...wd......wd......wd...GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)隨著信息、電子、控制、通信等技術(shù)的迅速開(kāi)展，安康、安全、舒適、便捷的生活品質(zhì)成為人們的迫切需要。而且隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快以及大量家用電器和廚房設(shè)施的使用，家庭安全隱患隨之增多，同時(shí)社會(huì)轉(zhuǎn)型期的家庭不安全因素也日益凸現(xiàn)，傳統(tǒng)的安全防范措施已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)的需求。本文鑒于以上因素，建設(shè)了一個(gè)基于GSM網(wǎng)絡(luò)及短信息平臺(tái)上的家庭安防系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中采用了STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)、無(wú)線GSM短信模塊及傳感器技術(shù)。本文給出了基于短信息平臺(tái)的家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)組成方案，對(duì)主控模塊、通信網(wǎng)絡(luò)、傳感器模塊、短信模塊及接口電路進(jìn)展了較深入的分析研究。文中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的家庭安防系統(tǒng)具有硬件構(gòu)造簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。模塊化的程序構(gòu)造，使系統(tǒng)功能的擴(kuò)展非常方便。本文給出的基于短信息平臺(tái)的家庭安防系統(tǒng)，根本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程報(bào)警及控制功能，到達(dá)了遠(yuǎn)程監(jiān)控家居的目標(biāo)，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞智能家居；遠(yuǎn)程監(jiān)控；GSM；短信息目錄TOC\o"1-3"\h\u19760第1章緒論 1226891.1前言 1192201.2防盜報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的開(kāi)展 1178151.3防盜報(bào)警器的開(kāi)展前景與趨勢(shì) 2286461.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 313600第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)491992.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 4151622.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5114322.3傳感器簡(jiǎn)介 6192342.3.1熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介 634122.3.2熱釋電紅外傳感器電路圖 895972.3.3被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性 8102712.451系列單片機(jī)的內(nèi)部組成 9174502.4.1STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部組成 11208372.4.2STC89C52單片機(jī)引腳及功能 12240802.5RS-232C接口 14209022.6TC35短信模塊簡(jiǎn)介 1517936第3章硬件電路設(shè)計(jì) 17264913.1電源電路設(shè)計(jì) 176923.2紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路 18823.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 21288123.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 2281423.5RS-232通信的設(shè)計(jì) 2383573.5.1RS-232芯片選型 2317853.5.2MAX232簡(jiǎn)介 237013第4章軟件設(shè)計(jì)25169194.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 25132004.2主程序工作流程圖 26148864.3中斷服務(wù)程序工作流程圖 27128774.4報(bào)警電路流程圖 2839194.5信號(hào)采集電路流程圖 2911350第5章結(jié)論與展望3015114附錄A主要源程序代碼 3321774附錄BGSM模塊電路圖 3720270附錄C電路總體原理圖38第1章緒論1.1前言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷開(kāi)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿(mǎn)足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)及GSM短信模塊的家庭式電子防盜系統(tǒng)。1.2防盜報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的開(kāi)展從上世紀(jì)初，報(bào)警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍具雛形。在北美，報(bào)警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時(shí)發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時(shí)，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通信技術(shù)的開(kāi)展，提供遠(yuǎn)程通信服務(wù)的電報(bào)公司參加到這個(gè)行業(yè)中，從而使得報(bào)警信息可以通到達(dá)更遠(yuǎn)的地方；不過(guò)，這種電報(bào)方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的理所當(dāng)然地成為報(bào)警通訊的主要手段。而此后自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)的出現(xiàn)以及普及到千家萬(wàn)戶(hù)，更使得通過(guò)線報(bào)警的方式得到了前所未有的開(kāi)展。從以上過(guò)程來(lái)看，報(bào)警行業(yè)的開(kāi)展是以工業(yè)技術(shù)開(kāi)展為根基的，只有具備良好的通信手段，才能夠把各地的報(bào)警信息會(huì)聚到相應(yīng)的權(quán)威部門(mén)，然后由權(quán)威部門(mén)負(fù)責(zé)分配有限的警力來(lái)幫助到所有的社會(huì)個(gè)體。國(guó)外智能監(jiān)控防盜技術(shù)開(kāi)展已處于一個(gè)較高水平階段，從具有代表性的北美開(kāi)展過(guò)程，可以清楚的看出世界智能監(jiān)控防盜技術(shù)的開(kāi)展概況。其具有以下特點(diǎn)，值得我們借鑒。目前，對(duì)北美的安防產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，最成功的經(jīng)營(yíng)模式就是聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)模式，聯(lián)網(wǎng)報(bào)警將整個(gè)北美的安防產(chǎn)業(yè)從橫向到縱向進(jìn)展整合串并，形成了一個(gè)集中許多高科技手段和產(chǎn)業(yè)化管理水準(zhǔn)的一體化綜合性產(chǎn)業(yè)。比方世界排名第一，北美最大的安防跨國(guó)公司--美國(guó)棋諾亞公司，它在世紀(jì)年代開(kāi)場(chǎng)搞簡(jiǎn)單的防盜報(bào)警，其當(dāng)時(shí)的業(yè)務(wù)范圍和技術(shù)水平跟中國(guó)現(xiàn)在很多安防企業(yè)是相當(dāng)?shù)?。?0年代，它對(duì)其產(chǎn)業(yè)的整體開(kāi)展方向做了很大的調(diào)整，變?yōu)槁?lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)商，建設(shè)了首家網(wǎng)管中心，尤其是在年代引用了大量的網(wǎng)管技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和電子技術(shù)，現(xiàn)己成為十分先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)平臺(tái)，它在美國(guó)、加拿大、英國(guó)、香港、臺(tái)灣等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有分公司，北美的客戶(hù)數(shù)已超過(guò)600萬(wàn)，2003年防盜報(bào)警收入總產(chǎn)值達(dá)105億美元。1.3防盜報(bào)警器的開(kāi)展前景與趨勢(shì)隨著社會(huì)的開(kāi)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會(huì)的根本單元“安全防范問(wèn)題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式〔防盜網(wǎng)、防盜窗〕家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些明顯的問(wèn)題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時(shí)間久了會(huì)有高空墜物的不安全等。所以作為新一代的智能安全防盜報(bào)警器系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并日益受到廣泛的重視和運(yùn)用。另外，為了進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備工程中。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)局部。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控制、GSM短信報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、單片機(jī)控制電路、GSM短信模塊及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶(hù)終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、報(bào)警信息告知用戶(hù)等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊等局部組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測(cè)器工作起來(lái),當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、對(duì)比電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，翻開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出TTL電平至89C52單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行短信報(bào)警電路使GSM模塊，向用戶(hù)發(fā)送短信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程防盜報(bào)警功能。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)組成如圖2-1所示。該系統(tǒng)構(gòu)造組成為前端探測(cè)器〔熱釋電紅外探測(cè)器〕、單片機(jī)控制器、GSM短信模塊、用戶(hù)終端。用戶(hù)終端用戶(hù)終端GSM短信模塊單片機(jī)控制器前端探測(cè)器圖2-1基于GSM短信模塊的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)本系統(tǒng)由五路熱釋電紅外探測(cè)器采集五路〔門(mén)、窗、陽(yáng)臺(tái)等報(bào)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)〕報(bào)警信號(hào)，將報(bào)警信號(hào)送入89C52控制芯片，控制觸發(fā)GSM短信模塊向用戶(hù)發(fā)送防盜報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)家庭用防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能。根本工作原理如下:利用被動(dòng)式熱釋電型紅外傳感器檢測(cè)人體輻射的紅外線，當(dāng)檢測(cè)到紅外信號(hào)變化時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)展濾波、放大、對(duì)比、輸出高電平作為告警信息送給MCU，MCU判斷是否報(bào)警，如果滿(mǎn)足報(bào)警條件，就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)串行通信接口RS232，控制GSM短信模塊給用戶(hù)發(fā)短信息，實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)局部。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控制、GSM短信模塊報(bào)警等子模塊。電路構(gòu)造可劃分為：熱釋電紅外傳感器、單片機(jī)控制電路、GSM短信模塊及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶(hù)終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、短信報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱(chēng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下構(gòu)造：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、GSM短信模塊及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖2-2總體設(shè)計(jì)框圖所示：復(fù)位電路信復(fù)位電路信號(hào)處理電路傳感器189C52單片機(jī)89C52單片機(jī)用戶(hù)終端〔移動(dòng)〕......用戶(hù)終端〔移動(dòng)〕......GSM網(wǎng)絡(luò)串口通信GSMGSM短信模塊傳感器5傳感器5時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路圖2-2總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)89C52。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、對(duì)比電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，翻開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出TTL電平至51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢(xún)、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)GSM模塊向事先設(shè)定好的用戶(hù)發(fā)送報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)報(bào)警功能。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位。2.3傳感器簡(jiǎn)介2.3.1熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)介被動(dòng)式紅外探測(cè)器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測(cè)器直接探測(cè)來(lái)自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱(chēng)。被動(dòng)式紅外探測(cè)器是利用熱釋電效應(yīng)進(jìn)展探測(cè)的。被動(dòng)式紅外探測(cè)器又稱(chēng)為熱釋電紅外探測(cè)器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強(qiáng)介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯(cuò)酸鉛P(zT)等)的外表溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料外表發(fā)生極化，即外表上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)外表電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出。熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號(hào)。當(dāng)熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，外表電荷減少，通常將釋放掉的這局部電荷稱(chēng)為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測(cè)出紅外輻射能量的變化。紅外探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來(lái)自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探測(cè)器上，這樣紅外探測(cè)器就可以探測(cè)到某一個(gè)立體探測(cè)空間內(nèi)熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量對(duì)比小，而且根本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報(bào)警器。當(dāng)有人體突然進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，會(huì)造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測(cè)器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過(guò)后級(jí)對(duì)比器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)U，送往報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。紅外探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)為8~14um，人體的紅外輻射波長(zhǎng)正好處于這個(gè)范圍之內(nèi)，因此能較好的探測(cè)到活動(dòng)的人體。被動(dòng)式紅外探測(cè)器屬于空間控制型探測(cè)器，其戒備范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體戒備。由于被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用紅外探測(cè)器作為報(bào)警探測(cè)器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。2.3.2熱釋電紅外傳感器電路圖熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代開(kāi)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。圖2-3為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖2-3熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3.3被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性人體的體溫一般在37℃，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10um左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)展工作的。人體發(fā)射的紅外線通過(guò)菲尼爾濾光增強(qiáng)后聚焦到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)民。該探頭具有如下特點(diǎn)：由于這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。被動(dòng)紅外探頭的傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，因此探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)局部鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理后即可報(bào)警。根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距〔感應(yīng)距離〕，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。2.451系列單片機(jī)的內(nèi)部組成STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。主要特性如下：增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.工作電壓：5.5V～3.3V〔5V單片機(jī)〕/3.8V～2.0V〔3V單片機(jī)〕工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz用戶(hù)應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512字節(jié)RAM通用I/O口〔32個(gè)〕，復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。ISP〔在系統(tǒng)可編程〕/IAP〔在應(yīng)用可編程〕，無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口〔RxD/P3.0,TxD/P3.1〕直接下載用戶(hù)程序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看門(mén)狗功能共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口〔UART〕，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART工作溫度范圍：-40～+85℃〔工業(yè)級(jí)〕/0～75℃〔商業(yè)級(jí)〕PDIP封裝STC89C52RC單片機(jī)的工作模式掉電模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備2.4.1STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部組成圖2-4畫(huà)出了STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)組成的根本框圖：外時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘電路2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘電路4KBROM256BRAM89C5189C51單片機(jī)64KB總線控制器中斷控制并行接口64KB總線控制器中斷控制并行接口串行接口INT0INT1內(nèi)中斷控制并行口串行通訊圖2-4STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)組成根本框圖由圖2-4可以看出，MCS—51系列單片機(jī)89C52是由中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、輸入/輸出〔I/O〕口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等假設(shè)干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，即可構(gòu)成一個(gè)根本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.4.2STC89C52單片機(jī)引腳及功能共40條引腳，分為端口、控制、電源三類(lèi)：(1)端口線：4個(gè)8位端口共32條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。P0口〔P0.0~P0.7〕：多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。P0口在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。P1口〔P1.0~P1.7〕：?jiǎn)喂δ芏丝?，用于?shù)據(jù)輸入/輸出傳輸。P2口〔P2.0~P2.7〕：多功能端口，用于傳輸?shù)刂沸畔⒒蜃鳛槠胀↖/O端口。P3口〔P3.0~P3.7〕：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通I/O端口。傳輸控制信息時(shí)： P3.0：RXD，串口輸入 P3.1：TXD，串口數(shù)出 P3.2：INT0，外部中斷0輸入 P3.3：INT1，外部中斷1輸入 P3.4：T0，計(jì)數(shù)器0輸入 P3.5：T1，計(jì)數(shù)器1輸入 P3.6：WR，“寫(xiě)〞控制信號(hào)線 P3.7：RD，“讀〞控制信號(hào)線(2)電源線：共2條，VCC、VSS(GND)。(3)控制線：共6條，傳送控制信號(hào)。ALE：地址鎖存，用于區(qū)分在多功能端口傳送的數(shù)據(jù)/地址信息，ALE=0/1：數(shù)據(jù)/地址。EA：允許訪問(wèn)外程序存儲(chǔ)器。EA=0/1：片外/片內(nèi)存儲(chǔ)器有效。PSEN：片外ROM選通。RST：芯片復(fù)位線。XTAL1、XTAL2：外接石英晶體輸入線。圖2-5為STC89C52單片機(jī)的引腳圖：圖2-5STC89C52單片機(jī)引腳構(gòu)造2.5RS-232C接口 RS-232C通信接口是一種標(biāo)準(zhǔn)的串行接口，其通信標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際上得到了廣泛的應(yīng)用。在電氣特性上RS-232C采用負(fù)邏輯，要求高、低兩信號(hào)間有較大的幅度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下： 邏輯“1〞：-5~-15V。 邏輯“0〞：+5~+15V。 RS-232C規(guī)標(biāo)準(zhǔn)接口有25條線，4條數(shù)據(jù)線、11條控制線、3條定時(shí)線、7條備用和未定義線，常用的只有9根，他們的管腳分配如圖2-6，接口定義說(shuō)明如下表2-1所示。圖2-6RS-232(DB9)的引腳圖表2-1RS-232(DB9)的接口定義編號(hào)名稱(chēng)功能說(shuō)明1DCD載波檢測(cè)2RXD接收數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號(hào)地6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好7RTS請(qǐng)求發(fā)送8CTS允許發(fā)送9RI振鈴提示 通常的應(yīng)用系統(tǒng)中，往往是CPU和I/O設(shè)備之間傳送信息，兩者都是DTE，比方PC和色溫計(jì)，PC和單片機(jī)之間的通信，雙方都能發(fā)送和接收，它們的連接只需要使用三根線即可，即RXD,TXD和GND，連接方式見(jiàn)圖2-7。圖2-7“三線連接法〞2.6TC35短信模塊簡(jiǎn)介西門(mén)子公司TC35型GSM收發(fā)模塊是對(duì)比常用的GSM模塊，可工作在GSM900MHz和GSM1800MHz兩個(gè)頻段。TC35模塊體積小、安裝方便，可以根據(jù)具體需要很方便地嵌入應(yīng)用系統(tǒng)中，通過(guò)40腳ZIF(零插拔力)連接器與應(yīng)用電路連接，通過(guò)一個(gè)串行接口與應(yīng)用電路實(shí)現(xiàn)信息交換。TC35構(gòu)造如圖1所示。TC35模塊可以傳送語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、sMs和，單電源供電(3.3V～5.5V)，工作溫度范圍為-20°C~+55°C，串口可以工作于多種波特率：1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s、19.2kbit/s、38.4kbit/s、57.6kbit/s和115.2kbit/s，使用AT命令集對(duì)串口進(jìn)展操作，并對(duì)TC35進(jìn)展編程，TC35可以工作于降功耗方式、休眠方式、軟件激活方式、通話方式等多種方式，具體應(yīng)用如圖2-8所示。圖2-8TC35構(gòu)造圖第3章硬件電路設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路的功能介紹：此電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。此電源為直流穩(wěn)壓電源包括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓三局部，最終將電網(wǎng)中220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓提供應(yīng)后面的工作電路。在整個(gè)電路中電源局部起到重要的作用，如果電源局部不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路都不能運(yùn)行?！?〕電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=η，式中η是變壓器的效率。在本電源電路中取η的數(shù)值為22，故降壓后副邊電壓值為10V?！?〕整流電路：利用D1～D44個(gè)二極管組成的一個(gè)橋式整流電路，將50Hz的正弦交流電轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)的直流電。整流后的電壓約為9V?！?〕濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大局部通過(guò)C101加以濾除，從而得到對(duì)比平滑的直流電壓?！?〕穩(wěn)壓電路：芯片7805穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的變化而變化。本穩(wěn)壓電源可作為T(mén)TL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱(chēng)為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱(chēng)為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其根本原理一樣，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱(chēng)為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱(chēng)為可調(diào)輸也三端穩(wěn)太器，其根本原理一樣，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。LM7805簡(jiǎn)介：LM7805是常用的三段穩(wěn)壓器，一般使用的是TO-220封裝，能提供DC5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過(guò)流和過(guò)載保護(hù)電路。圖3-1直流穩(wěn)壓電源電路3.2紅外探測(cè)信號(hào)輸入電路紅外探測(cè)信號(hào)輸入局部由紅外線傳感器、信號(hào)放大電路、電壓對(duì)比器、數(shù)字信號(hào)輸入電路組成。當(dāng)工作中的紅外線傳感器J1探測(cè)到前方人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，由J1的S端引腳輸出微弱的電信號(hào)〔1～10Hz〕,經(jīng)三極管Q1等組成第一級(jí)放大電路放大〔見(jiàn)圖3-2〕，再通過(guò)C2輸入到運(yùn)算放大器U1A中進(jìn)展高增益、低噪聲放大〔見(jiàn)圖3-3〕，此時(shí)由U1A輸出的信號(hào)已足夠強(qiáng)。如圖3-4所示，U1B是電壓對(duì)比器，二級(jí)放大信號(hào)OUT2由運(yùn)放芯片U1B中5腳輸入，R6、R7、R9、D1組成基準(zhǔn)電壓電路，輸入信號(hào)與反向輸入端基準(zhǔn)電壓對(duì)比，一旦有盜賊闖入監(jiān)控的范圍內(nèi)，熱釋紅外線傳感器監(jiān)測(cè)到信號(hào)后，發(fā)出一個(gè)微弱的交變信號(hào)，經(jīng)兩級(jí)交流放大后，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)展對(duì)比，此時(shí)，經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)大于基準(zhǔn)電壓。通過(guò)U1B的對(duì)比，其輸出電平為運(yùn)放工作電壓高電平5V，三極管Q2導(dǎo)通，J2輸出為低電平；當(dāng)OUT2端輸入沒(méi)有信號(hào)時(shí)，輸出為0V，所以三極管Q2截止，J2引腳輸出為高電平。調(diào)試時(shí)，在紅外線傳感器前人走動(dòng)，調(diào)整R9，直到J2引腳輸出為低電平。各電路如圖3-2到圖3-5所示。圖3-2第一級(jí)放大電路圖圖3-2中，R1是源極電阻，其阻值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)展調(diào)整；產(chǎn)生的微弱信號(hào)由S9014進(jìn)展放大。S9014是NPN型三極管，其IC靜態(tài)工作電流達(dá)100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá)1000倍。R3給S9014提供靜態(tài)基極電壓。放大后的信號(hào)由C2耦合到下一級(jí)。圖3-3二級(jí)放大電路圖圖3-4電壓對(duì)比器電路圖圖3-5中，用三極管S9013把OUT3的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的入口電平信號(hào)。其主要原因是，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)后，OUT3輸出約為5V的工作電壓，需要用三極管將其轉(zhuǎn)換成低電平。這樣，當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，J2引腳輸出低電平，將給單片機(jī)一個(gè)低電平，而這樣一個(gè)低電平信號(hào)將使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，同時(shí)喚醒整個(gè)電路；而沒(méi)有報(bào)警時(shí)，將輸出持續(xù)的高電平。圖3-5數(shù)字信號(hào)輸入電路3.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。圖3-6為時(shí)鐘電路。圖3-6時(shí)鐘電路圖3.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。圖3-7為復(fù)位電路。圖3-7復(fù)位電路圖3.5RS-232通信的設(shè)計(jì)3.5.1RS-232芯片選型由于PC機(jī)是系統(tǒng)的主控機(jī)，主機(jī)PC和單片機(jī)之間采用的是RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展通信，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用RS-232通信收發(fā)器芯片為MAX232，它是美信〔MAXIM〕公司專(zhuān)為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5V單電源供電。3.5.2MAX232簡(jiǎn)介由于電腦串口RS232電平是-10V+10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0+5V,MAX232就是用來(lái)進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。圖3-8是MAX232的內(nèi)部電路構(gòu)造圖。圖3-8MAX232的內(nèi)部電路構(gòu)造圖下面是MAX232的引腳介紹：第一局部是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供應(yīng)RS-232串口電平的需要

第二局部是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳〔R1IN〕、12腳〔R1OUT〕、11腳〔T1IN〕、14腳〔T1OUT〕為第一數(shù)據(jù)通道；8腳〔R2IN〕、9腳〔R2OUT〕、10腳〔T2IN〕、7腳〔T2OUT〕為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三局部是供電。15腳GND、16腳VCC〔+5V〕。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件根本定型后，軟件的相應(yīng)子程序模塊就大體定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類(lèi)：一是監(jiān)控軟件〔主程序〕，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件〔子程序〕，它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。下面分別說(shuō)明各個(gè)子程序的編寫(xiě)原理：短信報(bào)警子程序：當(dāng)搜索到報(bào)警要求的信號(hào)后，調(diào)用報(bào)警子程序即可完成報(bào)警功能。其報(bào)警原理：控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來(lái)驅(qū)動(dòng)GSM模塊向用戶(hù)發(fā)送報(bào)警短信，輸出高電平信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光。串行口通信子程序：?jiǎn)纹瑱C(jī)和微機(jī)進(jìn)展通信時(shí)，首先要設(shè)置串行口的波特率為9600,1位停頓位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。串口通信程序可以采用查詢(xún)和中斷方式，由于單片機(jī)發(fā)送子程序的查詢(xún)和中斷方式的資源占用是一樣的，故發(fā)送采用查詢(xún)，接收子程序采用中斷。4.2主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件構(gòu)造分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如以以以下列圖4-1所示：?jiǎn)?dòng)短信報(bào)警電路開(kāi)場(chǎng)報(bào)警開(kāi)場(chǎng)檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸入系統(tǒng)初始化啟動(dòng)短信報(bào)警電路開(kāi)場(chǎng)報(bào)警開(kāi)場(chǎng)檢測(cè)有無(wú)信號(hào)輸入系統(tǒng)初始化否是短信報(bào)警是否持續(xù)10秒短信報(bào)警是否持續(xù)10秒否是短信報(bào)警完畢是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警是完畢完畢圖4-1主程序工作流程圖4.3中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)短信模塊報(bào)警電路開(kāi)場(chǎng)報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停頓報(bào)警,然后程序開(kāi)場(chǎng)循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停頓短信報(bào)警的作用。手工按鍵停頓報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如以以以下列圖4-2所示；中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)中斷INT0端有輸入信號(hào)關(guān)閉短信報(bào)警關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)中斷INT0端有輸入信號(hào)關(guān)閉短信報(bào)警關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)圖4-2中斷服務(wù)程序工作流程圖4.4報(bào)警電路流程圖報(bào)警電路控制端由單片機(jī)的P2.0端來(lái)完成，高電平有效。當(dāng)P2.0輸出高電平時(shí)，NPN三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)GSM模塊發(fā)送防盜報(bào)警短信。短信報(bào)警電路流程圖如以以以下列圖4-3所示：開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)初始化初始化P2.0P2.0是否為高電平否是電路啟動(dòng)電路啟動(dòng)短信報(bào)警模塊報(bào)警完畢報(bào)警完畢圖4-3報(bào)警電路流程圖4.5信號(hào)采集電路流程圖本設(shè)計(jì)需要采集五路報(bào)警信號(hào)〔門(mén)、窗、陽(yáng)臺(tái)等報(bào)經(jīng)檢測(cè)點(diǎn)〕，設(shè)計(jì)中采用了熱釋電紅外傳感器進(jìn)展輸入信號(hào)的采集。圖4-4為信號(hào)采集流程圖。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)初始化初始化采集完畢信號(hào)采集完畢單片機(jī)INT0口數(shù)據(jù)采集信號(hào)經(jīng)處理輸出高電平盜賊入侵否采集完畢信號(hào)采集完畢單片機(jī)INT0口數(shù)據(jù)采集信號(hào)經(jīng)處理輸出高電平盜賊入侵是 否是 圖4-4信號(hào)采集電路流程圖第5章結(jié)論與展望本設(shè)計(jì)研究了一種基于GSM短信模塊的家庭