毕业设计（论文）基于热释电传感器和GSM模块的报警器设计

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1、中北大学信息商务学院2011届毕业设计说明书基于热释电传感器和GSM模块的报警器设计摘要随着科技的发展以及人民生活水平的提高，人们对家庭的安防系统有了更高的要求。本文利用热释电红外传感器LHI778及GSM模块设计了一种智能报警。在查阅相关资料的基础上，设计了红外信号采集电路、信号调理电路、数模转换电路、单片机控制电路、声光报警电路。本设计中选用西门子公司的TC35模块来实现远程报警；信号处理采用放大器LM324来构成放大滤波电路；模数转换电路由电压比较电路实现；单片机控制电路完成对输入信号的处理并经过串口与GSM模块通信，TC35给用户发送短信实现智能报警，同时进行声光报警。声光报警电路由发

2、光二极管、三极管以及蜂鸣器组成。电路调试及结果表明，设计的电路能够实现红外源（人体）的报警。关键词：热释电传感器LHI778，GSM模块TC35，单片机A design of alarm based on dual element detector and GSMAbstractWith the development of technology and the improvement of our lives, peoples request of defending is much higher then before. The research of this text is to ca

3、rry out the automatic alarm based on dual element detector and GSM. On the basis of reading relevant information , designs the infrared signal acquisition circuit, signal regulate circuit, analog-to-digital circuit and single-chip microcomputer control circuit, sound and light alarm circuit . we cho

4、se Siemens TC35 module to improve long-distance alarm, and use the universal amplifier LM324 to form Amplification filter circuit to Signal processing in this design. analog-to-digital circuit is based on voltage comparative circuit. the MCU operated the signal and communicate with GSM TC35 module t

5、hrough serial, then the GSM module send a note to the user to improve aptitude alarm, at the same time the sound and light alarm circuit is operated. the sound and light alarm system makes up of LED, dynatron and buzzer. And the results show that the circuit design of the circuit will be able to rea

6、lize the infrared source (human) alarm.Keywords: dual element detector LHI778, GSM TC35 module, MCU目 录1 引言11.1 课题研究背景及意义11.2 本课题主要研究内容11.2.1 设计内容11.2.2 设计方法21.3 本章小结22 报警电路设计32.1 信号采集与处理电路32.1.1 热释电传感器32.1.2 热释电红外信号采集及调理电路42.2 GSM模块TC35概述52.3 声光报警电路72.4 单片机控制电路设计82.4.1 89C52单片机概述82.4.2 单片机引脚说明92.4.3

7、 单片机外围电路102.4.4 GSM模块与单片机通信电路设计112.5 本章小结133 软件总体设计143.1 单片机串行通信143.1.1 串行通信概述143.1.2 定时器寄存器163.1.3 RS232串口介绍183.1.4 串行通信初始化193.2 单片机与GSM模块TC35通信203.2.1 串口发送短消息工作原理203.2.2 AT指令介绍203.2.3 短消息格式介绍213.2.4 短消息的控制方式223.2.5 短消息编码223.2.6 Unicode编码223.2.7 利用Unicode字符的PDU编码及短信发送233.3 程序流程图244 报警电路调试274.1 信号调理

8、电路及声光报警电路调试274.1.1 信号调理电路调试274.1.2 声光报警电路调试284.2 GSM模块TC35调试304.2.1 GSM模块与上位机PC之间的通信调试304.2.2 GSM模块TC35与单片机之间的通信调试335 结论34附录A 系统原理图35附录B 系统PCB版图36附录C 系统相关程序37参 考 文 献40致谢42第 45 页 共 II 页1 引言1.1 课题研究背景及意义随着经济的不断发展，人们的生活水平得到了显著提高，尤其是物质生活水平的提高，安全方面的问题越来越引起人们的重视。为了保障自家的财产安全，许多楼房住户都在自家地下室和住房的门、窗上安装了防盗门和防护栏

9、等。然而，这些设备在防盗的同时，也带来了许多弊端，如：若防盗门钥匙丢失，会给户主带来很大的麻烦；家中遇到紧急情况，这些防盗设备也会给逃生及消防救援带来诸多不便。随着科学技术的不断进步，尖端科学技术应用的普及，许多智能化的报警系统也应运而生，它们将更便捷、更可靠地保障住户的财产安全。利用当今广泛使用的移动通信网络GSM网络，设计基于GSM网络短消息的报警系统，可以将报警信号以发送短消息的方式传输到任何GSM网络可以覆盖的地方，具有成本低、报警范围大、系统灵活性和可靠性高的特点。GSM是目前发展较成熟的一种数字移动通信系统，其中短消息是利用最广泛的通信方案，把需要发的信息加上目的地址发送到短消息服

10、务中心，由服务中心转发给目的地址，具有实现简单、通信成本低、频谱利用率高和保密性好等特点。因此，基于GSM的报警系统，充分利用了GSM无线移动通信网络平台，不仅实时、自动、可靠及方便地实现了远程通信报警的监控，而且打破了防盗报警地域的限制。1.2 本课题主要研究内容1.2.1 设计内容本设计利用热释电红外传感器感应外界信号，由于热释电传感器输出的探测信号十分微弱（通常仅有1mV左右）而且是一个变化的信号，所以需要和放大电路相配合，将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。当有人接近时，通过蜂鸣器、LED报警，或者通过单片机控制GSM模块向手机发送报警短信。要求：（1）能够

11、感应到1020米范围内人的行动；（2）编写单片机c程序代码，实现RS232串口与GSM模块通信，控制GSM模块发出报警信号；（3）对电路和程序进行调试，最终实现短信报警功能。1.2.2 设计方法该系统利用热释电红外传感器感应外界信号，单片机是整个系统的核心控制部件，传感器触发的报警信号经过信号处理电路后输入到单片机，单片机对信号加以判断，然后发出命令，通过执行机构使系统按照一定的顺序进行工作。这里包括：当传感器发现有人时，一方面采用现场声、光报警；另一方面引入先进的GSM通讯技术，利用GSM无线通讯网络，将来人这个信息传递给户主，户主在得到信息后，可以采取相应的措施。本课题可以分为单片机基本电

12、路模块、信号检测与处理模块、声光报警模块、GSM通信模块、单片机控制模块五个模块：单片机基本电路模块主要包括电源电路、复位电路、时序产生电路，即构成单片机最小系统的基本电路；信号检测与处理模块主要包括信号检测电路、信号处理电路（信号放大滤波等）；声光报警模块主要是基于发光二极管以及扬声器的驱动电路；GSM通信模块是基于西门子公司TC35模块和单片机之间的通信；单片机控制模块主要是通过单片机控制GSM模块发出短信以及声光报警。1.3 本章小结 本节主要介绍了课题研究的背景和意义，以及研究内容和要求，同时对课题的研究方法进行了简单介绍。2 报警电路设计系统硬件设计主要包括信号采集与处理电路、单片机

13、基本电路、声光报警电路、GSM模块与单片机连接电路，总体框图如图2.1所示。89C52单片机外围电路信号采集与处理电路声光报警电路GSM通信模块图2.1 报警电路总体框图2.1 信号采集与处理电路2.1.1 热释电传感器GD热释电红外传感器（Pyroelectric Infrared Detector,PIR）就是利用热释电效应的原理，将红外辐射转换为电能的一种元件，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极而构成响应元。它通常由两个极性相反的传感元件串联连接，并于一个高阻和一个场效应晶体管组装在一起。其内部结构如图2.2所示。当传感器监测范围内温度有变化时，

14、因热释电效应会在两个电极上产生电荷，即在两电极之间产生一微弱电压。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷会跟空气中的离子结合而消失，当环境温度稳定不变时，传感器无输出。与所有热传感器一样，热释电传感器的工作原理可以用3个过程来描述：由辐射转化为热的吸收过程：由热转化为温度的加热过程：由温度转化电的测温过程。S 图2.2 热释电红外传感器内部结构 图2.3 热释电传感器LHI778外形红外辐射在自然界中无处不在，任何高于绝对零度（273）的物体都会有红外线向周围空间辐射，其本质是热辐射。物体温度越高，则辐射的红外线越多，红外辐射能量就越强。而人体都有

15、恒定的体温，一般在37度，根据维恩位移定律： T = 2897.8umK,所以会发出波长约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10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。根据热释电效应，当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，而红外感应源采用热释电元件，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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。近年来热释电红外传感器除了用于遥感、制导、夜视、主动雷达、热成像、气体分析、辐射计、测温等军事和工业场合外，它在消费电子电器产品中

16、的应用正迅速增长。目前应用最多的是检测人的传感器，比如用于防盗报警系统。2.1.2 热释电红外信号采集及调理电路本设计选用PerkinElmer公司的LHI778热释电红外传感器，它是双元传感器，由硅窗、敏感材料、高值电阻Rg、场效应管以及为增强抗干扰能力而并的一个电容组成。其外形结构如图2.3所示。D脚和S脚分别为内部场效应管的漏极和源极的引出端，G脚为内部敏感元接地引出端。因S和G之间悬空，故使用时在这两个引脚之间应接入一个输出电阻Ro，才能输出传感信号。热释电红外传感器是一种高阻抗的器件，容易引入噪声，所以与它相连的第一级前置放大电路必须采用高输入阻抗、低噪声的场效应晶体管，并把它封装在

17、热释电探测器管壳内。这样可以有效地降低干扰、防止外界干扰及机械振动的影响。高值电阻Rg的作用是释放栅极电荷，使场效应管安全正常工作。热释电红外传感器输出的信号很微弱，容易受到噪声的干扰，甚至有效信号被淹没在噪声中。研究发现传感器上输出信号的干扰源主要来自传感器的热噪声、固有噪声、放大器的电压和电流噪声等。热噪声是由探测器材料中的电荷载流子的随机热运动而产生的。要减小热噪声带来的影响，应尽量缩短热释电传感器和前置放大电路之间的距离，减少外界热干扰，并在前置放大电路中串入低通滤波电路，限制噪声带宽。传感器的固有噪声电压峰峰值约为50uv，室外热空气流动能够产生接近250uV的噪声，在室内也接近18

18、0uV。其他可能存在的干扰，如空间电磁波干扰和机械振动等，噪声幅值接近100uV，三种噪声叠加最大幅值接近300uV。所以需要对其进行放大处理，同时还要滤波以去除干扰和噪声。因此，本设计采用的信号调理电路包括两级增益放大、带通滤波、比较电路组成，其电路如图2.4所示。图3.3中传感器D端和5V电源之间串联一个10K的电阻，用于降低射频干扰。G端接地，S端接47K的负载电阻。传感器输出直接耦合至低噪声运放（LM324）构成的带通滤波和第一级放大电路的反向输入端，然后再经过电阻R7、电容C4耦合至第二级放大电路进行进一步滤波放大。图2.4 热释电红外传感器信号调理电路根据滤波器的特点，其截止频率公

19、式为： （式3.1）可得在本设计带通滤波电路中，上限截止频率为15.9Hz，下限截止频率为0.07Hz；在放大电路中第一级放大增益为100，第二级放大增益大约为20，因此经过两级放大后电路总增益可达到66dB。双限电压比较器由四运放(LM324)的另两个放大器构成。由于噪声源最大幅值接近300uV，经两级放大电路后，最大噪声幅值达到600 mV。第二级放大电路偏置在VCC2，即2.5 V，因此，双限电压比较器的高低阈值应设置为3.1 V和1.9 V时才能有效抗噪声干扰，即当放大器输出信号电平大于3.1 V或者小于1.9V时，比较器输出高电平，表示探测到移动人体。2.2 GSM模块TC35概述T

20、C35模块是Sielnens公司推出的新一代GSM无线通信模块，它可以快速可靠的实现数据、语音传输、短消息服务SMS(Short Message Service)和传真。模块工作电压为3.3-5.5V（典型值为4.2V），可工作在900MHz和180OMHz两个频段，它提供RS232数据口，符合GSMO7.O7和GSMO7.O5标准，模块采用AT Command接口，支持文本和PDU模式的短消息。通过40引脚的ZIF连接器，实现指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、FLASH存储器、40芯ZIF插座、天线接口等六部分

21、组成。GSM基带处理器是整个模块的核心，主要处理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模拟和数字功能。射频天线部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，供电模块为处理器以及射频部分提供所需的电源，40芯的ZIF插座为用户提供包括电源、数据输入输出、SIM卡接口、音频接口和控制等的接口。其结构框图如图2.5所示。TC35带有RS232数据口，符合ETSI标准GSM07.07和GSM07.05,且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体,向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音和短消息提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开

22、发及设计。本设计就是利用该模块中串口实现与单片机的通信。图2.5 TC35结构框图 TC35模块共有40引脚，通过一个ZIF（Zero Insertion Force 零阻力）连接器引出。这40个引脚主要包括电源、数据输入/输出、SIM卡、语音接口和控制引脚。其引脚分布如图2.6所示。图2.6 TC35引脚分布图各管脚功能如下：114引脚为电源部分，其中l5引脚为电源电压输入端VBATT+；610引脚为电源地GND，1112引脚为充电端，13引脚为对外输出电压(供外部电路使用) ，14引脚ACCUTEMP接负温度系数的热敏电阻；2429 引脚为SIM 卡连接端分别为CCIN、CCRST、CCI

23、O、CCCLK、CCVCC和CCGND；15、30、31和32引脚为控制部分，15引脚为启动线IGT(Ignition)。当TC35通电后必须给IGT一个大于100 mV的低电平，模块才能启动。30引脚为RTC backup（后备电池）；31 引脚为掉电控制Power down；32 引脚为SYNC，1623 引脚为数据输入/输出端分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。3340引脚为语音接口用来接电话手柄。TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，它符合ITU-TRS232接口标准，它有固定的参数：8 位数据位和1 位停止位，无校

24、验位，波特率在300bps-115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF,CMOS 电平，支持标准的AT 命令集。通过这一接口可以用AT 命令切换操作模式，可以使它处于语音、数据、短消息或传真模式。2.3 声光报警电路本设计中声光报警电路是利用三极管、发光二极管以及扬声器进行设计其设计电路如图2.7所示。图2.7 声光报警电路 该电路工作原理为当有人经过时，传感器输出信号经过信号处理电路和电压比较电路后，给单片机输入一个高电平信号，进而单片机作出响应将P1.1口置低，从而该电路开始工作，即发出声光报警。2.4 单片机控制电路设计2.4.1 89C52

25、单片机概述本设计选用STC89C52单片机，它是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器。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。其内部结构如图2.8所示。时钟电路程序计数器PC4KB程序存储器数据存储器定时/计数器T0/T1CPU总线控制中断系统5中断源、2优先级4个可编程并行I/O口串行口全双工 1个图2.8 89C52单片机内部结构2.4.2 单片机引脚说明本设计选用STC89C

26、52单片机采用DIP-40封装，共有40个引脚，包括电源引脚、外接晶体引脚、并行I/O引脚、控制引脚。其引脚分布如图2.9所示。图2.9 51单片机管脚分布图VCC：供电电压+5V。GND：接地。P0口：P0口为一个8位三态I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在作为驱动时，P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这

27、是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，当作为I/O口使用时，可直接连接外部I/O设备。它是地址总线的高8位复用，可驱动4个TTL负载。一般作为扩展地址总线的高8位使用。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，是双功能复用口。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，各位定义如下：P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写脉冲）P3.7 /RD（外部数据存储器读脉冲）RST：复位输入。当振荡器运行时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间，复位后应

28、使此引脚电平为小于或等于0.5V的低电平。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位。平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，其频率为振荡器频率的1/6。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。：外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/VPP：当/EA保持低电平时，只访问外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.4.3 单

29、片机外围电路单片机基本电路主要包括时钟电路、复位电路以及一些基本设置。STC89C52内部有一个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，本设计采用内部方式产生时钟。内部方式的时钟电路如图2.10所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。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。图2.10 时钟电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，

30、使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。在STC89C52中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。整个复位电路包括芯片内、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。复位操作有上电自动复位和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2.11所示。这样，只

31、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2.11 单片机复位电路2.4.4 GSM模块与单片机通信电路设计 本模块电路设计主要是基于单片机串口与TC35连接进行通讯。在TC35外围电路设计中主要有启动电路、指示电路、数据通信电路、SIM卡电路等。对于TC35控制，IGT信号非常重要，只有正确的IGT信号才一可以使TC35正常运行。系统加电后，为使TC35进入工作状态，必须给IGT引脚加一个延时大于100ms的低脉冲，电平下降持续时间不可超过lms。驱动IGT时，TC35供电电压不能低于3.3V，否则TC35不能激活。基带处理器集成了一个S

32、IM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。TC35使用外接式SIM卡，ZIF连接器上有6个引脚做为SIM卡的接口，SIM卡上也有6个引脚分别与它相对应，SIM卡同TC35是这样连接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35同名端直接相连。TC35在 ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。本系统采用的是短消息报警方式，所以语音接口引脚3340将悬空不用，电源采用直接供电，所以1114引脚也

33、将悬空不用。其余的引脚按功能可分为5个部分：（1）电源部分，（2）启动关机部分，（3）串口部分，（4）SIM卡座部分，（5）其他部分。其总体框图如图2.12所示。40PIN ZIF电源部分启动关机部分单片机电路SIM卡座部分其他串口部分TC35图2.12 GSM模块外围电路总体框图TC35模块与单片机通过串口连接进行通讯，TC35的串行接口电平是0-3.3V，然而我们常用的微处理器接口电平为0-5V，因此必须做电平转换。进行电平转换常用的接法有两种，一种是利用MAX232进行电平转换，一种是TTL接法，即在单片机与TC35模块之间串联一个电阻。本设计采用后一种TTL接法。所以单片机与TC35模

34、块电路设计如图2.13、2.14所示。图2.13 单片机与TC35模块连接图图2.14 TC35外围接口2.5 本章小结 本节主要介绍了硬件电路原理图的设计以及相关理论知识。在这一节中主要是单片机的基本电路设计、信号处理电路设计、TC35外围电路设计以及单片机与TC35模块通过串口的的连接电路设计。通过本节对各电路工作原理以及各模块设计有了清楚的认识，为以后的设计利用打下了良好的基础。3 软件总体设计 本系统的工作原理是通过热释电传感器感应人的移动输出一个微弱电压，经过信号处理后给单片机输入一个信号，单片机通过对信号的判断，进而控制声光报警和GSM模块发送短信。因此，本系统软件设计主要是单片机

35、通过串口与GSM模块之间的通信设计。3.1 单片机串行通信3.1.1 串行通信概述MCS-51单片机内部有一个全双工的串行口，这个口既可以用于网络通信，也可以实现串行异步通信，进行数据的收发，还可以作为同步移位寄存器来使用。该接口有4 种工作方式，其字符格式有8 位、10 位、11 位，可用不同的波特率工作。单片机串行口的控制寄存器有两个特殊功能寄存器SCON 和PCON下面分别说明各个控制字的定义和用法：串行控制寄存器SCON 可用于确定串行通信的工作方式并控制串行通信的某些功能，监视、控制串行口的工作状态，也可用于存放要发送和接收的第九个数据(TB8、RB8)，并设有接收和发送中断标志RI

36、 和TI。SCON的格式如表3.1所示表3.1 串行控制寄存器SCON的格式SCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功能工作方式选择多机通信控制接收允许发送第9位接收第9位发送中断接收中断各位功能如下：SM0 SM1 串行口工作方式选择位。表3.2列出了其状态组合所对应的工作方式。表3.2 串行方式的定义SM0SM1工作方式功能说明波特率0008位同步移位寄存器输入/输出波特率固定为fosc /1201110位UART波特率可变(T1溢出率/n，n=32或16)10211位UART波特率固定

37、为fosc /n，(n=64 或32)11311位UART波特率可变(T1溢出率/n，n=32或16) SM2 多机通信控制位。主要用于方式2和方式3中(数据位为9位)。在方式2和方式3处于接收状态时，若SM2=1，REN=1，且接收到的第9位数据RB8=0，则RI不会被置1。只有当RB8=1时，RI才会置位产生中断请求。若SM2=0，无论接收到的第9位数据RB8为0还是1，RI 都会被置位，将前8位数据装入SBUF中并产生中断请求。在方式1中，若SM2=1，只有在接收到有效停止位时RI才会被置1。在方式0中，SM2必须为0。 REN 允许接收控制位。REN=0，禁止接收；REN=1，允许接收

38、，启动串行口的RXD接收数据。该位由软件置1或清0。 TB8 方式2和方式3中要发送的第9 位数据。在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9个数据位，一般是程控位。由软件进行置1或清0。在多机通信中，用于表示主机发送的是地址帧还是数据帧：TB8=0表示数据；TB8=1表示地址。此外，还可以用于奇偶校验位。在方式0中，此位不用。 RB8 方式2和方式3中要接收的第9 位数据。在方式2和方式3时，RB8存放接收的第9位数据。在方式1中，若SM2=0，RB8接收到的是停止位。在方式0中，此位不用。 TI 发送中断标志位。在方式0中，当发送完第8位数据时，由硬件置1。在其他方式中，遇发送停止位时，由硬

39、件置1。TI=1 时，表示帧发送结束，可申请中断，CPU 响应中断后，发送下一帧数据。TI位必须由软件清0。 RI 接收中断标志位。在方式0中，接收完第8位数据时，由硬件置1。在其他方式中，接收到停止位时，由硬件置位。RI=1时，表示帧接收结束，可申请中断，要求CPU取走数据。RI位也必须由软件清0。在方式1 中，SM2=1 时，若未接收到有效的停止位，不会对RI置位。电源控制寄存器PCON 主要是为CHMOS 型单片机的电源控制而设置的专用寄存器。在CHMOS 的MSC-51 单片机中，除了最高位SMOD 位外，其他位都是虚设的。PCON寄存器格式如表3.3所示。表3.3 电源控制寄存器PC

40、ON寄存器格式PCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称SMOD-GF1GF0PDIDLSMOD位是串行口波特率的倍增位，当SMOD=1时方式1、方式2、方式3的串行口波特率加倍(方式0的波特率固定)。SMOD=0时，各工作方式的波特率不增加。PCON寄存器无地址控制功能，不能进行位寻址。系统复位后，寄存器各状态位均为0，按键复位后保持不变。3.1.2 定时器寄存器在本设计中设置串口在方式1下工作，在这种方式下波特率是可变的，所以对定时器的工作方式需要介绍一下。在应用中，定时方法有软件定时、硬件定时、可编程定时器三种方式。它们的特点如下所述。软件定时：靠执行一个循环程序以进行时间延迟。时间

41、精确，不需外加硬件电路；要占用CPU，定时时间不宜太长。硬件定时：定时功能全部由硬件电路完成，不占用CPU时间；但通过改变电路中元件参数来调节定时时间使用不方便。可编程定时器定时：通过对系统的时钟脉冲的记数来实现。使用灵活方便；用计数方法实现定时，因此还可以对外部脉冲进行计数，实现计数功能。综合考虑三种方式，在本设计中应用可编程定时器定时这种简便并且容易控制的方式。在这种方式中需要对定时器控制寄存器（TCON）和定时器方式寄存器（TMOD）进行初始化，其基本格式如表3.4和3.5所示。表3.4 定时器控制寄存器TCON寄存器格式TCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称TF1TR1TF0T

42、R0IE1IT1IE0IT0TCON的高4位存放定时器的运行控制位和溢出标志位。低4位存放外部中断的触发方式控制位和锁存外部中断请求源，与中断有关。（1）TFx：定时器Tx溢出标志。定时器的核心为加法计数器，当定时器Tx发生计数溢出时，由硬件将此位置“1”。TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源，当CPU响应中断、进入中断服务程序后，由单片机内部硬件自动将TFx清“0”。（2）TRx：定时器Tx运行控制位，通过软件置“1”或 清“0”。TRx为“1”启动“计数器”计数，为“0”停止“计数器”计数。表3.5 定时器方式寄存器TMOD寄存器格式TMODD7D6D5D4D3D2D1D0功能GAT

43、EC/M1M0GATEC/M1M0T1T0 TMOD寄存器中主要用于对2个定时器T0、T1的工作方式进行设定，TMOD不能位寻址，只能用字节指令设置定时器工作方式。各位功能如下：GATE-门控制位GATE=0，允许软件控制位TR0或TR1启动定时器； GATE=1，允许外中断引脚INT0(或INT1)为高电平，且软件使TR0（或TR1）置1时，才能启动定时器工作。 在一般情况下，取GATE=0。C/-定时/计数功能选择位C/ =0，对单片机内部机器周期进行计数，作定时器用；C/=1，对单片机外部从T0(P3.4)、T1(P3.5)引脚输入的外部脉冲信号进行计数，作计数器用。 M1 M0-工作方

44、式选择位 M1M0工作方式方式特点00方式013位计数器，最大值计数值819201方式116位计数器，最大值计数值6553610方式2初值自动重装8位计数器，最大值计数值25611方式32个8位计数器，仅适用于T03.1.3 RS232串口介绍在上面的介绍中了解到TC35模块的串口符合RS232接口标准，其引脚分布分别如表3.6，表3.7所示。TC35的串口引脚为DSR0、RING0、RXD0、TXD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。通信时将同名端与RS232各引脚连接。RXD0，TXD0是数据发送与接收，在这里连接时RXD0与RXD连接，TXD0与TXD连接，对于一般的非CPU类设

45、备连接都使用这种规则。表3.6 9针串口引脚定义编号符号功能说明1DCD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4DTR数据终端准备好5GND信号地6DSR数据准备好7RTS发送请求8CTS发送清除9RING振铃指示表3.7 TC35与数据终端设备串口连接编号TC35数据终端设备引脚功能数据传输方向引脚功能数据传输方向3TXD0输入TXD输出2RXD0输出RXD输入7RTS0输入RTS输出8CTS0输出CTS输入4DTR0输入DTR输出6DSR0输出DSR输入1DCD0输出DCD输入9RING0输出RING输入数据在两个串口之间传输时，常常会出现数据丢失的现象，如计算机与单片机之间的通讯，接收

46、端数据缓冲区已满，则此时继续发送来的数据就会丢失。可以用流控制解决这个问题，当接收端数据处理饱和时，就发出“不再接收”的信号。发送端就停止发送，直到收到“允许发送”的信号后再发送数据。在本设计中，由于短消息数据量不大的特点以及单片机引脚少的特点，这里只用到RXD0、TXD0分别与单片机的RXD和TXD连接。由于89C52串口电压的输出高电平为35V，而TC35串口电压的高电平范围为1.953.45V，因此单片机与TC35串口连接时在它们之间应分别串联一个电阻，以达到电平转换的目的。3.1.4 串行通信初始化在利用单片机串口进行通信时都需要先对其进行初始化，即定义其工作方式以及波特率的设置。本设

47、计中设置串口使其工作在方式1，因此本设计串口初始化程序为：void uart_int(void) SCON = 0x50； /UART方式1：8位UART；REN=1：允许接收 PCON = 0x00； /SMOD=0：波特率不加倍 TMOD = 0x20； /T1方式2，用于UART波特率TH1 = 0xFC； TL1 = 0xFC； /UART波特率设置：9600 (时钟频率为16MHz) TR1 = 1；3.2 单片机与GSM模块TC35通信3.2.1 串口发送短消息工作原理单片机与TC35模块一般采用串行异步通信接口，通常具有红外和通信电缆两种连接方式，通信速度可设定，通常为9600b

48、ps。采用红外接口的优点是单片机系统与TC35模块电气隔离，相互不干扰，接口各自独立，使用方便；缺点是通信距离较短，红外传播的方向性对接口相对位置有要求。采用电缆连接时，数据传输的可靠性较好；其主要缺点是设计不当时会对TC35模块的通信质量产生影响。本设计采用电缆连接。GSM的短信息SMS业务利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，经短消息服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短消息的信息量限制为160字节。现在市场上大多数手机均支持GSM0705规定的AT指令集。该指令集是ET

49、SI发布的，其中包含了对SMS的控制。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制手机收发SMS的目的。3.2.2 AT指令介绍AT即Attention，AT指令集是从终端设备(Terminal Equipment，TE)或数据终端设备(Data Terminal Equipment，DTE)向终端适配器(Terminal Adapter，TA)或数据电路终端设备(Data Cireuit Terminal Equipment，DCE)发送的。通过TA，TE发送AT指令来控制移动台(Mob11eStation，MS)，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT指令进

50、行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。本设计采用西门子公司开发的GSM AT指令集，过程中需要用到的AT指令有：（1）AT+CMGF；指令功能为：选择GSM短消息的发送和接收模式。指令格式：AT+CMGF=0 选择使用PDU模式发送接收短消息；AT+CMGF=1 选择使用文本模式发送接收短消息；本文所使用的是PDU模式，所以使用AT+CMGF=0。（2）AT+CSCA 指令功能为：显示GSM短消息服务中心号码。发送AT+CSCA？ 到手机后得到的回复信息是“+8613010701500”，这个号码就是联通太原分公司的短消息服务中心号码。（3） AT+CMGD 指令功能为：删除SIM

51、卡内存的短消息。发送AT+CMGD=到手机后手机将删除指定的数字在内存中的位置上的短消息。（4） AT+CMGS 指令功能为：发送短消息。由于本设计采用PDU模式，所以指令格式为：AT+CMGS= + PDU数据，这里的PDU数据就是短消息发送的字符串。3.2.3 短消息格式介绍由于GSM网络的发展日益成熟，并且利用中文短信传送的的方便，基于GSM网络的短消息传送信息已得到越来越广泛的应用。下面介绍一下短消息的基本内容。短消息的接收形式如表3.8所示：表3.8 短消息接收形式SCAPDU-typeOAPIDDCSSCTSUDLUD短消息的发送形式如表3.9所示：表3.9 短消息的发送形式SCA

52、PDU-typeMRDAPIDDCSVPUDLUD表3.10 短消息形式的英文解释SCA 短消息服务中心地址，1一12位数字MR 由手机设置短消息递交帧递交数字PDU-type 协议数据单元类型，1位数字0A 发送方地址，即发送的手机号码DA 接收方地址，即接收的手机号码PID 协议识别符，1位数字DCS 数据译码方案，1位数字SCTS 服务中心接收短消息时间VP 短消息发送的合法期限UDL 用户数据长度，1位数字UD 用户数据，0-140位数字RP 短消息回复的路径UDHI 用户数据区包含的报头SRI 指明移动设备是否需状态报告SRR 指明移动站是否需要一个状态报告VPF 指示VP区是否存在

53、MMS 指示是否有更多的消息将被发送RD 拒绝重复MTI 消息类型指示，00消息接收，01消息发送3.2.4 短消息的控制方式TC35模块采用AT指令，单片机可通过正确的指令对TC35模块进行初始化和短消息的发送接收等。对短消息的控制有三种方式：Block模式、基于AT命令的Text文本模式、基于AT命令的PDU(protocol description unit)模式。使用B1ock模式需要手机生产厂家提供驱动支持，现在还没有发现哪个厂家公布支持这种短信发送模式，PDU模式已取代Block模式。应用Text文本格式时，短消息内容以ASCII码格式直接输入，操作比较简单，缺点是只能发送英文短消

54、息；应用PDU格式时，短消息内容以Unicode格式输入，可以发送任何文字，缺点是短消息内容需要转换成Unicode码，并且要把短消息按PDU格式打包，操作比较复杂。由于我们采用的是西门子的TC35模块，所以本文主要探讨PDU模式的发送和接收。3.2.5 短消息编码 PDU模式中，可以采用三种编码方式来编码要发送的内容，分别是7-bit编码、8-bit编码、16-bit编码。7-bit编码用于发送普通的ASCII字符；8-bit编码通常用于发送数据消息，比如图片和铃声等；而16-bit编码用于发送Unicode字符。在这三种编码方式下，可以发送的最大字符数分别是160、140、70。若要发送中

55、文，必须采用PDU模式的Unicode编码方式。设需要发送短消息内容为“Hi”，使用的GSM字符集为7位编码。首先将字符转换为7位的二进制，然后，将后面字符的位调用到前面，补齐前面的差别。例如:H翻译成1001000，i翻译成1101001，显然H的二进制编码不足八位，那么就将i的最后一位补足到H的前面。那么就成了11001000(C8)，i剩下六位110100，前面再补两个O，变成00110100(34)，于是“Hi”就变成了两个八进制数C834。3.2.6 Unicode编码 Unicode(万国码)是一种在计算机上使用的字符编码。它为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码，以

56、满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。1990年开始研发，1994年正式公布。随着计算机工作能力的增强，Unicode也在面世以来的十多年里得到普及。 对于英文来说，ASCII码0-127就足以代表所有字符，对于中文而言，则必须使用两个字节(byte)来代表一个字符，其第一个字节必须大于127（所以我们有许多程序判断中文都是以ASCII码大于127作为条件)。以上用两个字节表示一个中文的方式，习惯上称双字节DBCS，而相对之下，英文的字符码就称为单字节SBCS。虽然双字节DBCS足以解决中英文字符混合使用情况，但对于不同字符系统而言，必须经过字符码转换，非常麻烦。例如:中英文混合情况，日

57、文，韩文等等。为解决这个问题，Apple，Xerox，Microsoft，IBM，Novell等很多公司联合起来制订了一套可以适用于全世界所有国家的字符码，就称为Unicode码。Unicode的特点是:不管哪一国的字符码均以两个Byte表示，例如“A在Unicode码中则是16进制41和00的组合，即4100，高位41(转换为ASCII码即是65=A)。3.2.7 利用Unicode字符的PDU编码及短信发送PDU 模式收发短信可以使用3种编码7-bit、8-bit和16-bit编码，7-bit编码用于发送普通的ASCII 字符，8-bit编码通常用于发送数据消息，16-bit编码用于发送U

58、nic- ode字符一般的PDU编码由A B C D E F G H I J K L M十三项组成。其中，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 文件头字节,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BH 被叫号码长度,由F中的数据决定I 协议标识,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 用户数据长度,2位十六进制数M 用户数据,其长度在L和J中设定,采用16-bit编码，这里是中英文

59、的Unicode字符PDU格式有两种：包含短信中心地址的PDU模式和不包含中心地址的PDU模式，在本设计中采用包含短信中心地址的PDU模式。所以要发送字符“你好”到手机13653604184中，其格式为：08 91 683110701005F0 11 00 0D 91 683156634081F4 00 00 A9 04 4F60597D表3.11 代码解释意义08短信息中心地址长度，指(91)+(683110701005F0)的长度91短信息中心号码类型，91表示号码是国际代码，81是国内代码。683110701005F0短消息服务中心号码，号码的每个字节位置上高低位互换，末尾字节是半字节，

60、另外半字节用F代替。实际号码为：861301070150011文件头字节00信息类型0D接收方号码长度91短信息中心号码类型，91表示号码是国际代码，81是国内代码。683156634081F4被叫号码，也经过字节交换。实际号码为：861365360418400协议标识00数据编码方案A9信息有限期VP，有效期（A9-166）1天 = 3天04短消息的长度，即“4F60 597D”的长度4F60 597D短消息内容的Unicode编码3.3 程序流程图在本系统中，软件设计主要涉及到对于串口初始化及通信程序、延时程序，同时在对51单片机进行编程时，需要注意P1口作为输入时需要先将该口输出1，即把P1口设为输入状态。若在输入操作之前不将P1口设置为高电平（即先向该口线输出1），当P1口电平为低电平时，则外设输入的任何信号均被P1口拉为低电平，亦即此时外设的任何信号都不能输入。更为严重的是，当P1口为低电平，而外设为高电平时，外设的高电平通过P1口内部的MOS管强迫下拉为低电平，将可能有很大的电流流过MOS管，而将其烧坏。在本设计中，主要分为主程序、延时子程序、串口初始化程序、串口发送子程序。其主程序流程图如图3.1所示。开始是否有人（P1.0=1）?是否有人（P1.0=1）?