GSM 的家庭防盗报警系统的设计与实现

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1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：基于GSM的家庭防盗报警系统的设计与实现 系 别： 信息工程系 班 级： 08电子信息工程（1）班 姓 名： 指 导 教 师： 2012年6月10 日基于GSM的家庭防盗报警系统的设计与实现摘 要随着社会的进步以及科学技术的快速发展，人们的生活水平日益提高，与此同时，对住宅的要求也越来越高。家居环境不仅要舒适化，而且要安全化和智能化。尤其是上班族，他们的大部分时间是不在家的，因此他们希望通过自动监测报警系统来随时随地的掌控家中的安全情况，以往的防盗系统包括防盗门、防盗窗已远远不能满足人们的需要。本设计是一种基于GSM(Global System for M

2、obile Communications)短信模块的家庭无线防盗报警系统。随着GSM网络的迅速普及以及移动通信技术的快速发展，利用GSM网络实现家庭远程监控是非常具有实际应用价值的。本设计主要借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的短消息的形式，直接把报警情况反映到手机上，具有非常好的远程监控效果。本设计主要采用AT89C52单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的正常运行，采用HC-SR501热释电红外传感器进行安保监控，采用MQ-2烟雾传感器监控火情，单片机接收传感器采集的报警信号，通过判断，及时控制GSM模块发送相应的报警信息给户主。本设计还具有键盘显示模块可以预设和改变报警电话号码

3、，方便用户实时更改报警电话号码，还可以通过无线红外遥控控制布、撤防。该系统不需要再组建专用的报警网络，利用已有的GSM网络来实现无线报警功能，具有很好的安全保密性，并且非常方便用户使用，比传统的报警系统有着很大的优势。关键词：GSM移动网络 AT89C52单片机 传感器 遥控器Design and Realization of Family Security Alarm System Based on the GSMAbstractAlong with the progress of society and the rapid development of science and techno

4、logy, peoples living standards are rising. At the same time, people have a higher demand for residence. Household environment is not only comfortable, but also more and more secure and intelligent. Especially for the office worker, most of their time is not at home, so they hope through the automati

5、c monitoring alarm system to control the security situation of home at any time. The past security systems including security doors, anti-theft window hasnt far meet the needs of people.This design is a kind of familys wireless security alarm system based on the GSM(Global System for Mobile Communic

6、ations). With the rapid popularization of GSM networks and the fast development of mobile communication technology, GSM technology will be applied to achieve practical application of intelligent alarm home value. This design mainly relies on the most reliable and mature GSM mobile network, by the so

7、lution to send a message, directly sent the alarm information to mobile phone. This design mainly uses AT89C52 single chip microcomputer as the main control chip, controlling normal operation of the whole system; the HC-SR501 pyroelectric infrared sensor is used as security monitoring; the MQ-2 smok

8、e sensor is used as monitoring fire. MCU receives the alarming signal that is collected by the sensors, and controls GSM module sending corresponding alarm information to the householder in time. Through the keyboard and display module which can default and change the alarm telephone numbers, users

9、can change alarm telephone numbers. Through the wireless infrared remote controller, user also can control the switch of the system.The system neednt to form a special alarm network, by means of the existing GSM network to realize the wireless alarm function. The system has good security confidentia

10、lity. It is convenient to use, and has a big advantage than traditional alarm system.Key words: GSM mobile network; AT89C52 MCU; Sensor; Remote controller目 录1 引言12 总体设计方案23 系统硬件设计33.1 系统组成模块33.2 AT89C52简介33.2.1 AT89C52引脚介绍33.2.2 AT89C52串口简介53.2.3 AT89C52功能73.3 GSM模块83.3.1 GSM简介83.3.2 TC35介绍83.3.3 单片

11、机与GSM模块串口通信113.3.4 GSM模块电路连接原理图133.3.5 AT指令介绍133.3.6 PDU编码规则143.4 键盘显示模块143.5 传感器模块153.5.1 红外传感器153.5.2烟雾传感器163.5.3传感器连接电路173.6 遥控器模块184 系统软件设计204.1 系统开发环境204.1.1 Keil C51简介204.1.2 Proteus简介224.2 系统主程序流程图234.3键盘显示流程图234.4 TC35初始化流程图244.5 传感器信号报警流程图264.6 中断子程序流程图265 系统调试285.1 硬件测试285.1.1 静态调试285.1.2

12、联机调试285.2 软件测试295.3 系统调试315.4 测试结果316 结论337 谢辞34参考文献35附录36附录一 总电路图36附录二 硬件实物图37附录三 系统总程序38附录四 器件清单51外文资料52唐 山 学 院 毕 业 设 计1 引言随着科学技术的快速发展，报警系统也有了很大的改善，不再是简单的机械式的防盗，也主要朝着科学的方向发展，主要是利用通信系统来进行报警提示，目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式主要有固定电话拨号、以太网系统等，其中固定电话拨号很容易被盗贼在抢劫前将电话线切断或使其恶意占线，从而使其在关键时刻失灵。同时以太网也同样面临着线路被切断的隐患，而且很不易普及

13、。为了克服以上这些防盗报警系统的弊端，需要设计一种新的更科学的报警系统，本设计就基本上解决了上述报警系统存在的问题。本设计是一种基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统，不再依赖有线电话来进行报警提示，而是借助可靠、成熟的GSM移动网络，通过最直观的中文短消息的形式直接把报警地点的基本情况反映到手机屏幕上。从而使户主能够在第一时间掌控家中的安全情况，本设计主要采用51系列单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的正常运行，采用HC-SR501热释电红外传感器来进行安保监控，采用MQ-2烟雾传感器监控火情，可以预设和改变报警的电话号码，具有键盘显示模块，具有遥控布、撤防功能。目前，GSM移动网络的建

14、设越来越完善，应用范围也越来越广，GSM网络系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中较完善、较成熟并且应用最为广泛的一种系统1。在我国，覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网已经建成，已经成为我国公众移动通信网的主要方式，广泛应用于远程监控、定位导航、个人通信终端等，正是由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，所以本设计不再需要新建专用的通信网络，这也是本设计最实用的一面。本设计主要采用51系列单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的正常运行，其接口简单，方便使用，且功能强大2。整个系统主要包括5大模块，其中有控制模块、GSM模块、键盘显示模块、存储模块、遥控器及传感器模块。控制模块主要就

15、是由单片机来控制整个系统正常运行；GSM模块主要功能就是进行无线通信，包括收发信息等，及时将家里的情况反映给户主；键盘显示模块的功能是通过键盘及数码管，输入预设的电话号码，使其能接收GSM模块发出的信息；存储模块主要是存储预设的电话号码；遥控器的功能是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；传感器主要是测试屋内的状态；每个系统在单片机控制下完成自己的任务，使整个系统实现防盗功能。在通常情况下，此防盗防火报警系统是处于撤防状态下的，只有当用户不在家时，通过遥控设置系统布防工作。主要是通过安装的红外传感器和烟雾传感器来将报警信号传输给单片机，然后单片机在控制GSM模块发送短

16、信给户主，从而实现报警功能。2 总体设计方案本设计主要有两种设计方案，方案1是基于51单片机的防盗报警监控系统设计，方案2是基于GSM网络的远程家庭报警系统设计。方案1主要由51单片机、报警信号输入和检测、声报警、驱动电路、移位寄存器、数码管等组成。该方案中有8个报警信号输入，分别与51单片机的8个I/O相连，表示8个不同的报警位置。主要的报警方法就是声音报警，报警电路主要是由同相放大器和蜂鸣器组成。数码管显示电路的作用是显示相应的报警地点。整体设计就是由单片机检测是否有报警信号输入，并且判断是8个当中的哪一个报警信号，如果有，则控制报警电路进行报警，并且同时由数码管显示相应的号码，反应不同的

17、报警地点。用51单片机控制一个报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比有很大的优点，用单片机组成的检测报警系统具有更大的灵活性，功能更强大，但是随着科学的快速发展，这种传统的家庭报警系统，采集信号的传感器需要布线，由于集成在一个板子上，会有很大的干扰，限制了报警信号采集覆盖面，同时无法实现远程监控，所以实用性较差。 方案2以AT89C52单片机为核心，总共分为控制模块、GSM模块、传感器数据采集模块、键盘输入模块、数码管显示模块、遥控布撤模块。系统利用热释电红外传感器、烟雾传感器采集可能出现的有人闯入、煤气泄漏等情况，再将报警信息发送给单片机进行处理，然后，单片机控制GSM模块发送相对

18、应的报警短信给户主，同时该系统还具有键盘输入功能，可以更改不同报警号码，并显示电话号码，还具有遥控布、撤功能，方便用户使用。方案2相对方案1的优点就是利用了GSM模块的发短信功能，随着全球移动通信系统及移动通信网络的迅速普及，GSM的短信息系统以其快捷方便而且廉价的特点得到大部分人的认可，方案2是基于GSM网络的远程家庭智能监控系统，通过手机终端接收报警短信，实现远程监控。系统利用各种传感器对可能出现的煤气泄漏、有人闯入等意外情况进行采集，先传输到单片机上，再通过单片机控制GSM模块发送短信息给户主。方案2还具有功耗低、精确度高、智能化强，可远程监控等。因此本次设计采用方案2。3 系统硬件设计

19、3.1 系统组成模块该系统由6大模块组成，包括控制单元AT89C52模块；GSM通信模块；传感器报警信息采集模块；键盘输入模块；数码管显示模块；遥控布、撤防模块。系统原理框图如图3-1所示。红外传感器烟雾传感器数码管显示键盘输入模块 MCUGSM模块遥控布，撤防图3-1 系统原理框图3.2 AT89C52简介3.2.1 AT89C52引脚介绍按照功能，AT89C52的引脚可以分为主电源、外接晶体振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。一共有40个引脚。引脚图如图3-2所示。图3-2 AT89C52引脚图AT89C52共有四个8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，其中对应的引脚为P0.0

20、-P0.7，P,1.0-P1.7，P2.0-P2.7，P3.0-P3.7，共有32个I/O端口，每个端口可作为独立的输入输出。P0口：P0口是一个8位漏级开路双向的I/O口，可以驱动8个LS型TTL负载。当P0口的管脚第一次被写入“1”时，定义为高阻输入。它能够用于作为外部程序的数据存储器，可以作为地址总线低8位及数据总线的分时复用端口3。同时在FIASH编程时，可以作为通用的I/O口使用，但需要加上拉电阻，这时为准双向口。P1口：P1口是一个的8位准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口可以驱动4个LS型TTL负载。当管脚写入“1”时，被内部上拉为高电平，可用作为输入口，因为内部含有上拉电阻

21、，当被外部下拉为低电平时，将输出电流。在FLASH编程和校验时，P1口可作为第八位地址的接收。 P2口：P2口的管脚是带内部上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口可接收数据，输出为4个TTL的门电流，当P2口被写入“1”时，其管脚电压被内部上拉电阻拉高，可以作输入端口。并且作为输入端口时，P2口的管脚电压被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部ROM进行存取时，P2口输出的是外部地址的高八位。在给出地址“1”时，利用内部含有上拉电阻的优势，当对外部高八位地址数据存储器进行读写操作时，P2口输出的是其特殊功能寄存器的内容。P3口：P3口的管脚是带内部上拉电阻的8个双向I/O口，可以接收输出的4个T

22、TL门电流。当P3口被写入“1”后，它们被内部上拉电阻上拉为高电平，并用作为输入端口。作为输入端口时，由于外部下拉为低电平，P3口输出的将为电流（TLL），这也是由于上拉电阻的缘故。P3口的第二功能如表3-1所示。 表3-1 P3口的第二功能信道位第二功能说明P3.0RXD串行口的输出P3.1TXD串行口的输入P3.2INT0外部中断0的中断请求输入P3.3INTI外部中断1的中断请求输入P3.4T0计数器0的计数输入P3.5T1计数器1的计数输入P3.6WR外部数据存储器的写选通信号P3.7RD外部数据存储器的读选通信号RST：复位信号输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两

23、个机器周期的高电平时间，其中复位电路如图3-3所示。图3-3 单片机复位电路ALE/P：ALE为低8位地址锁存允许信号，用来控制单片机访问外部存储器时，锁存地址的低位字节，地址锁存允许的输出电平。在FLASH编程期间，此引脚可用作输入编程脉冲。在一般情况下，此端口以不变的周期频率输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的4。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。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE

24、禁止，置位无效。 ：片外部ROM读选通信号。在由外部ROM取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部RAM时或内部程序内存ROM时，将不会产生两次有效的信号。/VPP：为访问ROM控制信号。无效时，访问内部ROM，有效时，访问外部ROM。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。时钟电路如图3-4所示。20PF20PF图3-4 时钟电路图3.2.2 AT89C52串口简介本设计中，单片机与GSM模块之间通信是通过TTL串口实现的，单片机的串口含有两个物理上独立的缓冲器SBUF包括接收和发送5，可以同时发送和接收数据，其中发送缓冲器只能

25、写入但不可以读出，而接收缓冲器只能读出不可以写入，两个缓冲器共用的是同一个字节地址99H。1. AT89C52单片机的串口寄存器AT89C52串行口控制寄存器有两个，包括特殊功能寄存器SCON和PCON，可以通过软件来改变两者的内容从而控制串行口的波特率和工作方式。其中定时器/计数器Tl可以用于串行口的波特率发生器。2. 串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器的字节地址为98H，可以位寻址，位地址范围为98H-GFH。其格式见表3-2所示。表3-2 SCON的格式位D7D6D5D4D3D2D1D0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1(1) SMO、SM1串行口的4种工作方式的

26、选择位，在这4种工作方式中，串行通讯只有1、2、3方式，方式0主要用于扩展并行输入输出口。编码及功能如表3-3所示。表3-3 串行口的4种工作方式SM0SM1方式功能说明000移位寄存器方式，波特率为fosc，用于扩展I/O口0118位异步收发，波特率可变（由定时器控制）1029位异步收发，波特率为fosc/64或fosc/321139位异步收发，波特率可变（由定时器控制）(2) SM2多机通信控制位SM2位主要用于方式2或方式3之中。当串行口以方式2或方式3接收数据时，若SM2=1，则只有接收到的第9位数据 (RBS)为“1”时，才能将接收到的前8位数据送入到SBUF中，并同时置Rl为“1”

27、，同时产生中断请求;否则就将接收到的数据丢弃。而当SM2=0时，无论第9位数据是“1”还是“0”，都将前8位数据送入到SBUF中，同时产生中断请求。在方式0时，SM2必须是0。(3) REN允许串行接收位由软件清“0”或置“1”，当REN=1时，允许串行接收数据:当REN=0时，禁止串行接收数据。(4) TB8发送的第9位数据在方式2和3时，TB8是要发送的第9位数据。在多机通信中表示主机发送的是地址帧还是数据帧，TB8=1时，发送的是地址帧，TB8=0，发送的是数据帧。(5) RB8接收到的第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时，如果SM2=0，则RB8是接收到

28、的停止位。在方式0时，不使用RB8。(6) TI发送中断标志位在方式0时，串口发送第8位数据结束时由硬件置“1”，在其它方式时，发送停止位开始时置“1”。TI表示一帧数据发送结束，TI可以由软件清O。(7) RI接收中断标志位在方式0时，接收完第8位数据时RI由硬件置“1”,在其它方式，接收到停止位时该位置“1”。RI=1表示一帧数据发送结束，RI可由软件清“0” 6。3. 特殊功能寄存器PCON特殊功能寄存器字节地址为87H，没有位寻址功能。PCON的格式如表3-4所示。表3-4 PCON寄存器格式位D7D6D5D4D3D2D1D0PCONSMODSMOD为波特率选择位，其作用是使波特率加倍

29、。4. 单片机的定时器/计数器单片机的定时器/计数器共有四种工作方式，可以通过程序对TMOD进行设置来选择， TMOD的低4位用于设置定时器/计数器0，高4位用于设置定时器/计数器1。定时器工作方式见表3-5所示。表3-5 定时器工作方式M1M0方式说明00013位计数器01116位计数器102可自动再装入的8位计数器113把定时器0分成两个8位的计数器；对于定时器1，停止工作3.2.3 AT89C52功能AT89C52是一种高性能、低功耗的CMOS 8位微控制器，它具有8K 的系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，可以与工业80C51 产品指令和引脚

30、完全兼容。在单片机的芯片上，拥有8 位CPU 和系统的可编程Flash，使得AT89C52为众多嵌入式应用控制系统提供了高灵活并且超有效的解决方案。其中片上的Flash允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。AT89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线， 2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路，看门狗定时器7。另外，AT89C52 可以降至0Hz 静态逻辑的操作，同时支持2种软件，可选择节电模式。在空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、串口、中断、定时器/计数器继续工作。掉电保

31、护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一个中断或硬件复位为止。在本设计中，AT89C52单片机主要起到整体控制的作用，将每个模块实现了连接，控制整个系统的工作，当传感器感应到异常信号时，将信号传输给单片机，单片机通过不停的扫描判断，控制GSM模块发送相关的报警短信给户主，遥控器的布、撤功能也是通过单片机I/O口高低电平判断实现的，键盘的输入号码功能也是通过单片机实现的，数码管显示也是，所以，单片机在本系统中的作用是必不可少的。3.3 GSM模块3.3.1 GSM简介 随着GSM移动通信网络的完善与普及，GSM模块作为一种主要的GSM网络的接入设备，它的生产也越来越

32、多，竞争也越来越激烈。GSM模块是继GSM手机外又一种重要的GSM移动通信系统的终端设备。它在短信息方面的应用具有很大的优势，可以永远再线、不需拨号、覆盖范围广、价格便宜等特点，很适合应用于频繁传送小流量数据，可以实现无线远程控制和检测、无线数据双向传送等。GSM模块是传统的调制解调器与GSM无线移动通信系统相互结合的一种数据终端设备，它改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。GSM模块的主要功能有收发短信、借助短信息实现远程小批量数据传输、语音通话、数传模式实现无线实时数据通信、无线上网等8，本此设计主要应用了它的收发短信的功能。3.3.2 TC35介绍 本

33、设计采用的是西门子公司的TC35双核900/1800MHZ高度集成的GSM模块，该模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.34.8V ,休眠状态消耗电流为3.5mA，空闲时消耗电流为25mA，发射时消耗电流为300mA(平均)，峰值为2.5A；可以数据信号和传输语音,在EGSM900(4类)功耗为2W，GSM1800(1类) 功耗为1W ,通过接口连接器连接SIM卡读卡器，通过天线连接器连接天线9。SIM工作电压为3V/1.8V，TC35的数据接口(CMOS电平)可以双向传输指令和数据, 这一工程师通过发送AT命令进行的，可选择

34、的波特率为300b/s115kb/s , 自动的波特率为1.2kb/s115kb/s。它支持两种格式的短信息发送，包括Text和PDU,可以通过相应的AT命令或关断信号来实现重启和故障恢复。 TC35主要由6部分组成，包括供电模块(ASIC)、ZIF连接器、闪存、天线接口等。主要处理GSM终端内的数据信号和语音信号，并包含了蜂窝射频设备中的所有数字和模拟功能。TC35硬件设计：TC35模块有40个引脚，这40个引脚主要是通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出的。这40个引脚可以划分为电源、SIM卡、数据输入/输出、音频接口和控制5大类。TC35的第15

35、引脚是输入脚输入4.2V正电源，第610引脚接地。11、12引脚用作充电引脚，可外接锂电池来进行充电，13引脚可以对外输出电压(供外电路使用)，14引脚是用于锂电池充电保护的ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻， 15引脚是IGT启动脚，当给系统上电后，为了保证TC35能够进入工作状态,必须给IGT启动脚加一个大于100ms的低脉冲信号,其中电平下降持续的时间不以可超过1ms。1623引脚是数据输入/输出引脚，分别是DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0 和DCD0。TC35模块的数据输入或输出接口实际上就是一个串行异步的收发器，符合ITU-T RS232接

36、口的标准。有固定的参数设置包括8位数据位，1位停止位，没有校验位，波特率可选范围在300bps115kbps之间，默认的是9600bps。用RTS0/CTS0作为硬件的握手信号，用XON/XOFF，CMOS电平作为软件的流量控制，支持AT命令集。其中TTL串口通讯是通过18脚RxD0、19脚TxD0实现的，通过这两个引脚可以实现TC35和单片机或PC的通讯。TC35使用的是外接形式的SIM卡, 其中2429是SIM卡引脚，通过SIM卡阅读器， SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND与TC35的同名端直接相连，ZIF连接座的CCIN引脚用来检测SIM卡是否插好，如果CC

37、IN引脚为高电平则表示连接正确，否则为低电平。TC35的第32引脚SYNC有两种工作模式，一种模式表示在发射状态时的功率增长情况，另一种模式是指示TC35工作状态，可以通过AT+SYNC切换模式，本模块使用后一种工作模式。当显示灯熄灭时,表明TC35处于关闭或睡眠状态；当显示灯为亮600 ms /熄600ms时，表明TC35正在登录网络或者SIM卡没有插入；当显示灯为亮75 ms /熄3s时，表明TC35已经正常登录网络，处于待机状态。30、31、32引脚为控制引脚，30脚是RTC backup，31脚是Power down，32 脚是SYNC。3538引脚是语音接口引脚，其中35、36引脚接

38、扬声器进行放音。37、38引脚直接话筒来采集声音。模块管脚图如图3-5所示。图3-5 TC35引脚图模块电压不能低于3.3V，否则模块会自动关机。并且当模块在发射状态时，电流最大值可高达2A。同时在此电流最大值时，电源电压的下降值最大值不能超过0.4V。所以该模块对电源有较高的要求，电源的内阻+FFC联接线的电阻必须小于200m。单片机控制TC35的开关机、复位等是通过两根I/O口实现的，通过串行口与TC35进行数据通信，通信的速率是9600kbps，通讯方式是8位异步通讯，1个起始位，8个数据位，1个停止位10。TC35模块输入输出的TTL逻辑正电平不是+5V，而是+2.9V，因此需要加端口

39、保护。本设计所用的GSM模块除包括上面介绍的TC35模块外，还包括电源模块、232通讯模块、52单片机、指示灯模块、语音接口、扩展模块、按键模块、启动电路。这些模块都大大方便了我们的开发与使用。3.3.3 单片机与GSM模块串口通信单片机与GSM模块之间的通信是本设计的重点及难点部分，本设计的报警方式主要是通过发送短信进行的，所以GSM模块的短信功能是实现防盗报警的重要方式。单片机与GSM模块之间的通信通常有两种：串口通信和并行通信。串行通信是指数据字节是一位一位串行的传送，通过串行接口实现。串行口进行数据传送的主要缺点是传送数据比并行口慢，但是通过串行口传送数据节省传送线，尤其是当传送数据位

40、很多很远时，串行口的这一优点就更加突出，串行通信只用很少的信号线就能完成信号的传送。并行通信是指数据字节各位都同时发送，是通过并行接口实现的。并行通信的特点是传输速度非常快、控制很简单，但是由于传输时需要用到的接口线很多，所以长距离传输时不适合使用并行通信，它的成本高且接收方的各位同时接收存在很大的困难。根据信息传送的方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种。单工是指数据传输仅能沿一个方向进行，无法实现反向传输;半双工是指数据传输能够沿两个方向进行，但是通信需要分时的进行;全双工是指两个站可以同时双向发送和接收数据。按通讯方式，串行通信还可以分为同步通讯和异步通讯。其中异步串行通讯规定了字

41、符数据的传递格式，即每个数据应该以相同的帧格式进行传递。每一帧数据由起始位，数据位，奇偶校验位和停止位组成。AT89C52单片机有一个工作在异步通讯方式下的全双工串行口。全双工的串行通信只需要一根输出线和一根输入线。AT89C52单片机的串口仅占用了单片机的P3.0和P3.1，分别为接收端RXD和发送端TXD。当非串口方式工作时，这两个端口还可以作为一般的I/0口使用。GSM模块与单片通信有两种方式：一种为232电平通信另一种为TTL电平通信。1. RS232电平通信GSM模块提供了一个标准的九针口RS232串口，单片机可以通过这个接口与GSM模块进行通信。因为GSM串口与单片机的逻辑电平不一

42、致，在实际应用时，应把微处理器的TTL电平转换为RS232电平，这种转换是由专用电平转换芯片MAX232实现的。转换电路图如图3-6所示。图3-6 RS232转换电路2. TTL电平通信本次设计使用的就是TTL电平通信方式，这种通信方式连接非常简单，只需要将单片机的RXD、TXD引脚分别与GSM模块的RXD、TXD引脚相连即可。GSM模块与单片机的通信应特别注意，收发双方的波特率应该一致，这是保证通信成功的重要条件之一。单片机的波特率与串行口工作方式、系统的振荡频率、PCON寄存器的SMOD位和定时器TI有关。根据本设计的要求，串行口应工作在方式2，TI作为波特率的发生器。SMOD的值和TI的

43、溢出率共同决定波特率的值。本系统选用波特率为4800b，外部时钟为11.0592MHZ，SMOD=0，则经计算初值X=F3H。把初值x=F3H装入TH1和TL1，则发出的波特率为4800bps。在使用串行口之前，应对它进行初始化编程，主要设置波特率的定时器T1，串行口控制和中断控制，具体步骤如下:(1) 确定Tl的工作方式；(2) 计算Tl的初值，装载TH1、TL1；(3) 启动Tl，即编程TCON中的TR1位；(4) 确定串行口工作方式，即编程SCON寄存器；(5) 串行口在中断方式工作时，要进行中断设置(编程IE、IP寄存器)。TC35通信模块默认的设置为:波特率4800bps、无奇偶校验

44、位、8位数据位、1位起始位、1位停止位。在异步串行通讯中，接收设备和发送设备应保持相同的传送波特率，并以每个字符数据的起始位与发送设备保持同步。起始位、数据位、奇偶校验位和停止位的约定，在一次传递过程中必须保持一致，这样才能成功地传递数据。因此单片机的设置要和TC35通信模块默认的设置相同。单片机使用的晶振是11.0592MHz，设置串口的波特率为4800bps，工作方式为方式1，定时器T1采用工作方式2。设置成功之后，就能正常通信了。3.3.4 GSM模块电路连接原理图单片机与GSM模块之间的通信主要是通过TXD,RXD引脚来实现的，实现正常通信，需要设置正确的波特率。电路连接如下图3-7所

45、示。TC35图3-7 GSM模块连接电路3.3.5 AT指令介绍表3-6 常见AT指令单片机与TC35模块之间的通讯主要是通过传送AT指令进行的，常用的基本AT指令见表3-6所示。AT指令功能AT测试连接是否正确AT+CSCA短信中心号码AT+CPMS选择短信储存地点。可选择ME（SIM卡）和MT（机身）AT+CMGL列出指定状态的短信息的PDU代码AT+CMGS发送短信AT+CMGD删除指定的短信AT+CMGF短信格式。分为Text模式和PDU模式AT+CNMI设置新短消息通知电脑端AT+CSCA短信中心AT+IPR?显示串口波特率AT+IPR=19200更改串口波特率为19200AT&W保

46、存设置3.3.6 PDU编码规则 目前，常用发送短消息模式包括Text和PDU(Protocol Data Unit)两种。其中用Text模式收发短信代码很简单，实现起来也很容易，但它不支持中文短信的收发，这也是它最大的缺点；而PDU模式不仅支持英文短信的收发，也能中文短信。PDU模式收发短信需要进行编码，可以使用的编码有3种，包括7-bit、8-bit和UCS2编码。其中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， UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成见表3-7所示。 表3-7 PDU组成成分PDU

47、编码组成功能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，其长度由L中的数据决定3.4 键盘显示模块键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段11。在单片机系统中常用的键盘有两种：机械式按键

48、键盘和薄膜键盘。键盘实质上是一组按键开关的集合。键的闭合与否，反映在行线输出电压上就是呈现高电平或低电平，如果高电平表示键断开，低电平则表示键闭合，通过对行线电平的高低状态的检测，便可以确认按键按下与否。为了确保单片机对一次按键动作只确认一次按键有效，应该消除按键抖动。本设计通过4*4键盘向单片机输入指定的报警号码，并且通过LED显示，可以方便给用户来对防盗报警系统进行电话号码的预设。本设计所使用的是4*4键盘共有16个键，行向共有4个输入，列向共有4个输入，分别与单片机I/O口直接相连，单片机通过扫描程序来识别键盘有无键按下，此过程可分为两步进行：第一步，识别键盘有无键按下；第二步，如有键被

49、按下，识别出具体的键位。 本设计把每次扫描的键值通过LED显示，方便用户确认按下的号码。键盘连接电路如图3-8所示。图3-8 键盘连接电路图3.5 传感器模块传感器数据信息采集模块主要是采集外部信息，然后将采集到的外部信息传送给单片机，单片机通过判断，控制其他模块做出相应的反应，所以要实现防盗、防火、防煤气泄漏，相应的传感器是必不可少的。本次设计使用两种传感器： HC-SR501热释电红外传感器，MQ-2烟雾传感器。3.5.1 红外传感器本次设计采用HC-SR501热释电红外传感器进行安保监控，HC-SR501热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器，通过检测移动人

50、体辐射出的特定范围的波长的红外线，将其转化为与人体运动速度、方向、距离等有关的低频电信号。传感器的电压响应度与接收的入射光辐射变化的频率成反比，当恒定不变的红外辐射线照射在传感器的探测器上时，探测器输出低电平，所以恒定不变的红外辐射无法被探测器检测到；在相同的入射功率下，物体移动的速度越快，输出的电压就越小，当达到阂值电平时，探测器才会有输出高电平。根据这一特性，热释电红外传感器非常适用于防盗信号的检测。当有人进入防盗区时，人体的温度会引起周围环境温度的辐射场变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外传感器的探头感应到人体的温度与周围环境温度的差异信号，则在传感器内部的负载电阻上产生一个电信号，由敏感元

51、件温度变化的快慢决定输出的电信号的大小12。经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号。HC-SR501热释电红外传感器主要技术参数包括工作电压：DC5V至20V；静态功耗：65微安；电平输出：高3.3V，低0V；延时时间：可调(0.3秒18秒) ；封锁时间：0.2秒；触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H；感应范围：小于120度锥角，7米以内；工作温度：-15+70度。HC-SR501功能特点：1. 全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。2. 光敏控制(可选）：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3. 两种触发方

52、式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。 (1) 不可重复触发方式：输出高电平，经过延时之后，输出信号将自动从高电平变为低电平。(2) 可重复触发方式：当传感器感应到移动的物体时，感应输出高电平，在延时时间段内，如果仍有物体在感应范围内运动，输出将一直为高电平，当没有物体活动时，延时过后，高电平将变为低电平。4. 具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出电平后，设置一个感应的封锁时间，在这一时间段内感应器无法接收任何感应信号。此功能将感应输出的时间和封锁的时间分开，可以实现间接时间的探测物体；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。3.5.2烟雾传感器本次设计采用MQ-2烟

53、雾传感器监控火情，MQ-2烟雾传感器是一种采用陶瓷半导体工艺的烧结型器件，利用气体在半导体表面的氧化-还原反应导致敏感元件阻值发生变化而制成的，气敏电阻器的阻值随着吸附气体的数量和种类而改变，也就是说非电量气体的氧化-还原反应过程导致电阻值发生变化13。电路如图3-9所示。图3-9 MQ-2烟雾传感器电路 当MQ-2烟雾传感器在洁净空气中时，A、K两点间的电阻很大，流过RP4的电流很小，K点为低电位，三极管不导通输出为低电平。当接触到含有有毒气体时，A、K 两点间的电阻迅速下降，K点电位升高，三极管导通输出为高电平。 MQ-2烟雾传感器主要芯片有LM393、ZYMQ-2气体传感器，工作电压直流

54、5伏，主要特点:1. 具有信号输出指示；2. 双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；3. TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）； 4. 模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高；5. 对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度；6. 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；7. 快速的响应恢复特性等。MQ-2烟雾传感器适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。3.5.3传感器连接电路两个传感器输出的信号都为电压信号，都是数字信号，不需要再加A/D转换器，可以直接与单片机相连，但是因为HC-SR501热释电

55、红外传感器输出的高电平为3.3V，直接与单片机相连，单片机I/O口无法识别为高电平，因此，需要外加电路来辅助。烟雾传感器可以直接与单片机相连。1. 辅助电路此电路主要由NPN型三极管组成，三极管的基极与一个0.5k的电阻相连，集电极与一个5k的电阻连接，再接一个+5V的电源，发射极接地，红外传感器的输出与基极连接，电路的输出为集电极输出，三极管工作在饱和区，当红外传感器输出低电平时，电路输出+5V高电压，当红外传感器输出高电平时，电路输出低电平，电路图如图3-10所示。图3-10 辅助电路图2. 与单片机连接电路两个传感器的输出分别与单片机的P2.0、P2.1管脚相连，连接电路如图3-11所示

56、。图3-11 传感器连接电路图3.6 遥控器模块本设计所用的遥控器是315m调幅遥控器，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，工作温度为-10+70，接收灵敏度(dBm)为-105DB，编码方式为焊盘编码（固定码），工作方式为M4（点动：按住不松手就输出，一松手就停止输出），该遥控器具有以下优点：工作在业余频段，不用花钱购买频点；有效距离远，一般可达2001000米；有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选择。 遥控器包括超再生接收模块采用LC振荡电

57、路，内含放大整形，输出的数据信号为解码后的高电平信号14。使用极为方便，并且价格低廉，所以被广泛使用。使用方便。接收模块有较宽的接收带宽，一般为10MHz，接收模块一般采用DC5V供电。 遥控接收模块连接电路如图3-12所示。图3-12 遥控接收模块连接电路 4 系统软件设计本系统所用的软件编程语言是C语言，所用的开发软件为Keil C51和仿真软件Protus,整个系统的编程都是在Keil C51中实现的，然后通过Protus进行仿真，本系统分为主程序与子程序，子程序中主要包括键盘扫描程序、LED显示程序、GSM初始化程序、发送短信息程序等。各个子程序分别与各个模块相对应，使各个模块实现不同

58、的功能，最后，再通过主程序，实现整个系统模块的防盗报警功能。4.1 系统开发环境单片机应用系统的开发中除了必要的硬件外，同样软件也是必不可少的，能够直接被单片机执行的语言只有机器语言，但是机器语言不利于编写和读写。在早期研制单片机应用的系统时，大多是以汇编语言来作为软件的工具，但是后期广泛采用的是C语言作为软件工具，这是因为C语言是一种结构化的程序设计语言，它的可读性和可移植性都非常好，可以直接在主函数中调用所需的子函数，在子函数中实现不同的功能。采用C语言编写单片机应用程序周期很短，并且调试和排错也很简单。而汇编语言不适合编写复杂的程序，编写起来很繁琐，逻辑方面不易理解。所以常用的单片机编程

59、语言是C语言。本系统用到的是AT89C52单片机，支持汇编语言、C语言或者二者的混合语言编写程序。为了提高编写程序的效率，改善程序的可读性和可移植性，采用C语言作为开发软件。4.1.1 Keil C51简介Keil C51是美国Keil Software 公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil C51的IDE主要有3个版本，uVision1，uVision2，uVision3。本系统开发采用uVision2，uVision2集成开发环境基于Window的开发平台，将源程序编辑、编译、链接、调试集成在一个环境中，极大地方便了8051软件的开发。此外它还包含一个项目管理器、一个M

60、AKE工具和一个高效的编辑器。在使用uVision2时，还可以灵活简便地对C51编译器、BL51连接器、As1汇编器以及编辑环境进行设置。uVision2的开发过程还具有很多特性。例如：所有开发工具的设置都是以对话框形式的，具有简明、方便的特点，让学习者特别容易接受；全功能的源代码编辑器、器件库用来配置开发工具设置、真正的源代码级的对CPU和外围器件的调试器等等。uVision2界面如图4-1所示。 图4-1 单片机C语言开发环境uVision2根据控制系统的要求编写了软件后，用STC公司提供的在线下载器经下载线将程序下载到电路板的单片机里与硬件一起调试。如图4-2所示。图4-2 STC.IS

61、P下载器4.1.2 Proteus简介英国Labcenter electronics公司开发了Proteus软件，它来自于EDA工具软件，Proteus软件在全球范围内广泛使用，它不仅具有其它EDA工具软件的PCB自动布线、原理布图及电路仿真的功能外，它还具有互动的电路仿真，为了满足微处理器应用，可以直接在原理图的虚拟原型上编程，并实现软件的实时调试，如果有输出及显示，还可以观察到运行后的输出输入的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，Proteus为用户建立了完备、方便的电子设计开发环境。 Proteus 产品还包括了VSM技术。它使非常完美的单片机电路仿真软件。用户还可以实时

62、采用如键盘、LED/LCD、RS232终端等外设模型来进行交互仿真。其功能模块:ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB设计；PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM，便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs甚至LCD显示CPU模型。Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：1. 实现了SPICE电路仿真和单片