基于GSM技术远程报警系统的设计.docx
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基于GSM技术远程报警系统的设计
华侨大学厦门工学院
本科生毕业设计（论文）
题目：
基于GSM技术远程报警系统的设计
姓名：
张某
学号：
36
系别：
电子信息工程
专业：
通信技术
年级：
10级
指导教师：
陈某
2014年04月24日
独创性声明
本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。
文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。
特此声明。
论文作者签名：
日期：
关于论文使用授权的说明
本人完全了解华侨大学厦门工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：
学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。
保密的论文在解密后应遵守此规定。
论文作者签名：
指导教师签名：
日期：
基于GSM技术远程报警系统的设计
摘要
随着经济的发展和社会的进步，人们生活水平和物质财富的提高，人们的防盗意识也有了相应的提升。
传统的防盗系统已经跟不上快速发展的社会步伐，结合世界上应用广泛的全球移动通讯系统即GSM（GlobalSystemforMobileCommunications），设计出来一款远程报警系统提上了日程。
本设计主要由STC89C52RC单片机和GSMMODEM组成，通过红外热释的监控，借助最可靠、最成熟的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用户的手机屏幕上，一改传统的有线方式，使整个安防系统更加完善、更加现代化。
设计中介绍了单片机、GSM、传感器的基础知识，同时设计出了相关的各部分电路原理图以及软件流程，软、硬件相结合，详细介绍了整个系统。
关键词：
单片机，GSM模块，传感器
DesignGSMRemoteAlarmSystemBasedonTechnology
Abstract
Withtheadvancementofeconomicandsocialdevelopment,people'slivingstandardsandimprovingmaterialwealth,people'sawarenessofsecurityhasalsobeenacorrespondingincrease.Thetraditionalsocialsecuritysystemshavebeenbehindtherapidpaceofdevelopment,combinedwiththeworld'swidelyusedglobalsystemformobilecommunicationsystemthatisGSM（GlobalSystemforMobileCommunications）,designedaremotealarmsystemputontheagenda.
Thispaperwillpresenttheapplicationtothesecuritysystem,primarilybythedesignofMCUandGSMMODEMSTC89C52RCcomposedbypyroelectricinfraredsurveillance,withthemostreliable,matureGSMmobilenetworkinthemostintuitiveChineseshortmessagedirectlytothealarmlocationthesituationreflectedintheuser'sphonescreen,achangeinthetraditionalwired,sothatthewholesecuritysystembetterandmoremodern.
DesignintroducesthebasicsofMCU,GSM,sensors,whilethedesignoftherelevantpartsofthecircuitdiagramandsoftwareprocesses,softwareandhardwarecombination,detailingtheentiresystem.
KeyWords:
SCM,GSMModules,Sensors
第1章绪论
研究的背景
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，人们对安全的认知程度也有很大的提升。
近年来，家庭住宅的安全已经成为众人关注的焦点之一，对防盗措施提出了新的要求。
目前，传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如：
为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。
本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于GSM技术远程报警系统。
从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。
在北美，报警呼救箱放在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。
随后，由于进步的通信技术，电报公司提供远程通信服务加入到该行业之中，为了让警报可以通达到足够遥远的位置；不过，这种电报方式肯定不容易遍及，不久之后的电话毫无悬念地变成了报警通讯的重要方式。
在此后出现的自动拨号系统以及电话普及到千家万户，更使通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展[1]。
从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的。
只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。
国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，能明确的发现全球智能监控技术的进步。
有着如下一些特征，可以让我们参考。
近些年，对北美的安防产业来说，最好的管理方法就是联网报警服务模式，这个模式使得全北美的安全防卫产业从纵向到横向开始串并整合，组成了由高科技手段和产业化管理水平一体化综合性产业。
就像全球排名第一，北美最大的安防跨国公司--美国棋诺亚公司，它在20世纪初开始从事简易的报警防盗，它那时的产业领域和科技能力跟国内目前许多安防企业是一样的。
直至70年代，其对它产业的整体发展开展了巨大的改变，成为了联网报警服务商，成立了第一家网络管理中心，尤其是在90年代运用了大量的网络管理技术、系统集成技术和电子技术，现在己经变成非常先进的联网报警服务平台，它在加拿大、英国、美国、台湾、香港等许多国家和地区都有分公司，北美的客户数已超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元[2]。
研究的意义
伴随着社会的进步，人员流动性和农村城镇化的增大，社会安全状况更加的复杂，所以社会的最基本单元安全防范问题就显得尤为重要。
传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际应用中暴露出一些十分明显的问题，如：
影响市容整洁，影响楼房美观；给犯罪分子提供了便利的翻越条件，影响火灾救援通道等。
于是作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生。
而且，为了更深的规范住宅小区智能化建设，建设部按照其要求智能小区一定需要有信息管理。
物业管理、信息网络和安全防范等系统。
目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有以太网、集成系统、固定电话拨号等等。
但它们有各自的不足[1]：
1 固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。
2 集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。
3 以太网同样面临着线路被切断的隐患。
针对以上通信方式的优、缺点，基于GSM技术远程报警系统的设计。
这个系统可以处理上述问题，让居家防盗更加迅捷，它不在依赖有限电话执行报警，运用更加便捷。
将GSM与家庭住宅安全系统相结合，设计一种可靠的、实时的、适用于大众的基于GSM技术远程报警系统的设计系统，既能改进传统的安防系统，又能解决没有安防系统的用户的燃眉之急。
设计任务分析
本篇论文GSM技术远程报警系统的设计的研制：
（1）对系统进行整体规划和结构设计。
（2）以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，使其功能更加完善。
系统硬件电路主要分为红外热释信息采集、声音报警电路、状态指示灯电路、按键模式切换电路，GSM短信模块。
（3）系统的软件编制。
按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、红外热释信号采集子程序、报警子程序、短信发送子程序。
在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护。
（4）硬件电路和软件的综合调试。
第2章总体方案设计
系统总体设计
GSM技术远程报警系统是能够检测住宅安全，并具有发送短信的功能。
当主人不在家时，切换到检测模式，红外热释传感器检测到人，通过蜂鸣器报警，并且通过GSM模块发送短信给用户；当主人在家时，通过按键切换到非检测模式，系统不检测，不报警，不发送短信。
最基本组成部分应包括：
信号采集电路、单片机控制电路、报警电路、GSM模块和按键模式切换电路等部分组成。
GSM技术远程报警系统以STC89C52单片机为控制核心，选用红外热释传感器采集检测信息，配合GSM外围电路构成远程报警系统。
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：
红外热释检测部分、STC89C52单片机主控部分、报警部分，GSM模块四大部分。
系统总框图如图2-1所示：
图2-1系统框图
处理器采用51系列单片机STC89C52，整个系统是在系统软件控制下工作的。
通过红外热释传感器采集信号，输送给单片机。
在单片机内，经软件查询、识别判决等环节发送出短信，驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。
红外热释传感器选型
红外传感器采集信号，是本设计的关键部分之一，红外线传感器依动作可分为两类：
一是将红外线一部分变换为热能，借热取出电阻值变化及电动势等输出信号的热型；二是利用半导体迁徙现象吸收能量差的光电效果及利用因PN接合的光电动势效果的量子型。
热型的现象俗称为焦热效应，其中最具代表性的有测辐射热器（ThermalBolometer），热电堆（Thermopile）及热电（Pyroelectric）元件。
热型也叫热释电红外线传感器，在此仅就热电型红外线传感器加以说明。
此传感器是利用远红外线范围的感度做为人体检出之用。
红外线的波长比可见光长，比电波短。
很多人觉得只有热的物体会放射出红外线，可事实上并非如此，凡是存在于自然界的物体，如人类、火、冰等等全部都会射出红外线，只是其波长因其物体的温度而有差异而已[10]。
例如人体的体温约为36-37℃，所放射出峰值为9-10微米的远红外线；加热至400-700℃的物体，可放射出峰值为3-5微米的中间红外线。
人体检知方法如图2-2所示。
图2-2人体检知示意图
红外热释传感器的发展
红外热释传感器是一种能够准确地检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。
早在1938年，就有人提出运用热释电效应探测红外辐射，直到六十年代，随着激红外技术的快速提升，才再次推动了对热释电晶体的应用。
热释电晶体已经普遍用于红外遥感、热辐射探测器和红外光谱仪，它可成为红外激光的一种比较优质的探测器。
不仅在我们耳熟能详的防盗报警，楼道自动开关上得以使用外，在更多的领域也有很广泛的前景。
HC-SR501人体红外感应模块的简介
HC-SR501采用德国原装进口LHI778探头设计，是基于红外线技术的自动控制模块，，可靠性强，灵敏度高，超低电压工作模式，在各种类型的自动感应电器设备中运用十分广泛，尤其是干电池供电的自动控制产品。
主要性能参数如下：
HC-SR501 普通型 人体红外感应模块 热释电红外传感器 提供电子资料
技术参数：
1 工作电压：
DC5V至20V
2 2.静态功耗：
65微安
3 电平输出：
高，低0V
4 延时时间：
可调秒~18秒）
5 封锁时间：
秒
6 触发方式：
L不可重复，H可重复，默认值为H
7 感应范围：
小于120度锥角，7米以内
8 工作温度：
-15~+70度
9 PCB外形尺寸：
32*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm，感应透镜尺寸：
（直径）：
23mm（默认）
单片机的选型
单片机是烟雾自动报警系统的心脏，用来接收火灾信号并启动报警装置显示和执行相应的报警。
在单片机实现的控制功能中，需要单片机有较快的运算速度，使检测人员和用户在报警器系统正常工作时能够及时地观测到实时的烟雾浓度等级，并进行相应处理。
同时，在能够满足报警器系统设计的计算速度及接口功能要求的同类型单片机中，要考虑选择价格低廉且体积轻巧的机型，在保证了报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够不提高成本，缩小体积。
51系列单片机的优点是价钱便宜,I/O口多,程序空间大。
因此，测控系统中，使用51系列单片机是最理想的选择，因此设计采用STC89C52。
STC89C52单片机简介
STC89C52是高性能，低功耗的CMOS8位微控制器，提供8K可编程Flash存储器。
使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在线可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
STC89C52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。
单片机的引脚功能描述
下面对STC89C52各引脚的功能进行较为详细的介绍：
1）电源引脚Vcc和Vss
Vcc（40脚）：
电源端为+5VVss（20脚）：
接地端。
2）时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL2（18脚）：
接微调电容和外部晶体的一端。
在单片机内部它是振荡电路反向放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。
如果需要采用外部时针电路时，该引脚输入外时钟脉冲。
要检查STC89C52的振荡电路工作是否正常时，可以使用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。
XTAL1（19脚）：
接微调电容和外部晶体的另外一端。
在片内，它是振荡电路反向放大器的输入端。
在使用外部时钟的时候，该引脚必须接地。
3）控制信号脚RSTALEPSEN和EA。
RST（9脚）：
RST高电平有效，是复位信号输入端。
在此输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。
ALE/PROG（30引脚）：
地址锁存允许信号端。
当STC89C52上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号。
此频率为振荡器频率fosc的1/6，当CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。
在CPU访问片外数据存储时，每取值一次（一个机器周期）会丢失一个脉冲。
平时不访问片外存储时，ALE端也以1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。
如果你想看一下STC89C52芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有脉冲信号输出，则STC89C52基本上是好的。
ALE的负载驱动能力为8个LS型TTL（低功耗高速TTL）。
PSEN（29脚）；程序存储允许输出信号引脚，在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。
此引脚接ERROM的OE端。
PSEN端有效，即允许读出ERROM/ROM中的指令码。
CPU在从外部ERROM/ROM取指令期间，每个周期PSEN两次有效。
不过，在访问片外RAM时，要少产生两次PSEN负脉冲信号。
要检查一个AT89C52小系统上电后CPU能否正常到ERROM/ROM中读取指令码，也可用于示波器看PSEN端有无脉冲输出。
如有，说明基本上工作正常。
EA/VPP（31脚）：
外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
在EA引脚接如高电平的时候，CPU只访问片内ERROM/ROM并且开始执行内部程序存储器中的指令。
但在PC的值超过OFFFH（对8751/8051为4k）时，将自动转向执行外部储存器的程序。
当出入信号EA引脚接入低电平（接地）的时候，CPU只访问外部ERROM/ROM并执行外部程序存储器中的指令，但是不论有没有片内程序存储器。
无芯片内的ROM的8031或8032，须外扩ERROM，这个时候需要将EA引脚接地。
如果使用有片内ROM的STC89C52，外扩ERROM也是可以的，但也要使EA接地。
4）I/O（输入/输出端口，P0，P1，P2，P3）
P0口：
P0口是一个漏极开路的8位准双向I/O端口。
P1口：
8位准双向I/O端口。
P2口：
即可以做地址总线输出地址高8位，也可以做普通I/O用，（此时为准双向口）。
P3口：
双功能口，即可以做普通I/O口用（此时为准向口，也可以按每位定义实现第二功能操作）。
见表2-1。
表2-1P3口的第二功能表
引脚
第二功能
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
INT0（外部中断0）
INT1（外部中断1）
T0（定时器0外部中断）
T1（定时器1外部中断）
WR（外部存储器写选通）
RD（外部存储器读写通）
GSM模块的选型
GSM模块主要完成短信的发送，是本系统设计中的关键部分之一，需要性能稳定，工作可靠，本设计选择性价比比较高的西门子公司的TC35模块，西门子公司的TC35是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块。
在GSM网络日臻完善的今天，TC35秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。
在远程监控和无线公话以及无线POS终端等领域您都能看到TC35无线模块在发挥作用，产品质量和性能的可靠，工作性能参数如下：
1 信息传送内容：
语音和数据
2 电源：
单电源～
3 频段：
双频GSM900MHz和DCS1800MHz（Phase2+）
4 发射功率：
2W（GSM900MHzClass4）1W（DCS1800MHzClass1）
5 SIM卡连接方式：
外接
6 天线：
由天线连接器连接外部天线
7 温度范围
8 工作温度：
-20°Cto+55°C
9 储存温度：
-30°Cto+85°C
10 工作电流损耗
通话模式:
300mA（典型值.）。
空闲模式:
（最大值）。
省电模式:
100μA（最大值）。
11 语音解码标准。
12 三种速率：
半速（ETS全速（ETS增强型全速（ETS。
13 短信息：
MT,MO,CB和PDU模式。
14 外型尺寸：
x36x。
15 音频接口：
模拟信号（麦克风，耳麦，免提手柄）。
16 通讯接口：
RS232（指令和数据的双向传送）。
17 SIM卡操作电压：
3V/。
18 电话薄功能：
存储于SIM卡中。
19 模块复位：
采用AT指令或掉电复位。
20 串口通讯波特率：
300bps...115kbps。
21 自动波特率范围；...115kbps。
22 软件下载功能：
通过RS232或SIM接口。
23 实时时钟：
可实现（时钟频率）。
24 定时器功能：
可用AT命令编程。
第3章硬件电路设计
本设计中硬件主要包括单片机最小系统，红外热释采集电路，报警电路，供电电路模块组成。
单片机最小系统
单片机最小系统如图3-1所示。
图3-1单片机最小系统
单片机最小系统主要有三部分，包括单片机、复位电路、时钟电路。
STC89C52单片机的工作电压范围：
5V左右,在本设计中给单片机外界5V直流电源。
5v的直流电源直接连接单片机的VCC，20脚GND接电源地端[3]。
红外热释检测电路
红外热释传感器采用HC-SR501，供电电压为5v，电路图如图3-2所示。
图3-2红外热释检测电路
报警电路
通过三极管基极串连一个电阻与单片机端口连接从而达到控制蜂鸣器是否报警。
图3-3报警电路
GSM模块和单片机连接电路
单片机STC89C52和TC35模块通过串口连接，只需单片机的RXD和TXD引脚和模块相连接，另外TC35模块输出有5v的电源，可以给单片机最小系统供电等电路供电，连接电路图如3-4所示。
图3-4
GSM模块和单片机连接电路
按键电路
本电路设计了四个按键，一个切换到检测模式、一个切换到非检测模式。
如图3-5所示.
图3-5
按键电路
第4章软件电路设计
编程软件简介
本设计选择与之兼容STC89C52单片机的高级开发语言软件KeiluVision4。
KeiluVision4是德国KeilSoftware公司开发的单片机C语言软件开发系统，他兼容51系统。
可以利用相似于传统C语言的语法来开发程序，和汇编相比较，在结构性、功能性、可维护性和可读性上C语言具有明显的优势。
由于C51己被完全集成到uVision4的集成开发环境中，使得该集成开发环境包含：
C编译器、汇编器、实时操作系统、库管理器和仿真调试器等工具而让在线编程更加容易。
KeiluVision4编译器在语言上的扩展功能为用户使用软件资源提供方便，对于8051系列资源C51编译器都可以进行操作。
SFR和SBIT两个关键字对SFR进行存取。
变量可转移到任意地址空间，变量还可以通过关键字at放入固定的存储器中，存储模式决定了变量的存储类型。
KeiluVision4的编译器和高性能仿真器,支持应用程序的调试。
软件界面如图4-1所示。
图4-1软件界面
主程序设计以及流程图
否
是
是
否
否
是
图4-2软件流程图
在整个报警系统工作中，单片机首先完成对GSM模块和模式初始化后，经过热释红外传感器感应，由单片机进行分析处理，判断系统是否启动报警，发送GSM短信。
主程序还包括检测按键模式切换等，使报警器功能更加完善，给用户带来便利。
第5章系统调试
系统的调试是发现硬件设计或者软件程序编写中的错误和不完善的地方，并及时加以修改和完善，使系统能够按照期待的那样，去实现住宅小区的检测。
硬件的调试
硬件的调试主要是按照电路图，检查硬件的焊接是否虚焊，漏焊，错焊等不良。
造成焊接质量不高的常见原因是:
①虚焊：
造成虚焊的原因
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