无线防盗报警系统的设计论文

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1、* 学学 院院毕毕 业业 设设 计计 任任 务务 书书专业专业 年级年级 班级班级 姓名姓名 学号学号 * 学学 院院 教教 务务 处处 编编毕业设计指导须知毕业设计指导须知一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。二、指导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致） 。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要

2、求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。I学号姓名学 制专业年级2012教学班负责人班级指导教师姓名职务或职称设 计 题 目基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 工作单位 年 月 日系复审意见：成绩： 复审人签名： 职称： 公章 年 月 日教务处终审意见：公

3、章 年 月 日II答答 辩辩 情情 况况 记记 录录答 辩 情 况答 辩 题 目正确基本正确经提示回 答不正确未回答此表由主持答辩的同志填写。答辩委员会（或小组）评语：成绩： 主持答辩人签名： 职称： 月 日III一、毕业设计的任务和具体要求：（一） 任务1、需要明确系统的总体设计框架。2、对单片机系统功能实现进行分析，需了解单片机引脚的功能和单片机的特性。3、了解红外传感探测器的工作原理。4、熟知本设计使用的关键技术。5、构思系统的主要程序流程，以及系统的中断服务程序。（二）具体要求1、在熟知无线防盗报警功能及原理的基础上将电路设计好。2、依据设计的电路图独立画出各模块的设计图。3、运用所学

4、专业知识进行独立思考和综合分析、解决设计当中出现的问题。4、掌握编程技巧及其软件的使用，会使用相应的软件进行程序的测试。5、画出设计系统的主程序流程，了解中断服务程序的中断原理和中断过程。IV二、毕业设计应完成的图纸：图 2-1 基于 GPRS 的无线防盗报警器系统,见 7 页图 2-2 总体设计框，见 8 页图 2-3 主动红外探测报警器的原理框，见 9 页图 2-4 主动红外探测报警器系统整体框架，见 10 页图 2-5 主动红外探测报警器系统整体框架，见 10 页图 2-6 被动红外探测报警器系统整体框架，见 11 页图 2-7 GPRS 系统结构图，见 12 页图 2-8 单片机引脚，

5、见 13 页图 2-9 AT89C51 单片机功能模块，见 17 页图 2-10 声音报警电路，见 17 页图 2-11 发光二极管报警电路，见 18 页图 2-12 时钟电路图，见 18 页图 2-13 复位电路图，见 19 页图 3-1 MAX232 的内部电路构造，见 21 页图 3-2 单片机与 GPRS 模块连接的电路原理，见 23 页图 3-3 远程通信 RS-232C 总线连接，见 25 页图 4-1 系统主程序流程，见 28 页图 4-2 中断服务程序工作流程，见 29 页表 2-1 P3 口引脚的第二功能，见 15 页表 3-1 RS-232C 接口的主要端子定义，见 25

6、页 V三、其他要求：四、毕业设计的期限：自 2014 年 10 月 3 日至 2014 年 12 月 25 日五、毕业设计（论文）进度计划：起 至 日 期工 作 内 容备 注2014.10.3 -2014.10.202014.10.20-2014.10.252014.10.25-2014.11.52014.11.5 -2014.11.152014.11.15-2014.11.252014.11.25-2014.12.52014.12.5 -2014.12.102014.12.10-2014.12.25查阅资料系统设计方案设计硬件模块设计硬件电路设计系统仿真调试系统问题处理毕业论文整理VI基于

7、GPRS 的无线防盗报警系统的设计摘 要随着人们生活水平得到很大的提高,社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展, 们对私有财产的保护意识在不断的增强,但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。 人这就为监控设备在居家安全、政府文件保密等领域的研究提供了必要的前提。为了解决当前防盗系统存在的诸如可靠性较差、易破坏，易误报、漏报、处理时间延后、布线繁琐等问题，提出一种基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计方案。基于 GPRS 的无线防盗报警系统是一种非常先进，并且相对成熟的一种安防技术，不依赖有线电话网

8、，而是借助最可靠、最成熟的 GPRS 移动网络，系统是以红外传感器为检测元件，以单片机为控制核心，以 GPRS 模块为发送单元组成的一种自动防盗报警系统，可以使主人无论身在何处，都可以及时掌握家中情况。当红外线传感器探测到有非法人员入侵时，便会将警情发送给单片机，系统便会启动本地声光报警，同时利用 GPRS 模块，将警情短消息发送到预设号码，或者自动呼叫预设号码，甚至是以彩信、实时监控等方式通知主人，使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全。系统安装的方法相对灵活，性价比高，在未来的防盗技术发展空间很大，采用模块 化的方法，方便系统的调试、维护和升级，可以满足不同的需求VII目 录第一章 前

9、言 1绪 论 31.1 无线防盗报警系统在国外的发展现状.31.2 无线防盗报警系统在国内的发展现状.31.3 防盗报警的发展趋势.41.4 系统设计的目标和意义.51.5 本人的主要工作.61.6 本章小结.6第二章 系统设计.72.1 系统总体设计思路.72.2 系统功能分析.72.3 关键技术分析.82.3.1 热释电红外传感器简介.82.3.1.1 主动式红外入侵探测报警器.92.3.1.2 被动式红外探测器.102.3.2 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 .112.3.3 GPRS 模块.112.4AT89C51 单片机.122.4.1AT89C51 单片机的特性： .15VI

10、II2.4.2AT89C51 单片机的工作模式.162.4.3 单片机模块.162.5 声音报警电路模块设计.172.6 发光二极管报警电路模块设计.182.7 时钟电路模块设计.182.8 复位电路模块设计.182.9 本章小结.19第三章 硬件电路设计.213.1RS-232 通信的设计 .213.1.1RS-232 芯片选型.213.1.2MAX232 简介.213.2 单片机与 GPRS 模块的连接 .223.3 串行通信接口设计.233.4 本章小结.26第四章 系统的软件设计.274.1 软件的程序设计.274.2 主程序工作流程.274.3 中断服务程序工作流程.284.4 本章

11、小结.29第五章 系统调试.315.1 硬件系统的调试.315.2 整个系统的通电测试.315.3 软件调试.325.4 硬件调试故障排除.325.5 本章小结.32第六章 总结与展望.356.1 系统总结 356.2 系统不足与展望 35参考文献.37IX致谢.38基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计1前言随着经济和科学技术的不断发展，社会的不断进步、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，因而对防盗措施提出了新的要求。本系统就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于 GPRS 的无线防盗报警系统。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

12、救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。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。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部

13、特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计2第一章 绪 论1.1 无线防盗报警系统在国外的发展现状 从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放臵在街头巷尾，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，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动

14、拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。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，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以下特点，值得我们借鉴。 目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性

15、产业。比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司-美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。今年，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数已超过 600 万，近几年防盗报警收入总产值达 105 亿美元。1.2 无线防盗报警系统在国内的发展现状目前，还没有一个比较准确的数字说清国内报警行业的情况。就生产企业来看，国内各种防盗报警

16、产品生产企业有五百多家，年产值大约在 45 亿元左右。如果加上消防报警生产企业，共有近七百家，主要分布在广东、福建、北京、上海、浙江、江苏、河北等地，国内主要防盗报警产品制造商集中在深圳、福建泉州。但是所有防盗报警产品制造商的企业规模基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计3都不大，主要的生产厂家有：豪恩、美安、康联、华昌伟业、时刻、科立信、隆泰等；消防报警产品主要有河北的海湾公司、江苏的南京消防公司，可以生产报警主机、探测器、遥控器、报警中心接收机等防盗报警及消防报警系统产品。随着网络技术的成熟，基于 TCP/IP接口协议具有网络传输警情功能的报警技术也完美的应用到产品中。目前，国内市场上的

17、防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在 2004 年以后，特别是在 2004 年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近 80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安系统具有较高的自动

18、化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。1.3 防盗报警的发展趋势 随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“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）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。目前的无线探测器误

19、报的原因，一方面是现有无线信号的易被干扰造成的，这一特点随着无线技术的完善已经在改善的过程。另一方面则是对目标物特征识别的标准不够准确，如被动红外探测器，识别的是目标物与背景环境的温差，同时目标物需要发生相对位移，尽管这一特征包括了入侵者的特点，但是也还存在一些不足，如同样受热空气(背景)影响，纺织物与金属铁等由于比热不同而升高温度不同，故而具有了温差。那么，如果窗帘在探测范围内摆动，则具备了相对位移的特征，在某些特定条件下，这样原因产生的误报就会产生。当然，在原有基础上又会有添加微波探测方式的办法来减少误报，这也是寻求更准确特征识别基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计4的一种方式。目前，

20、借助物联网概念，传感器更被重视，现在相对于以往有更多的资源投入到传感的研究，而传感的根本则是特征识别的确认，这一研究领域的深入发展必将带动探测器的长足进步。太阳能、风能等可再生资源转化为电能的效率提升使得较小的能源转化板即可满足设备供电，而几年前毫安级别的待机功率已经由于低功耗设计的元器件提升的原因可以降到微安级别，这两者变化趋势终于将探测器与环保节能结合起来，同时由于解决了供电的线缆问题，使得一些以往的高功耗探测器无线信号传输加有线供电的半无线探测器转化成为真正的全无线探测器。综上所述，有理由坚信无线将是未来报警产品的趋势，当然同时专业市场由于对稳妥的追求，接受无线产品会有一个时间过程，这也

21、提醒我们，尽管新科技的应用很诱人，但安防行业的产品性能，稳定和可靠性永远是第一位的。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。1.4 系统设计的目标和意义 系统设计的目标有：1、将该设计划分为硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、单片机控制、报警模块等模块子函数。 2、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、单片机控制电路、报警模块及相关的控制

22、管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、报警信息等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、报警模块等部分组成。 3、构画系统的主流程，为系统设计中断服务程序。使系统可以处理紧急事件，为系统程序恢复初始化。系统设计的意义为在系统正常工作的状况下，由红外传感探测器布置探测区域，使系统处在探测报警状态当探测器探测到有非法入侵信号后，将脉冲信号传递给单片机主控制器，主控制器接到信号后向附属电路发出控制信号，声音报警、GPRS 等模块开始工作，声音报警器由中断服务系统停止工作或由人员手动中断解除报警，从而有效即时地保证用户的财产基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计5和人身安

23、全。1.5 本人的主要工作在无线防盗报警本设计中，本人担任的主要内容是系统调试中的软件系统的调试。软件系统的调试主要任务是针对单片机 AT89C51 编码进行测试，要保证软件编码的正确，才可以保证系统的正常运行(1)在仿真软件中进行软件调试，通电后观察系统正常工作，当红外探测器探测到有电平信号时，启动声光报警，并通过 GPRS 进行短信报警。当未到 10 秒按下 S1 时停止报警，当按下 S2 时系统进行复位。当红外探测器探测到信号时观察声光报警是否启动并持续 10 秒后停止。(2)通过在仿真软件中调试得到正确的程序后，再将 hex 文件导入到已经完成的硬件控制电路单片机模块中，检查电路是否正

24、常工作,复位按键，开始软件调试。观察是否达到要求，通过此方面，不仅检查硬件控制模块是否工作，并调试出程序是否实现所需的功能。1.6 本章小结本章主要介绍了无线防盗报警系统在国内外的发展现状，现如今的发展趋势。系统的设计目标,系统设计主要分硬件和软件两个部分，详细介绍了本设计系统模块的组成和可实现的功能，以及本人在本设计中负责的主要工作。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计6第二章 系统设计2.1 系统总体设计思路 基于 GPRS 的无线防盗报警器系统组成如图 2-1 所示。该系统结构组成为前端探测器（热释电红外探测器） 、单片机控制器、控制电路、报警模块。图 2-1 基于 GPRS 的无线

25、防盗报警器系统本系统由五路热释电红外探测器采集五路（门、窗、阳台等报警监测点）报警信号，将报警信号送入 89C51 控制芯片，控制触发报警模块发送防盗报警信息，从而实现家庭防盗报警系统的功能。 基本工作原理如下:利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给 MCU，MCU 判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，控制报警模块发出警告，实现防盗报警。2.2 系统功能分析本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、单片机控制、报警模块报警等子模块。电路结

26、构可划分为：热释电红外传感器、单片机控制电路、报警模块及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、报警等功能。 就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计7片机、复位电路、报警模块及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框

27、图如图 2-2 总体设计框图所示：图 2-2 总体设计框处理器采用 51 系列单片机 89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设臵在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 51 单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动报警模块发出警告声，从而实现相应报警功能。当报警延迟 10s 一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位。2.3 关键技术分析 2.3.1 热释电红外传感器简介热释电红外传感器简介热释电红外传感器通

28、过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。 当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量

29、比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快附属电路红外探测器控制器（报警控制中心）报警电路供电电源基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计8慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号 U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为 814um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感

30、热区域，构成立体警戒。2.3.1.1 主动式红外入侵探测报警器主动式红外入侵探测报警器主动红外入侵探测器是由红外发射机和红外接收机和报警控制器等组成，分别置于发收端的光学系统一般采用光学透镜，用于将红外光聚焦城较细的平行光束，以使红外光集中传送。由于目前市场上常用的红外发射器和接收器件都具有频率选择性，因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能，必须将驱动红外发射管的振荡频率调整在红外发射器件的工作频率附近，现在大部分产品的频率为 38KHZ，设计该电路时，可以让 555 电路组成的振荡器工作在 38KHZ 附近。至于接收电路，可以通过低通滤波等措施，在有红外线信号收到时输出一个高电平，如果有人阻

31、断了红外线信号，输出一个低电平信号，后续电路通过这个低电平信号启动报警。这类报警器主要存在的问题：安装时要求严格，精度要求高，有角度限制；对安装场所及位置要求高，有时需要多组发射与接收对管；发射与接收易受到手机、各种红外遥控的干扰，误报率高；使用寿命短，监控时电源不可间断，对红外发射与接收对管的寿命影响很大。主动式红外探测报警器的原理框图如图 2-3 所示:图 2-3 主动式红外探测报警器的原理框主动红外探测报警系统:红外发射端包括方波方生器和红外发射输出级；红外接收端包括一个与红外发射相配的前置放大器、波形编码检波器和输出驱动器。所谓与红外发射相配，主要是指红外接收管应与发射管的光谱相匹配并

32、根据其作用距离选择合适功率的发射管和一定灵敏度的接收管，以基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计9及必要的光学聚焦系统等。编码波形检波器用来对方波进行检测或整流，将其变成一定电平的直流信号，作为信号比较电路的输入。当有红外光线脉冲时，信号比较电路输出是一种状态(如呈低电平)；而红外光线被遮断时，该信号比较电路则转呈另一种状态(如呈高电平)，从而判定是否触发报警。采用主动红外探测报警器系统整体框架如图 2-4 所示： 图 2-4 主动红外探测报警器系统整体框架2.3.1.2 被动式红外探测器被动式红外探测器被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来

33、自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。被动红外探测报警器的原理框图如图 2-5 所示：图 2-5 主动红外探测报警器系统整体框架由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，使报警系统更加趋于完善。采用被动红外探测报警器系统整体框架如图

34、2-6 所示： 基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计10图 2-6 被动红外探测报警器系统整体框架2.3.2 被动式热释电红外探头的工作原理及特被动式热释电红外探头的工作原理及特性性 人体的体温一般在 37，所以会发出特定波长 10um 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的。人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。该探头具有如下特点：(1)由于这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释

35、电元件对波长为 10um 左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。(3)被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。(5)根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离） ，从而产生不同的监控视场，视场

36、越多，控制越严密。2.3.3 GPRS 模块模块GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与 GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计11TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的 GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用

37、电路交换模式的网络资源。GPRS 是 GSM Phase2.1 规范实现的内容之一，它是一种基于 GSM 的新型移动分组数据承载业务，能提供比现有 GSM 网 9.6kbit/s 更高的数据率。GPRS 采用与 GSM 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的 TDMA 帧结构。它突破了 GSM 网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数

38、据量传输。GPRS 网络是在现有 GSM 网络中增加 GGSN 和 SGSN 来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据。GPRS 理论带宽可达 171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在 40-100Kbit/s，在此信道上提供 TCP/IP 连接，可以用于 INTERNET 连接、数据传输等应用。GPRS 系统结构如图 2-7 所示： 图 2-7 GPRS 系统结构图2.4AT89C51 单片机80C51 系列 AT89C51 单片机在我们的系统中将扮演整个系统的“心脏”和“大脑”的角色，是系统的控制部分，是实现整个系统功能的指挥中心。80C51 系列 AT89C51 单片机具

39、有40 个引脚双列直插式封装的器件。但各种不同的单片机芯片又各有不同。80C51 系列基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计12AT89C51 单片机引脚如图 2-8 所示：图 2-8 单片机引脚图中管脚可以分为 4 类：电源类管脚 2 个、时钟类管脚 2 个、并行 IO 类管脚 32 个、控制类管脚 4 个。（1）电源VCC(40 脚)十 5V，芯片工作电源的输入端。（2）控制信号引脚RST/VPD(9 脚)：RST 为复位信号输入端。当 RST 端保持两个机器周期(24 个时钟周期)的高电平时，可对单片机实现复位操作。该引脚的第二功能是作为内部电源的输入端(VDD)。当电源 VCC 一旦

40、发生掉电或电压降低到低于电平规定值时，可通过它为单片机内部 RAM 提供电源，以保护片内 RAM 中的信息不丢失，使系统在上电后能继续正常运行。ALE/PROG(30 脚)：ALE 为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时，ALE 用来锁存 N 扩展地址低 8 位的地址信号。在不访问外部存储器时，ALE 以时钟振荡频率的 1/6 的固定频率输出。因而它又可用作外部定时及其它需要。但请注意：每当 CPU 访问外部数据存储器时，将减少一个 ALE 脉冲。ALE 能驱动 8 个 TTL 接口。此引脚的第二功能(PROG)是对89C51 型单片机内部 EPROM 编程时的编程脉冲输入端。PSEN(2

41、9 脚)：外部程序存储器 ROM 的读选通信号输出端。当访问外部 ROM 时，PSEN基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计13定时产生负脉冲作为外部 ROM 的选通信号，即每个机器周期(12 个时钟周期)内有效两次。在访问外部 RAM 或片内 ROM 时，不会产生有效的 PSEN 信号，PSEN 可驱动 8 个 TTL 输入端。EA/VDD(31 脚)：面为访问内外部程序存储器控制信号。当 EA0 时，对 ROM 的访问限定在外部程序存储器；当 EA1 时，在对 ROM 的访问先从内部 4KB 开始，当地址范围超出4KB 时自动切换到外部进行访问。由此可见 8031 型单片机没有内部的 4

42、KB 程序存储器，因此其 EA 直接接地。对于片内含 EEPROM 的机型，在编程期间，此引脚用作 21V 编程电源 VDD的输入端。（3）时钟振荡电路引脚XTAL1（19 脚)和 XTAL2(18 脚)的内部是一个振荡电路。当使用内部振荡电路时，在这两个管脚上外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。（4）并行 I/O 端口8051 型单片机有 32 条 I/O 线，构成 4 个 8 位双向端口。P0 口(3239 脚)：是一个 8 位漏极开路型的双向 I/O 口时，分时提供低 8 位地址，并用作 8 位双向数据总线。作为输出口用时，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑门

43、电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1 口(18 脚)：是一个带内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1” ，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。P2 口(2128 脚)：是一个带内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。在访问外部存储器时，提供高 8 位地址。P3 口(10 一 17 脚)：是一个带内部提升电阻的 8 位准双向 I/O 口。P3 口的输出缓冲级可驱动（吸收或

44、输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”时，它们被内部的上拉电阻把拉到高电平并可作输入端口。作输入端口使用时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL） 。在系统中，这 8 个引脚都有各自的第二功能如表 2-1 所示：基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计14表 2-1 P3 口引脚的第二功能P3 口引脚特殊功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断 0）P3.3（外部中断 1）P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通） (5)时钟电路

45、80C51 单片机内有一个高增益反相放大器，其频率范围为 1.2MHZ-12MHZ，XTAL1 和XTAL2 分别为放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部或外部方式产生。2.4.1AT89C51 单片机的特性：单片机的特性：1. 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择。2.工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机） 。3.工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051 的 080MHz，实际工作频率可达48MHz。4.用户应用程序空间为 8K 字节。5.片上集成 512 字节 RAM。6.通用 I/O 口（32 个） ，复位

46、后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8.具有 EEPROM 功能。9.具有看门狗功能。10.共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。11.外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计15平触发中断方式唤醒。 12

47、.通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART。13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 。14. PDIP 封装。2.4.2AT89C51 单片机的工作模式单片机的工作模式掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。空闲模式：典型功耗 2mA。正常工作模式：典型功耗 4Ma7mA。掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。2.4.3 单片机模块单片机模块就此设计的核心模块，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是由硬件和软件组成，硬件包括单片机、输入输出

48、设备、以及外围应用电路组成系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。本次设计处理器采用 80C51 系列单片机 AT89C51，整个系统是在软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89C51 单片机，门磁通过开关状态的改变，输出电平给单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备以及通过 GPRS 向指定手机报警完成相应动作。当报警延迟 10s 一段时间后自动解

49、除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警 10s 钟后由定时器实现自动消除报警。AT89C51 单片机功能模块图如图 2-9 所示：基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计162-9 AT89C51 单片机功能模块2.5 声音报警电路模块设计 声音报警器主要作用是一旦有人非法进入我们设定的报警区域，声音报警器在接到控制器的报警信号后，扬声器就会发出持续的鸣叫，对不法分子起到恫吓作用，同时也是向周围的人发出告警信息。 图 2-10 声音报警电路如上图 2-10 所示，用 YD100-4 型（0.5W）电动式扬声器和三极管、电阻接到单片机 P0.7引脚上，构成

50、声音报警电路。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计172.6 发光二极管报警电路模块设计发光报警器主要作用是用在晚上，一旦接受到报警信息，光报警器就点亮，同样是对非法闯入者的恫吓和对周围的人发出告警信息。由发光二极管接上电阻后连上单片机的 P0.6 的引脚，外接 VCC，当单片机的 P0.6 引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。发光二极管报警电路如图 2-11 所示：图 2-11 发光二极管报警电路2.7 时钟电路模块设计本次设计内部方式时钟电路，在 XTAL1 和 XTAL2 端子上外接定时元件，构成自激振荡电路。定时元件采用外接石英晶体振荡器振荡频率为 12MHZ，两个电

51、容主要起频率微调作用。因为一个机器周期含有 6 个状态周期，而每个状态周期为两个振荡周期，所以一个机器周期有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的频率为 12MHZ,一个振荡周期为 1/12us,故而一个机器周期为 1us，时钟电路如图 2-12 所示： 图 2-12 时钟电路2.8 复位电路模块设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计1812MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路

52、。复位电路图如图 2-13 所示： 图 2-13 复位电路2.9 本章小结本章主要介绍了系统设计的总体思路，对系统功能的分析以及关键技术的分析。关键技术用到了红外探测器和 GPRS 模块，由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度高，节能价廉等优点，采用了被动式红外探测器。系统的核心模块使用了 AT89C51 单片机，详细介绍了 AT89C51 单片机的特性以及工作模式，以及声音报警电路模块等其他模块的设计。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计19第三章 硬件电路设计3.1RS-232 通信的设计3.1.1RS-232 芯片选型芯片选型GPRS 模块和单片机之间采用的是 RS-232 总线

53、标准进行通信，所以在电路设计时采用RS-232 通信收发器芯片为 MAX232，它是美信（MAXIM）公司专为 RS-232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V 单电源供电。3.1.2MAX232 简介简介由于电脑串口 RS232 电平是-10V+10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是 TTL 电平0+5V,MAX232 就是用来进行电平转换的,该器件包含 2 驱动器、2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平。该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5-V TTL/CMOS 电平。每一个发送

54、器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平。MAX232 的内部电路构造图如图 3-1 所示：图 3-1 MAX232 的内部电路构造下面是 MAX232 的引脚介绍：基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计20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，提供给 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

55、脚（R2IN） 、9 脚（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 DB9 插头；DB9 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 GND、16 脚 VCC（+5V） 。3.2 单片机与 GPRS 模块的连接单片机与 GPRS 模块一般采用串行一步通信接口，通信速度可设定，通常为 9600bps。采用 RS-232 电缆方式进行连接时，数据传

56、输可靠性较好。单片机通过电平转换电路与 GPRS模块连接，电路比较简单。所涉及的芯片 MAX232 用于串行通信接口与 RS232 通信接口之间的电平转换。 MAX232 的 T1IN、T2IN、R1OUT、R2OUT 为接 TTL/CMOS 电平的引脚：T1OUT、T2OUT、R1IN、R2IN 为接 RS232 电平的引脚。TTI/CMOS 电平的 T1IN、T1IN 引脚应接AT89C51 的串行发送引脚 TXD；R1OUT、R2OUT 应接 AT89C51 的串行接收引脚 RXD。与之对应，RS232 电平的 T1OUT、T2OUT 应接 GPRS 模块的接收端 RXD；R1IN、R2

57、IN 应接 GPRS 模块的发送端 TXD。现选中其中一路发送接收，R1OUT 接 AT89C51 的 RXD,T1IN 接 AT89C51 的 TXD,T1OUT 接GPRS 模块的 RXD，R1IN 接 GPRS 模块的发送端 TXD.因为 MAX232 具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。单片机与 GPRS 模块连接的电路原理图如图 3-2 所示：基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计21图 3-2 单片机与 GPRS 模块连接的电路原理3.3 串行通信接口设计RS-232 串行通信口主要用于监控系统和远程的监控中心之间串行通信：监控系统一旦发出报警信号，就可以通过 RS-232 串

58、行通信口将报警信号传输到远处的监控中心。同时，远处的监控中心也可以将控制信号从发送到此监控系统上去。RS-232 串行通信口起到一个通信“桥梁”的作用。（1）串口 RS-232C 接口串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在 RS-232 标准的基础上经过改进而形成的。RS-232C 标准是美国 EIA(电子工业联合会)与 BELL 等公司一起开发的1969 年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在 020000b/s 范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与 RS-232C 制式兼容的通信设备，因此，它作为

59、一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。在讨论 RS-232C 接口标准的内容之前，先说明两点：首先，RS-232-C 标准最初是远程通信连接数据终端设备 DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备 DCE（Data 基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计22Communication Equipment）而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对 RS-232

60、C 标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。其次，RS-232C 标准中所提到的“发送”和“接收” ，都是站在 DTE 立场上，而不是站在 DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是 CPU 和 I/O 设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。下面来讨论 RS-232C 标准：RS-232C 标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C 标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（Recommend Standard）代表推荐标准，232 是标识号，C 代表 RS232 的最新一次修改（1969） ，在这之

61、前，有 RS232B、RS232A，它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有 EIA&#0；RS-232-C、EIA&#0；RS-422-A、EIA&#0；RS-423A、EIA&#0；RS-485。这里只介绍 EIA&#0；RS-232-C（简称 232，RS232） 。例如，目前在 IBMPC 机上的 COM1、COM2接口，就是 RS-232C 接口。电气特性EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在 TXD 和 RXD 上：逻辑 1(MARK)= -3V-15V 逻辑 0(SPACE)=

62、 315V在 RTS、CTS、DSR、DTR 和 DCD 等控制线上：信号有效（接通，ON 状态，正电压） 3V 15V信号无效（断开，OFF 状态，负电压）=-3V-15V以上规定说明了 RS-232C 标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1” （传号）的电平低于-3V，逻辑“0” （空号）的电平高于 3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于 3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于 3V 时，电路可以有效地检查出来，介于-3 3V 之间的电压无意义，低于-15V或高于 15V 的电压也认为无意义。因此，实际工作时，应保证电

63、平在(315)V 之间。机械特性 RS-232C 接口规定使用 25 针连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。在一般的应用中并不一定用到 RS-232C 的标准的全部信号线，所以在实际应用中 9 针连接器替代 25 针连接器。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计23功能特性 RS-232C 接口的主要端子定义见表 3-1：表 3-1 RS-232C 接口的主要端子定义 插针序号信号名称功能1PDND保护接地2（3）TXD发送数据（串行输出）3（2）RXD接受数据4（7）RTS请求发送5（8）CTS允许发送6（6）DSRDCE 就绪(数据建立就绪)7（5）SGND信号接地8

64、（1）DCD载波检测20（4）DTRDTE 就绪（数据终端准备就绪）22（9）RI振铃指示应注意 RS-232C 的逻辑电平与通常的 TTL 和 MOS 电平不兼容，为了实现 TTL 或 MOS 电路的连接，要外加电平转换电路 RS-232C 发送方和接收方之间的信号线采用多芯信号线，要求多芯信号线的总负载电容不能超过 250PF。通常 RS-232C 的传输距离为几十米，传输速率小于 20KBPS。过程特性 它规定了信号之间的时序关系，以便正确的接收和发送数据。如果通信双方均具备 RS-232C 接口，则二者可以直接连接，不必考虑电平转换问题。但对于单片机与计算机通过 RS-232C 的连接

65、，则必须考虑电平转换问题，因为 80C51 系列单片机串行口不是标准 RS232C 接口。远程通信 RS-232C 总线连接如图 3-3 所示：图 3-3 远程通信 RS-232C 总线连接远程通信时（通信距离不大于 15 米） ，可以不使用调制解调器。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计24RS-232C 电平与 TTL 电平转换驱动电路。如上所述，80C51 系列单片机串行接口与 PC机的 RS-232C 不能对接，必须进行电平转换，常见 TTL 到 RS-232C 的电平转换器有MC1488、1489 和 MAX232 等芯片。 MAX232 芯片是 MAXIM 公司生产的，包含两路

66、接收器和驱动器的 IC 芯片，且仅需要单一电源+5V，内置电子泵电压转换器，将+5V 转换成 RS-232C 所需输出电平9V。该芯片与TTL/CMOS 电平兼容，片内有两个发送器、两个接收器，使用比较方便。3.4 本章小结本章为本系统的硬件电路的设计。由于主机 PC 和单片机之间采用的是 RS-232 总线标准进行通信，所以在电路设计时采用的收发器芯片为 MAX232。本章中详细介绍了 MAX232 的引脚功能，GPRS 模块与 AT89C51 单片机的连接以及串行通讯接口 RS-232C 的设计。基于 GPRS 的无线防盗报警系统的设计25第四章 系统的软件设计 4.1 软件的程序设计 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的相应子程序模块就大体定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。下面分别说明各个子程序的编写原理：短信报警子程序：当搜索到报警要求的信号后，调用报警子程序即可完成报警功能