基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统设计Word下载.doc
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TheSystemuseAT89C51MCUasthecontrolcorechip,throughtheHRHGSMModemforcommunications,itadoptedinitiativeinfraredsensortodetect,thesystemequippedthesmogsensorandleakinesssensorofgasandguardedagainstfireandgasleakiness.Meanwhile,additionalcircuittodefaultthetelephonenumberofguardagainsttheftandAlarmsystembykeyboarddisplaychip,throughDS12887real-timeclockchiptorecordthesituationoccurredintimeforpoliceandtoensurereliableoperationofthesystem,315MHZremotecontroltoachievetheusertochangethesystem’sposition.
ThehardwaredesignusingProteustoachievethecircuitschematicdiagramdesignsofthesystemkeyboardinterfacecircuit,clockcircuits,powercircuits,transceivercircuitsandthesensorsignalacquisitionmoduleandsoon.ThesoftwaredevelopmentsystemofKeilisusedtodesignthesoftware.Andtheprocedureoftheprocessingofsignalhasbeencompletedanddebuggedsuccessfully.
Keywords：
MCU;
GSMmodem;
Senor
I
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章整体设计方案 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 7
2.4.3气体泄漏传感器 7
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 8
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 10
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 11
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 14
3.6键盘显示电路 14
3.7通信电路 16
3.7.1发射、接收电路 16
3.7.2GSM模块与单片机的连接 17
第4章家庭安防报警系统的软件设计 18
4.1主程序 18
4.2外部中断0中断服务子程序 19
4.3通信模块的设置 19
4.3.1设置短信中心号 19
4.3.2利用GSMMODEM向普通手机发短信 19
4.4串口控制SMS的工作原理 20
结论 22
参考文献 23
附录 24
附录1：
硬件设计总图 24
附录2：
部分程序源代码 24
致谢 30
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[1]。
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。
1.2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。
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。
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[2]。
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，与工业标准的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。
图2.1AT89C51封装引脚
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[3]。
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。
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，，，，等气体外，还能检测血液中的氧体积分数[4]。
电量式气体传感器是通过被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；
（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。
FRAM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[5]。
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。
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[6]。
故本设计选用了DS12887实时时钟芯片。
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。
DS12887管脚如图2.5所示。
RESET：
复位端，接+5V。
IRQ：
中断请求输出。
图2.5DS12887管脚
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。
电源
燃气泄漏传感器
烟雾传感器
红外传感器
MCU
遥控布撤防
GSM模块
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。
5V
S1
DS1
out
in
GND
7805
220v
1N5406
D3
R1
1K
C4
100pF
C3
Bridge1
D12
Trans
T1
图3.2单片机电源
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[7]。
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。
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。
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
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