基于GSM模块的防盗报警系统 毕业设计.doc

内 容 摘 要 随着信息、电子、控制、通信等技术的迅速发展，健康、安全、舒适、便捷的生活品质成为人们的迫切需要。而且随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快以及大量家用电器和厨房设施的使用，家庭安全隐患随之增多，同时社会转型期的家庭不安全因素也日益凸现，传统的安全防范措施已无法适应现代化社会的需求。本文鉴于以上因素，建立了一个基于 GSM 网络及短信息平台上的家庭安防系统，设计中采用了 STC89C52 单片机系统、无线 GSM 短信模块及传感器技术。 本文给出了基于短信息平台的家庭安防系统的设计思路和系统组成方案，对主控模块、通信网络、传感器模块、短信模块及接口电路进行了较深入的分析研究。文中设计实现的家庭安防系统具有硬件结构简单、性价比高等优?恪？榛某绦蚪峁梗瓜低彻艿睦狗浅奖恪疚母龅幕诙绦畔教募彝卜老低常臼迪至讼低车脑冻瘫翱刂乒埽锏搅嗽冻碳嗫丶揖拥哪勘辏哂薪虾玫挠们熬啊?关 键 词 智能家居；远程监控；GSM；短信息 The system of the home burglar alarm is based on the GSM SMS module Author:XXX Tutor:XXX Associate professor Abstract With the rapid development of information technology electronicstechnology control technology communication technology the lifequality such as healthy securitycomfortable convenient become peoplesurgent need. In addition with the improvement of peoples living standardand the accelerated rhythm of life as well as the large number ofhousehold appliances and kitchen facilities being used the hiddenproblem of family security is increasing. At the same time the insecurityfactor of family is come into being at the time of social transformationand the traditional security system has been unable to adapt to the needsof modem society. In this paper we establish a family security systembased on GSM network and short message platform and use theSTC89C52 single-chip microcomputer system Wireless GSM SMSmodule and sensor technology. This paper presents the design and the system composition project ofthe family security system based on short message platform and makesan intensive study of the control module communication networkssensor module SMS module and interface circuit. The system in thispaper has some advantages such as simple hardware structure and highcost-performance and so on. The Modularized program is convenient toexpansion of the system. The test results indicated that the family securitysystem based on short message platform realizes long distance alarm andcontrol function and achieves the goal of long distance monitoring andcontrolling towards family. It has good application prospects. Key words Intelligent home Monitoring and controlling by long distance GSM Short message 目 录第 1 章 绪 论 .1 1.1 前言 .1 1.2 防盗报警系统在国内外的发展 .1 1.3 防盗报警器的发展前景与趋势 .2 1.4 设计任务与要求 .3第 2 章 系统方案设计 .4 2.1 系统总体设计思路 .4 2.2 系统方案设计 .5 2.3 传感器简介 .6 2.3.1 热释电红外传感器简介 .6 2.3.2 热释电红外传感器电路图 .8 2.3.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 .8 2.4 51 系列单片机的内部组成 .9 2.4.1 STC89C52 单片机的内部组成 .11 2.4.2 STC89C52 单片机引脚及功能 .12 2.5 RS-232C 接口 .14 2.6 TC35 短信模块简介 .15第 3 章 硬件电路设计 .17 3.1 电源电路设计 .17 3.2 红外探测信号输入电路 .18 3.3 时钟电路的设计 .21 3.4 复位电路的设计 .22 3.5 RS-232 通信的设计 .23 3.5.1 RS-232 芯片选型 .23 3.5.2 MAX232 简介 .23第 4 章 软件设计 .25 4.1 软件的程序实现 .25 4.2 主程序工作流程图 .26 4.3 中断服务程序工作流程图 .27 4.4 报警电路流程图 .28 4.5 ?藕挪杉缏妨鞒掏?.29第 5 章 结论与展望 .30致 谢 .31参考文献 .32附录 A 主要源程序代码 .33附录 B GSM 模块电路图 .37附录 C 电路总体原理图 .38基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统 第1章 绪 论1.1 前言 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，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。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于 51 单片机及 GSM 短信模块的家庭式电子防盗系统。1.2 防盗报警系统在国内外的发展 从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，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。到70年代，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600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。1.3 防盗报警器的发展前景与趋势 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。 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 设计任务与要求 1该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、GSM 短信报警等模块子函数。 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、GSM 短信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、功能设定、报警信息告知用户等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块等部分组成。 3系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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 89C52 单片机，经单片机处理运算后驱动执行短信报警电路使 GSM 模块，向用户发送短信息实现远程防盗报警?堋?第 2 章 系统方案设计2.1 系统总体设计思路 基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统组成如图 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、 、 GSM短信模块、用户终端。 前 单 GSM 端 片 短 用 探 机 信 户 测 控 模 终 器 制 块 端 器 图 2-1 基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统 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 89C52 控制芯片，控制触发 GSM短信模块向用户发送防盗报警信息，从而实现家庭用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，通过串行通信接口 RS232，控制 GSM 短信模块给用户发短信息，实现防盗报警。2.2 系统方案设计 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、GSM 短信模块报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、单片机控制电路、GSM 短信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、短信报警等功能。 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、单片机、复位电路、GSM 短信模块及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图 2-2 总体设计框图所示： 复位 传感 电路 器1 信 号 处 . 理 89C52 串口 GSM 电 单片机 通信 GSM 网络 用户终端 路 短信 （移动电话） 传感 模块 器5 时钟 电路 图 2-2 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。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 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GSM 模块向事先设定好的用户发送报警信息，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 传感器简介2.3.1 热释电红外传感器简介 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如钦酸钡、钦错酸铅 PzT等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。 热释电红外传感器通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，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 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，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。2.3.2 热释电红外传感器电路图 热释电红外线PIR传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。 图 2-3 为热释电红外传感器的内部电路框图。 图 2-3 热释电红外传感器的内部电路框图2.3.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 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 ，从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。离）2.4 51 系列单片机的内部组成 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。 主要特性如下： 1. 增强型 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，指令代码完全兼容传统 8051. 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 0 80MHz，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/P3.0TxD/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平触发中断方式唤醒 12. 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：-4085（工业级）/075（商业级） 14. PDIP 封装STC89C52RC 单片机的工作模式 掉电模式：典型功耗lt0.1A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2.4.1 STC89C52 单片机的内部组成 图 2-4 画出了 STC89C52 单片机的内部系统组成的基本框图： 外时钟源 外部事件计数 时钟电路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 时/计数器 89C51 单 片机 64KB 总线控 中断控制 并行接口 制器 串行接口.