基于单片机的家庭防盗报警系统毕业设计说明书.doc
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盐城工学院本科生毕业设计说明书（2015）
毕业设计说明书
基于单片机的家庭防盗报警
系统设计
专业
自动化
学生姓名
班级
自动化113
学号
指导教师
完成日期
2015年6月5日
1
毕业设计说明书（毕业论文）
独创性声明
本人声明所呈交的毕业设计说明书（毕业论文）是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。
除了文中特别加以标注和致谢的地方外，说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究所做贡献集体和个人，均己在说明书中作了明确的说明并表示谢意。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
毕业设计说明书（毕业论文）作者签名（手写）:
日期:
年月日
指导教师签名（手写）:
日期:
年月日
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
TheDesignoftheHomeAlarmSystemBasedonMCU
Abstract:
ThedesignofthehomesecurityalarmsystemisbasedonSTC89C52MCU.Itcanachievethegoalofreal-timemonitoringofthehomesecuritysituation,themonitoringprocessisveryintelligent.Atthesametime,theGSMmodulecansendalarminformationtothehouseownersremotely.Whenthereisnooneinthehouse,andtherearethievesbreakingin,thesoundandlightalarmcircuitisgoingtowork,andthebuzzerbeginstotweet,theLEDalarmlightsflashmeanwhile.
Accordingtothemainfunctionsofthehouseholdburglaralarmsystem,Icomeupwiththedesignscheme,andchoosethebestschemetodesignthesystem.Thegeneraldesignincludestwoparts:
hardwaredesignandsoftwaredesign.Thehardwareincludessevenparts:
theMCUminimumsystem,theGSMtextsendingmodule,theheatreleasehumaninductionmodule,soundandlightalarmmodule,keysinputmodule,LEDindicatormodule,powermodule.TheMCUisSTC89C52,whichisproducedbyMacroCrystalSTCCompany.ThesystemdetectstheintrusionsignalsofthievesbyheatreleaseinductionmoduleandsendthesignaltoMCU.ThentheMCUdrivestheGSMmoduletosendthealarminformationtothehouseowners.AndtheLEDindicatorcanshowtheinformationonthescreen,thebuzzerworkstoresponsethealarm.Thesoftwaretakesthemethodofthemodulardesign,themainpartsofthesoftwaredesignincludesfiveitems:
themainsubroutine,theinterruptsubroutine,thekeyscanningsubroutine,themessagesendingsubroutine,thetimingsubroutine.Thesystemcansatisfythebasicrequirementsofthehouseownersonthehomesecurityalarmbythehardwareandthesoftwareworkingtogether.
KeyWords:
MCU;GSM;soundandlightalarm;induction
目录
1概述 1
1.1课题研究背景与意义 1
1.2课题设计内容与要求 1
1.3课题技术路线 2
1.4课题预期效果 2
2设计方案论证 3
2.1总体设计 3
2.2模块选择 3
2.2.1感应模块选择 3
2.2.2GSM模块选择 4
3系统硬件电路设计 5
3.1单片机功能及引脚说明 5
3.1.1STC89C52单片机的功能说明 5
3.1.2STC89C52单片机的引脚说明 5
3.2单片机最小系统电路设计 6
3.2.1复位电路设计 7
3.2.2时钟电路设计 7
3.3电源模块电路设计 7
3.4按键模块电路设计 8
3.5感应模块电路设计 9
3.6声光报警模块电路设计 9
3.7GSM模块电路设计 10
3.8LED指示灯模块电路设计 11
4系统软件设计 12
4.1主程序设计 12
4.2子程序设计 12
4.2.1中断子程序设计 12
4.2.2按键扫描子程序设计 13
4.2.3GSM子程序设计 14
4.2.4计时子程序设计 15
5系统调试 16
5.1硬件调试 16
5.2软件调试 16
5.3调试结果 16
6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2PCB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。
2.2.2GSM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.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/GPRS850/900/1800/1900MHz，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
3.1.1STC89C52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-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
3.1.2STC89C52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3-1STC89C52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，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P0.0~P0.7，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P2.0~P2.7，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/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P3.0~P3.7，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3-1P3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（VoltagePulseofPrograming，31脚）在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化程序时，用于施加较高的编程电压，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。
3.7GSM模块电路设计
GSM模块电路设计如图3
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