或+21V。对于89C51，则加在此引脚上的编程电压为+5V或+12V。3.2 单片机最小系统电路设计 单片机最小系统：就是指在一般情况下可以使单片机正常工作的、由最少器件构成的一种系统，在整个设计中起到了不可或缺的重要作用。如图3-2所示，它的设计由两部分组成，分别是复位电路设计、时钟电路设计。图3-2 单片机最小系统电路3.2.1复位电路设计 单片机在每一次开始工作时，为了能够使系统正常稳定，必须通过复位按键来进行复位。当出现操作不当的情况或者程序的运行出现错误时，就会导致单片机进入一种死锁状态，此时就应该通过复位按键的功能对单片机进行重新启动。 STC89C52

25、单片机的复位有两种方式：上电复位、手动复位。设计选择了手动复位方式。由于晶振选择了值为11.0592MHz的晶振，它的两个机器周期的时间为2.17us，因此R、C的乘积应不小于2.17us。在复位电路的设计里，R的值为10K，C的值为10uF，它们的乘积大于2.17us，可以满足设计的条件。3.2.2时钟电路设计 时钟电路的作用是能够产生单片机工作时所需的信号，它是单片机内部各种操作所遵从的时间规范。对于很多类型的单片机来说，其产生时钟信号的方式通常有两种：内部振荡方式与外部振荡方式。在系统设计中，时钟信号的产生选择了内部振荡方式。 STC89C52单片机的内部自带一个高增益反相放大器，其引脚

26、XTAL1、XTAL2分别是该高增益反相放大器的输入端和输出端。作为反馈元件的11.0592MHz的晶振与高增益放大器构成自激振荡器。晶振与两个瓷片电容接在高增益放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。瓷片电容容量数值的选择至关重要，它对振荡回路的稳定、振荡频率的大小以及起振的难易程度均起作用。3.3电源模块电路设计 电源模块电路设计如图3-3所示，电路是由自锁开关、DC插座、单片机组成的。用USB电源线为整个硬件电路进行供电。自锁开关的一端与DC插座相连，另一端与与单片机的VCC脚相连。图3-3 电源模块电路3.4 按键模块电路设计 按键输入模块电路设计如图3-4所示，在电路中，K1、K2、K3

27、按键的作用分别是布防、撤防、紧急报警。按键K1、K2、K3的一端分别与单片机的P3.2脚、P3.3脚、P3.4脚相连。按键K1、K2、K3的另一端均接地。当按下按键时，单片机的引脚就会马上变为低电平，其内部的程序检测到这个低电平以后，就会相应地执行每个按键的作用。图3-4按键输入模块电路3.5 感应模块电路设计 感应模块电路设计如图3-5所示，模块中有三个端口，其中VCC端接电源，GND端接地。当热释电人体感应模块的的双元探头探测到人体辐射出的红外光谱时，其OUT端将输出高电平，三极管导通，然后三极管会输出一个低电平。当单片机的P2.4脚检测到这个低电平以后，执行相应的控制程序。图3-5 热释

28、电人体感应模块电路 在此电路模块中，2.2K的电阻对9013三极管的基极将会起到一种限流的作用；10K的电阻作为上拉电阻，当热释电人体感应模块检测不到有盗贼入侵的信号时，让RSD可以处于一个高电平的状态。9013三极管可以充当“开关”来使用，它的优点是执行开或者关工作的速度极快，远远快于机械式的开关。当处于饱和或者是导通状态时，其CE极间的电压很小，比PN结的导通电压还要低，则CE极间相当于短路，也就是起到了开关的开的作用；当处于截止状态时，其CE极间的电流极小，相当于开关的关的作用。3.6 声光报警模块电路设计 声光报警模块电路设计如图3-6所示，在电路中，单片机的P0.4脚与2.2K电阻的

29、一端相连，加上蜂鸣器、三极管、电阻、红色LED指示灯构成了系统的声光报警电路。图3-6 声光报警模块电路 三极管9012作为开关使用，是PNP型。2.2K欧姆的电阻同样也起到了对9012基极限流的作用。当单片机的P0.4脚输出一个低电平时，三极管就会导通。电流从电源，经蜂鸣器、三极管，再回到地，构成了完整的回路，使得蜂鸣器开始鸣叫。在电路中，蜂鸣器与红色的LED指示灯并联，当蜂鸣器工作的时候，红色的LED指示灯也被点亮。在此电路模块中串联了一个阻值大小为2.2K欧姆的电阻的作用是：当外部电源对系统提供5V的电压时，由于红色的LED指示灯工作时，仅需要3V的电压，所以电阻可以起到分压的作用。3.

30、7 GSM模块电路设计 GSM模块电路设计如图3-7所示，主要应用了它的VCC、TX、RX、GND四个端口。其中TX、RX端口分别与单片机的P3.0(RXD)、P3.1(TXD)两个引脚相连。 图3-7 GSM模块电路 因为GSM模块的工作电压是4.2V，而供电电源的电压是5V，所以要在电路中串联一个1N4007二极管。它起到了管压降的作用。而25V 470uF的电容，在电路的设计中可以起到滤波的作用。因为电容两端的电压不会发生突变，所以它可以抑制电压的波动，使得电路中的电压更加平稳光滑。3.8 LED指示灯模块电路设计 LED指示灯模块电路设计如图3-8所示，模块由绿色、 黄色指示灯、2.2

31、K欧姆电阻、220欧姆电阻构成。图3-8 LED指示灯模块电路 在电路中，2.2K欧姆电阻、220欧姆电阻的一端分别与单片机的P2.0脚、P2.3脚连接。电源接LED指示灯的正极。当单片机的P2.0脚、P2.3脚输出低电平时， 电路中的绿色、黄色指示灯均被点亮。串联在电路中的2.2K欧姆电阻、220欧姆电阻均起了分压的作用。由于绿色指示灯的驱动电流要比黄色指示灯的驱动电流大，所以串联在它上面的电阻要小一些。4 系统软件设计4.1主程序设计 主程序设计流程如图4-1所示，当程序开始运行时，先进行系统的初始化，然后再调用中断函数，当进入While循环时，程序执行按键扫描、短信发送的工作。图4-1

32、主程序设计流程图4.2子程序设计4.2.1 中断子程序设计 中断子程序设计流程如图4-2所示，先设置定时器T1的工作方式，再设置定时器的计数初值，然后启动定时器。接着设置串口的工作模式，并允许串口接收数据，开启中断。在设置计数器初值时，需要用到波特率的计算公式：，其中波特率设为9600，晶振频率为11.0592MHz，可算出计数初值为253，转换成十六进制表示为FDH。图4-2 中断子程序设计流程图4.2.2按键扫描子程序设计 按键扫描子程序设计流程如图4-3所示，当按下K1布防按键时，布防指示灯开始闪烁，并且计时。当计时达20S时，布防指示灯长亮，此时系统处于布防状态，可以用于检测是否有盗贼进入；当把K2撤防按键按下的时候，蜂鸣器关闭，所有的变量清零，显示布防状