远程红外报警系统的设计与实现设计46737784

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1、 成人高等教育毕业设计题 目：远程红外报警系统系统的设计与实现网站设计 学院(函授站）：学院(函授站）： 潍坊工商职业学院 目 录第一章 绪论1.1 远程安防系统的构成1.2 远程安防系统现状及发展趋势 第二章 系统的总体方案论证与设计 2.1 系统设计方案的论证2.1.1 监控传感器的选择2.1.2 微控制器的选择2.1.3 无线通道方案的选择2.2 系统的总体设计方案第三章 系统的硬件电路设计3.1 红外探测电路设计3.2 单片机最小系统设计3.3 MC55模块及其外围电路设计3.4 报警电路设计3.5 电源电路设计第四章 系统的软件部分设计4.1MC55模块的编程4.2 串行口的编程及串

2、口中断服务程序流程4.3系统的主程序设计第五章 结论与展望 道谢参照文献附录A: 基于MC55远程安防系统整体电路图 附录B: 软件程序清单第一章 绪论 随着社会的进步和科学的发展，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在变化人们生活方式与工作习惯的同步，也对老式的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的规定早已不只是物理空间，更为关注的是一种安全、以便、舒服的居家环境。家居智能化技术来源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传播网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为

3、应用操作平台，构成一种完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防备等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目的是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一种由家庭到社区乃至整个都市的综合信息服务和管 理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统一般由系统服务器、家庭控制器(多种模块)、多种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、互换机、通讯器、控制器、无线收发器、多种探测器、多种传感器、多种执行机构、打印机等重要部分构成。这里由于时间问题，就不做复杂的家居控制系统设计，对其中一项远程红外报警系统做重要设计。目前，我们已基本上挣脱了“手持武器、瞪

4、大眼睛”的人力机械防守手段，科技强兵、靠现代技术武装自己，提高安全防备的可靠性和效率，其中防盗报警系统是安防系统中应用最广泛的手段之一。其独特的功能是其他安防手段所无法比拟的。本设计是一种基于GSM模块的远程控制系统，GSM就是global system for mobile communications 【电信】全球通, 全球移动通信系统(亦称“泛欧数字式移动通信系统”), 是一种根据欧洲电信原则协会出版的GSM 技术规范建造的国际无线蜂窝网) 。GSM模块，是将GSM射频芯片、基带解决芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频解决、基带解决并提供原则接口的功

5、能模块。本设计是一种运用手机短信息实现对远程监控设备如交通路灯，家庭里的门锁、家用电器、可视对讲、报警装置等进行智能控制或信息采集交流的设计思路。系统的开发基于短信息技术、自动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术，系统运用有关的网络、计算机系统和控制器，以短信息为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手机无线遥控和数据传送，通过专设的短信控制中心和服务中心，为远程监控设备提供全方位的数字化服务。本设计就是用单片机控制GSM模块采集和控制远程设备信息的无线通信控制系统。本设计采用模块化设计，整个系统由GSM模块、控制模块、电源模块和外围模块构成，系统的整体方案框图如下图1-1：第二章 系统

6、的总体方案论证与设计 前面我们讨论了报警系统的构成及其发展趋势，本章我们将对远程红外报警系统的各个部分进行论证，进行系统的总体设计。2.1 系统设计方案的论证2.1.1 监控传感器的选择监控传感器是用来探测入侵者的入侵行为。需要防备入侵的地方诸多，可以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。监控传感器是一种物理量的转化妆置，一般把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于解决的电量（电压、电流、电阻等）。再通过背面的信号解决器把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形解决，使它能成为一种可以在系统传播信道中顺利转送的信号。但凡温度超过绝对0的物体都能产生热辐射，而温度低于1725的物体产生的热辐射光

7、谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任何物体由于自身的物理和化学性质的不同、自身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相似，一般分为三个波段。近红外：波长范畴0.753m中红外：波长范畴325m远红外：波长范畴251000m人体辐射的红外光波长350m，其中814m占46%，峰值波长在9.5m。下面分别简介被动式红外探测器和积极式红外探测器。方案一：被动式红外探测器在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之因此称为被动红外，即探测器自身不发射任何能量而只被动接受、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种

8、已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。被动式红外探测器重要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分构成。红外传感器的探测波长范畴是814m，人体辐射的红外峰值波长约为10m，正好在范畴以内。被动式红外探测器根据其构造不同、警戒范畴及探测距离的不同，大体可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，运用曲面反射镜将来自目的的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5如下，但作

9、用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜多层光束构造的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一种弧面上。警戒范畴在不同方向呈多种单波束状态，构成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。由于人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是由于人体下部红外辐射较弱，二是为避免地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以不小于90，垂直视场角最大也可以达到90

10、，但作用距离较近。所有透镜都向内部设立的热释电器件聚焦，因此敏捷度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。红外光穿透力差，在防备区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为理解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360范畴内进行警戒，只要在防护范畴内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。方案二：积极式红外探测器积极红外探测器由红外发射机、红外接受机和报警控制器构成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外

11、光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量可以集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范畴，有人通过这条无形的封锁线，必然所有或部分遮挡红外光束。接受端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。积极式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相称体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此积极式探测器所探测的是点到点，而不是一种面的范畴。其特点是探测可靠性非常高。但若对一种空间进行布防，则需有多种积极式探测器，价格昂贵。积极式探测器常用于博物馆中单体贵重

12、文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。积极式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接受机设立的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接受机不是直接接受发射机发出的红外光束，而是接受由反射镜或合适的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接受机无法接受到红外反射光束时发出报警信号。当使用较多的探测器进行防备布局时应当注意消除射束的交叉误射。综合考虑被动式红外传感器探测性能好、易于布防、价格便宜，本设计采用被动式红外传感器，

13、也就是热释电传感器。2.1.2 微控制器的选择在选择微控制器的时候，重要需要考虑：解决器的速度，要实现的功能，ROM和RAM的大小，I/O端口类型和数量，编程语言以及功耗等。方案一：基于ARM的嵌入式系统。这种方案中我们可以使用既有的操作系统（MCOS-），在系统的基本上进行应用程序的开发。由于ARM解决器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，并且由于使用了操作系统，应用程序的设计会变的简朴可靠。但是这种方案成本较高，同步使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前状况下，我们不考虑这种方案。方案二：采用常用的AT89S52单片机作为核心

14、控制器，此单片机的内部存储器（RAM）和程序存储器（ROM）及其引脚资源，基本上能实现设计指标，并且价格便宜，参照资料诸多。完毕本设计的控制功能，常用的AT89S52单片机完全可以满足规定，并且成本更加低廉。因此综合考虑选用方案二。2.1.3 无线通道方案的选择目前的无线通道的数据传播实现重要分为两种，一种是通过专用网进行数据传播，如RF（射频）数传电台和无线局域网（WLAN）；一种是通过公共无线通信网络，如GSM/GPRS网络的成熟度高，覆盖面较广，因而GSM/GPRS网络被选为该无线通道总体方案的通信基本。而基于GSM/GPRS网络的数据传播一般有三种方式，一种是基于短消息的数据传播，第二

15、种是基于DATA（一种以电路互换为基本的传播方式）的数据传播；最后就是通过IP（INTERNET PROTOCOL，因特网合同）方式传播数据。下面对三种基于GSM/GPRS网络的无线数据传播方式的各自特点作简朴的简介。方案一：基于短消息的数据传播基于短消息的数据传播是通过短消息作为数据传播的载体，运用AT指令将短消息读出并将信息还原，这样就完毕一次数据通信。基于短消息的数据传播方式的特点是资费较低，组网使用方面，但数据容量较低（140字节）。短消息数据传播方式特别适合于小数据量且中低采集频率的无线监控系统使用。方案二：基于DATA方式的数据传播基于DATA方式的数据传播是运用GSM的DATA（

16、与传真相似）传播方式。通过AT指令来进行数据拨号，等待数据连接建立后，只需将ASC码数据送入通信模块既可。通信模块会按照设定好的通信合同（默觉得V.32bis）将数传出，目的机接到数据呼喊后，送出应答信号，然后便可按照相似合同接受ASC码信息。基于DATA的数据传播方式数据传播安全、实时性好、数据传播量大，但重要是成本较高，适合与规定可靠性很高且海量数据传播的系统中。方案三：基于IP的数据传播方式基于IP的数据传播方式是GPRS系统独有的，由于GPRS是在GSM网络基本上新增两个节点-SGSN和GGSN而形成的移动分组数据网络。由于GPRS数据传播的基本是TCP/IP合同的转换。实时性较好，缺

17、陷就是GPRS终端开发成本高，使用复杂度教高（由于波及到复杂的组网方案）。根据目前大部分系统的需求并综合以上方案的优缺陷，选择基于GSM网络的短信息的数据传播来做为我设计的红外远程报警系统的无线通道。2.2 系统的总体设计方案 前面已经对远程红外报警系统重要模块的方案进行了论证和比较，并拟定了各个部分的总体设计思路。综合以上考虑，本设计总体设计框图如图2-1所示。热释电探测电路AT89S52单片机最小系统GSM无线传播电路电平转换电路SIM卡报警电路图2-1 远程红外报警系统总体设计方案热释电探测电路将检测到入侵者的入侵行为，并将其转换成单片机可以辨认的开关量信号。单片机系统对输入信号进行判断

18、和解决，当系统处在报警启动状态时，如果单片机判断出热释电探测电路送来的检测信号，单片机将通过报警电路进行就地报警，给犯罪分子以威慑，吓跑入侵者。与此同步，单片机采用 AT 命令通过 GSM 短信模块发送短信息给监控者，实现远程报警。监控者也可用短信息的命令形式去设立以微控制器为核心的智能模块，以及发送短信消息查询命令和监控状况，从而达到远程监控的目的。由于无线传播模块的电平性质与单片机不同，因此需要设计电平转换电路来实现单片机对GSM模块的访问。第三章 系统的硬件电路设计 3.1 红外探测电路设计热释电传感器有三个引脚分别是电源正负极和信号输出。在传感器电源正常的状况下，当热释电传感器检测到有

19、人活动时，可以检测到人体所发出的单薄红外线，其输出端会有单薄的电流信号输出。这一单薄信号将送到信号解决集成电路 BISS0001进行解决。系统热释电红外探测电路图如图3-1所示图3-1 热释电红外传感器检测电路图BISS0001是一款具有较高性能的传感信号解决集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动迅速启动各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电电扇、烘干机和自动洗手池等装置，用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。1、BISS0001的特点*CMOS工艺*数模混合*具有独立的高输入阻抗运算放大器*内部的双向鉴幅器可有效克制干扰*内设延迟时间定期器和封

20、锁时间定期器*采用16脚DIP封装2、BISS0001的管脚图和管脚阐明图3-2 BISS0001引脚功能图表3-1 BISS0001 管脚阐明引脚名称I/O功能阐明1AI可反复触发和不可反复触发选择端。当A为“1”时，容许反复触发；反之，不可反复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参照电压及复位输入端。一般

21、接VDD，当接“0”时可使定期器复位9VCI触发严禁端。当VcVR时容许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设立端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端3、BISS0001的可反复触发方式图3-3 BISS0001的可反复触发工作方式下的波形如下图所示的可反复触发工作方式下的波形，来阐明其工作过程。 可反复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在V

22、c=“1”、A=“1”时，Vs可反复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内始终保持有效状态。 在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一种Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo始终保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C8耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器解决后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定期器，输出信号Vo，可供单片机查询或这触发中断。图3-1中，芯片处在

23、可反复触发工作方式。采用可反复触发工作方式的好处是：如果传感器在延迟时间内再次检测到有人活动，芯片的输出将被继续延迟而不会终结，报警也就将始终送给单片机，这样提高了热释电检测电路的敏捷度。输出延迟时间Tx由外部的R7和C6的大小调节，值为Tx24576xR7C6；触发封锁时间Ti由外部的R8和C7的大小调节，值为Ti24xR8C7。电路中R7和R8设计成了可调电阻，可以根据实际需要调节电阻值的大小，变化输出延迟时间和触发闭锁时间的长短。电路的输出送到无线编码发射电路，将报警信号发送出去。3.2 单片机最小系统设计3.2.1 AT89S52单片机的特点及引脚功能 AT89S52是美国ATMEL公

24、司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序内存，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容原则8051指令系统及引脚。它集Flash程序内存既可在线编程（ISP）也可用老式措施进行编程及通用8位微解决器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，它灵活应用于多种控制领域。AT89S52重要性能参数：1）与MCS-51产品指令系统完全兼容2）4K字节在系统编程（ISP）Flash闪速内存3）1000次擦写周期4）4.0-5.5V的工作电压范畴5）全静态工作模式：0Hz33

25、MHz6）三级程序加密锁7）2568字体内部RAM8）32个可编程I/O口线9）3个16位定期/计数器10）8个中断源11）全双工串行UART通道12）低功耗空闲和掉电模式13）中断可从空闲模唤醒系统14）看门狗（WDT）及双数据指针15）掉电标记和迅速编程特性16）灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）AT89S52引脚功能简介1）电源引脚VCC和GND VCC：电源电压，GND：接地端。2）时钟电路引脚XTALl和XTAL2XTALl：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端. XTAL2：振荡器反相放大器的输出端. 振荡器特性： XTALl、XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输入和

26、输出端。如下图3-5所示，可采用石英晶体或陶瓷振荡器构成时钟振荡器。如需从外部输入时钟驱动AT89S52，时钟信号从XTAL1输入，XTAL2应悬空。由于输入到内部电路是通过一种2分频触发器，因此输入的外部时钟信号无需特殊规定，但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。图3-5 89S52内部/外部时钟电路3）控制信号引脚RST复位输入.RST引脚一旦变成两个机器周期以上高电平，所有的I/O口都将复位到1(高电平)状态。当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上的高电平便可完毕复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。4）IO(输入输出) P0、 P1、 P2和 P3P0口(3932脚)：P0口是

27、一种漏极开路的8位双向口。作为漏极开路的八路输出端口，每次能驱动8个Ls型TTL负载。当P0口作为输入口使用时，其先向锁存器(地址80H)写入全1，此时P0口的所有引脚悬空，叫作为高阻抗输入。P1口(18脚)：P1口是一种带上拉电阻的8位准双向I/O端口每一位能驱动(吸取或输出电流)4个LS型TTL负载。在P1口作为输入口使用时，应先向P1口锁存器(地址90H)写入全1,上拉电阻接成高电平。P2口(2128脚)：P2口是一种带内部上接电阻的8位准双向口。P2口的每一位能驱动4个LS型TTL负载。P3口(2128脚)： P3口是一种带内部上接电阻的8位准双向口。P3口的每一位能驱动(吸取或输出电

28、流)4个LS型TTL负载。P3口与其他的I/O口有很大区别，它除作为般准双向IO口外，每个引脚还具有专门的功能，见表3-2。 表3-2 端口引脚功能3.2.2 单片机最小系统电路单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用至少的元件构成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统涉及：单片机、晶振电路、复位电路等。1、时钟电路 AT89S52内部有一种用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图3-6（a）所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定期元件，内部振荡器就产生自激振

29、荡。定期元件一般采用石英晶体和电容构成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图3-6（b）所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊规定，只规定保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。（a）内部方式 （b）外部方式图3-6 AT89S52内部时钟电路 改成这样 片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一种两相时钟P1和P2，供单片机使用。本设计采用内部时钟方式。2、复位信号及其产生复位是单片机的初始化操作。其重要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从000

30、0H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运营出错或操作错误使系统处在死锁状态时，为挣脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其她某些寄存器有影响，它们的复位状态如表3-3所示。？表3-3 某些寄存器的复位状态RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过2us才干完毕复位操作。产生复位信号的电路逻辑如图3-7所示。整个复位电路涉及芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密

31、特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。 图3-7 复位信号的电路逻辑图复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3-8(a)所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。 ？图3-8（a）上电复位 （b）按键电平复位 （c）按键脉冲复位参照图3-6改按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3-8(b)所示；而按键脉冲复位则是运用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3-8

32、(c)所示。上述电路图中的电阻、电容参数合用于12MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间不小于2个机器周期。本设计采用上电复位加按键电平复位方式。本设计的单片机最小系统电路图如图3-9中所示，单片机AT89S52的时钟引脚外接12M晶振，作为单片机工作的时钟，EA端接高电平，表达使用片内程序存储器。RST引脚接了上电复位电路，当系统上电时，上电复位电路会产生一种高电平脉冲信号，使系统复位。当按下按键S1时，RST端将被接入高电平，同样可以使系统手动复位。图3-9 单片机最小系统电路图3.3 GSM模块及其外围电路设计目前,国内已经开始使用的GSM模块有Falcom的A2D系列、Wavecom

33、e的WMO2系列、西门子的TC35系列、爱立信的DM10/DM20系列、中兴的ZXGM18系列等,并且这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的TC35系列模块性价比很高,并且已有国内的无线电设备入网证。因此本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这是西门子推出的最新的无线模块,功能上与TC35兼容,设计紧凑,大大缩小了顾客产品的体积。TC35i与GSM 2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI原则GSM0707和GSM0705,且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体,向顾客提供原则的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供迅

34、速、可靠、安全的传播,以便顾客的应用开发及设计。3.3.1 TC35模块简介TC35是西门子公司推出的新-代无线通信GSM模块7。自带RS232通讯接口,可以以便地与PC机、单片机连机通讯。可以迅速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传播、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多

35、方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传播。通过ZIF连接器及50天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。TC35模块重要由GSM基带解决器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分构成。作为TC35的核心,基带解决器重要解决GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。TC35内部构造如图3-10所示。图3-10 T35内部构造框图TC35i重

36、要特性与技术指标涉及如下几点：1、频段为双频GSM900MHz和GSMl800MHz (phase 2/2+);2、支持数据、语音、短消息和传真;3、高集成度(54.5mm36mm3.6mm);4、质量为9g;5、电源电压为单一电压3.34.8V;6、可选波特率300bps115kbps,动波特率 4.8115kbps;7、流消耗休眠状态为3.5mA,空闲状态为25mA,发射状态为300mA(平均),2.5A峰值;8、温度范畴 正常操作-20+55,寄存-30+85;9、SIM电压为3V/1.8V。3.3.2 RS232电平转换电路设计TC35的数据输入/输出引脚需要通过MAX232进行电平转

37、换后连接到单片机的串行口。单片机通过串行口对TC35进行访问和读。MAX232是TTL转RS232的电平转换电路。这里使单片机串行口的TTL电平可以与TC35通信口的RS232电平可以互相转换，这样才干进行通信。RS-232是初期为公用电话网络数据通信而制定的原则，其逻辑电平与ITL/CMOS电乎完全不同。逻辑0规定为+5- +15V之间，逻辑1规定为-5-15V之间。由于RS-232发送和接受之间有公共地，传播采用非平衡模式，因此共模噪声会耦合到信号系统中，其原则建议的最大通信距离为15米。RS-232规定的电平和一般微解决器的逻辑TTL电平不一致，必须进行电平转换，实现逻辑电平转换可以采用

38、MAX232芯片的转换接口 MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232原则串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。MAX232的引脚图和内部构造图如下图所示： 图3-11 MAX232的引脚图和内部构造图MAX232的内部构造基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供应RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚

39、（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚DNG、16脚VCC（+5v）。MAX232涉及两路驱动器和接受器的RS-232转换芯片。图3-12为实际电路。芯片内部有一种电压转换器，可以把输入的+5v电压转换为RS-232接口所需的10V电压，特别合用于没有12V的单电源系统。图3-12 MAX232实现的RS-232接口本设计中

40、单片机与TC35的通信接口电路如下图所示，TXD和RXD分别连接到单片机的串行口上，通过MAX232进行电平转换送给TC35，C3和C4 两个电容和芯片内部构成电荷泵电路，为电路产生+12v和-12v的电压。图3-13 单片机与TC35接口电路3.3.3 TC35模块外围电路设计TC35的数据输入/ 输出接口事实上是一种串行异步收发器，符合ITU-T RS232接口原则。它有固定的参数；8位数据位和1 位停止位，无校验位，波特率在300bps115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0。TC35模块的电平转换及外围电路如图3-11所示。TC35有40个引脚通过一种ZIF(Zero

41、Insertion Force,零阻力插座)连接器引出.这40 个引脚可以划分为5 类,即电源数据输入/ 输出、SIM卡音频接口和控制、第114 脚为电源部分、15 为电源电压输入端Vbatt+、610 为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14 为ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻。2429为SIM卡引脚分别为CCIN、CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC、和CCGND。3340 为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31、和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT 一种不小于100ms 低电平

42、。模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32 为SYNC。1623为数据输入/ 输出分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0、和DCD0。图3-14 TC35模块外围电路图图3-14中，TC35的15 为电源电压输入端，这里接入5V电源；610 为电源地，接入电源负极；模块上电后，为使之正常工作，必须在15脚(IGT)加时长至少为100ms的低电平信号，且该信号下降沿时间不不小于1ms。启动后，15脚的信号应保持高电平。电路图中采用了类似于单片机上电复位的电路设计，当系统上电时，由于电容C6两侧电压不越变，电容C6和电阻R6之间

43、的电压为5V的高电平，之后随着电容的充电而变为低电平。TC35模块需要的复位启动信号为长于100ms的低电平信号。因此电路中设计了40106施密特特性的反相器对复位信号进行解决。40106不仅将复位信号取反，使复位信号电平符合TC35的输入需要。并且对复位信号进行了整形，保证其下降沿时间不不小于1ms。使TC35可靠启动。TC35的2429脚为SIM卡引脚，分别用来连接SIM卡相应的引脚，SIM引脚中的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中与否插有 SIM 卡。当插入 SIM 卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常工作。这里通过上拉电阻R1接入CCVCC.TC35的SYNC引脚有两种工作

44、模式，一种是批示发射状态时的功率增长状况，另一种是批示 TC35 的工作状态。本模块使用的是后一种功能，即当LED熄灭时,表白TC35处在关闭或睡眠状态；当 LED 为“600ms 亮/600ms 熄”时，表白 SIM 卡没有插入或 TC35 正在进行网络登录；当LED为“75ms亮/3s熄”时，表白 TC35已登录到网络，处在待机状态。三极管Q1这里起驱动发光二极管的作用。3.4 报警电路设计红外探测电路检测到有人活动时，现场要发出报警信号。为了给入侵者以震慑，吓跑入侵者，报警电路应当保证足够的功率。报警电路的电路图如图3-15所示：图3-15 报警电路图单片机的输出加到报警音乐集成电路KD

45、9561的SEL1脚上，当输入为高电平时，触发报警，KD9561输出报警音响信号；当输入为低电平时，停止报警音响输出。KD9561是专用报警音乐集成电路，只需要简朴的外围元件就可以输出报警音频信号，SEL1脚是报警音响选择端，报警音频信号从OUT引脚输出，通过电容C11耦合给后级电路。但KD9561输出的这一音频信号还比较单薄。需要音频功放电路才可以使输出的报警功率足够大。TDA是专用音频功率放大电路。输出功率达10W，图7-1中功放部分是TDA的典型应用电路，元件参数选用典型数值，音频信号通过2脚输入，通过变化可调电阻R30，可以调节报警音量的大小。报警电路音量调节及扬声器的安装要注意其防破

46、坏的措施，避免报警装置被入侵者容易破坏，失去报警作用。3.5 电源电路设计远程红外报警系统中单片机和TC35模块等电路都需要稳定的5V电压供电。系统电源部分的电路原理图如图3-16所示。交流220V经变压器降压后送到由四个整流二极管构成的全桥整流电路整流，通过整流后交流电压转换成了脉动直流，在通过电容的滤波后送到三端集成稳压电路7805的输入端，经7805的稳压后为控制电路提供稳定的5V电压。再经电容C20滤波后，进一步提高电源的品质，保证系统控制部分电源的供电品质。图3-16 系统的电源部分电路图第四章 系统的软件部分设计 4.1 TC35模块的编程4.1.1 与SMS有关的GSM AT指令

47、简介GSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范GSM07.07中定义的AT Command接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口;GSM07.05对短消息作了具体的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时,可以通过串口发送批示消息,数据终端设备可以向GSM模块发送多种命令。与SMS有关的GSM AT指令如表1所列。GSM AT指令集,是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的,其中涉及了对SMS(Short Message Service)的控制。表4-1 与SMS有关的GSM AT指令 本图裁剪成这样1、设立短消息中心 AT+CS

48、CA=+86回车(具体的号码由本地的运营商决定)。2、接受短消息+CMTI:SM，X(X表达接受短消息的SIM卡存储号码) AT+CMGR=X回车 (从X存储区读短消息); AT+CMGD=X回车 (从X存储区删除短消息)。3、发送短消息 AT+CMGF=1回车(采用文本格式发送，如用PDU格式，则AT+CMGF=0)。AT+CMGS=+8613xxxxxxxxx回车 输入短消息。Crtl+Z结束并发送。4、重要的指令 ATZ;E 回车 Echo OFF ATZ;E1回车 Echo ON AT+CREG？回车 回答x(X=2脱网，X=1注册，X=0状态不明) AT+COPS？回车 表达SIM卡

49、与否被网络接受 AT+COPS=?回车 显示所有可用的网络。5、建立语音呼喊 AT+CREG？回车(与否网络注册) ATD13xxxxxxxxx；回车(语音呼喊和数据呼喊建立的区别在于号码后所接的分号上)。6、变化并保存参数 AT+IPR=2400 回车(变化RS232口的速率至2400bps) AT&W 回车 (保存已改参数) 7、输入PIN码 AT+CPIN=xxxx 。4.1.2短消息的模式SMS共有三种模式： 1、Block Mode 2、基于AT命令的PDU Mode 使用Block模式需要手机生产厂家提供驱动支持，目前，PDU Mode 已取代 Block Mode, Text M

50、ode比较简朴。使用Text 模式收发短信代码简朴，实现起来十分容易，但最大的缺陷是不能收发中文短信；而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU 模式收发短信可以使用3 种编码：7-bit、8-bit和UCS2 编码。7-bit 编码用于发送一般的ASCII 字符，8-bit 编码一般用于发送数据消息，UCS2 编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由A B C D E F G H I J K LM 十三项构成。A：短信息中心地址长度，2 位十六进制数(1 字节)。B：短信息中心号码类型，2 位十六进制数。C：短信息中心号码，B + C 的长度将由A 中的数据决定。D：文

51、献头字节，2 位十六进制数。E：信息类型，2 位十六进制数。F：被叫号码长度2 位十六进制数。G：被叫号码类型，2 位十六进制数取值同B。H：被叫号码长度，由F 中的数据决定。I：合同标记，2 位十六进制数。J：数据编码方案，2 位十六进制数。K：有效期，2 位十六进制数。L：顾客数据长度，2 位十六进制数。M：顾客数据，其长度由L 中的数据决定。J 中设定采用UCS2 编码，这里是中英文的Unicode 字符。如下是用串口调试助手成功发送的中文短信息完整过程，短信中心号码： 短信接受方号码： 短信内容：晚上好123 。AT(回车）通讯握手OKAT+CMGF=0设立为PDU模式，由于要发送中文

52、中文OKAT+CMGS=6发送短消息的字节数表达可以接受数据08905F011000B8F10008A90C665A4E0A597D00310033涉及短信中心、接受方手机号码和短信内容的数据1A发送结束标志，一定要十六进制大写模式，不是ASIC码。（可以在串口调试助手中勾选十六进制选项）只有最后发送1A十六进制码后短信才会被成功发出！+CMGS: 45OK表达第45条短信发送成功下面分析这条信息：08表达短消息中心地址长度；91表达短消息中心号码类型；68中国代码；F0表达短消息房层中心号码 ；1100表达发送短消息的编码方式；0B表达目的地址长度；81表达目的地址类型；F1表达接受短消息的

53、手机号码为 （前面68是固定的，背面的手机号码每2位掉换一下位置，最后一位前面加入F）3208表达发送中文字符方式；0C表达短消息长度；665A4E0A597D00310033表达发送中文字符的UNICODE码中文的中文内码： 665A晚 4E0A上 597D好 00311 00322 00333。3、基于AT命令的Text Mode 短信读取措施：AT+CMGR=X回车如果有短信息,TC35回应：AT+CMGR=1+CMGR：“REC UNREAD”，“”，“04/08/17,22:24:32+02”testOKOK短信息分析：“test OK就是短信息内容。短信息的存储容量与Ic卡有关,序

54、号从1-N。REC UNREAD：代表短信息未读过。REC READ ：已读过。 ：接受的手机号码。04/08/17,22：24：32+02：短信息发送的时间。无短信息,TC35回应：AT+CMGR=3+CMGR：0,0短信的删除措施：AT+CMGD=1回车短信的发送措施：短信息的发送提成两步：1：发送接受的手机号码,等待应答：“AT+CMGS=回车(目的地址)TC35回应：AT+CMGS= 2：输入短信息的内容(只能是英文)：Test 回车4.1.3 AT指令的实现系统程序流程软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC35写入不同的AT指令，能完毕多种功能，如网络登录、读取SIM卡上电话号码

55、、发送SMS消息、接受SMS消息等。 其中，初始化的工作涉及设立串口速率、无线网络登陆以及设立短信模式为PDU。PDU编码涉及按PDU的编码规则产生PDU串。 单片机与TC35I的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术。 单片机与TC35模块通过串口建立连接需要注意如下6点。1、所有AT指令的指令符号、常数、PDU数据等都是以ASCII编码形式传送，例如A的ASCII编码为41H，T的ASCII编码为54H，数字0的 ASCII编码为30H等。 2、要传送透明数据，必须把TC35I模块的工作模式设立为PDU模式，即通过指令AT+CMGF=0完毕。 3、单片机向TC35模块发送每一

56、条指令后，必须以回车符作为该条指令的结束，回车的ASCII编码为0DH，例如单片机向手机发送AT+CMGF=0 这条指令，其ASCII编码序列为41H、54H、2BH、43H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH，最后一种字节0DH就是回车符，表达该条指令结束，如果没有这个回车符，手机将不辨认这条指令。 4、当TC35模块接受到一条完整的AT指令后，TC35模块并不立即执行这条指令，而是先把刚刚接受到的AT指令的ASCII编码序列所有反发送出来（含0DH）；另一方面发送一种回车符和换行符的ASCII编码，即0DH和0AH；执行该条指令。 5、单片机读取TC35模块的PDU数据时，原始

57、数据应当是16进制数，但读回的数据仍然是ASCII码表达的16进制数。这样，1个字节的16进制数就变成2个字节的ASCII码。但是，PDU数据包中的数据字节长度部分仍然是实际字节长度，而不是变成ASCII码的字节长度，这在编程时应特别注意，否则，接受的数据就不完整。单片机接受到PDU数据包数据后，必须将其恢复成16进制数据。 6、TC35模块向单片机应答PDU数据包的字节数时不涉及前9个字节数据 (短信服务中心地址)，但向单片机传送PDU数据包时，涉及这9 个字节的数据。4.1.4 接受短信辨认控制子程序设计根据程序设计需求，只需提取被叫号码和顾客数据。被叫号码用来确认与否主机号，当不是主机号

58、时不进行下一步操作。清空缓存，继续监控。确认后，根据顾客短消息内容不同，做相应设立。如下图图4-1 短信接受辨认控制子程序流程图发短信报警时采用的是TEXT模式，程序中预先定义好短信内容的TEXT串，以实现短信的发送；而在接受短信时，规定有效短信内容仅为数字和字母，因此采用的是TEXT模式，这样避免了复杂的中文编码和PDU编码的转换问题。收发短信的解决是通过AT命令来实现的。软件设计的另一重点是保证数据的安全性和可靠性。在安全性方面，采用DES或3DES算法，对数据的合法性进行鉴权和认证。认证采用双向鉴权，服务器端对远程监控单元发送数据的有效性进行鉴别，自动过滤掉错误信息；远程监控通信单元对服

59、务器下达的控制命令的合法性进行认证，去伪存真。在数据可靠性方面，增长校验位和纠错位，对数据进行编码后传播，可以进一步增长复杂环境下数据传播的可靠性。4.2 串行口的编程及串口中断服务程序流程4.2.1 串行口的编程单片机与TC35模块的通信方式属于异步通信。在异步通信中，数据一般是以字符为单位构成字符帧传送的。字符帧由发送端一帧一帧地发送，每一帧数据均是低位在前，高位在后，通过传播线被接受端一帧一帧地接受。发送端和接受端可以由各自独立的时钟来控制数据的发送和接受，这两个时钟彼此独立，互不同步。在异步通信中，接受端是依托字符帧格式来判断发送端是何时开始发送，何时结束发送的。字符帧格式是异步通信的

60、一种重要指标。字符帧（Character Frame）字符帧也叫数据帧，由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位等4部分构成，？波特率（baud rate）异步通信的另一种重要指标为波特率。波特率为每秒钟传送二进制数码的位数，也叫比特数，单位为b/s，即位/秒。波特率用于表征数据传播的速度，波特率越高，数据传播速度越快。但波特率和字符的实际传播速率不同，字符的实际传播速率是每秒内所传字符帧的帧数，和字符帧格式有关。串行通讯口的重要寄存器设立及串口工作方式如下。1、数据缓冲器SBUF发送SBUF和接受SBUF共用一种地址99H。 1）发送SBUF寄存待发送的8位数据，写入SBUF将同步启动发送。发送

61、指令：MOVSBUF，A2）接受SBUF寄存已接受成功的8位数据，供CPU读取。读取串行口接受数据指令：MOV A，SBUF2、串行口控制/状态寄存器SCON(98H)SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。SM2：多机控制位，用于多机通讯。REN：容许接受控制位，REN=1，容许接受；REN=0，严禁接受。TB8发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标记位RB8：接受的第9位数据位或停止位TI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零RI：接受中断标志，接受一帧结束，RI=1，必须软件清零3、节电控制寄存器PCONSMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。SMOD=1，波特

62、率加倍， SMOD=0，则不加倍。串行接口通过SM0，SM1选择四种工作方式。1) 方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。(1) 一帧8位，无起始位和停止位。(2) RXD：数据输入/输出端。TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲相应一种数据位。(3) 波特率B = fosc/12如： fosc=12MHz，B=1MHz，每位数据占1ms。(4)发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。接受过程：REN=1且RI=0，启动接受，一帧接受完毕，RI=1。2) 方式1：8位数据异步通讯方式。(1) 一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 (2) RXD：接受数据端