毕业设计论文基于GSM模块的单片机红外防盗报警系统.doc

毕业论文题 目： 基于GSM模块的单片机红外防盗报警系统 英文题目： Based on GSM module single-chip infrared security alarm system 二 零 一一 年 六 月东华理工大学长江学院毕业论文 摘要摘 要本系统采用了热释电红外传感器以及GSM模块。热释电红外传感器具有制作简单、成本低、安装方便、防盗性能稳定等特点，它的信号易于处理并经单片机系统处理后方便和PC机通信；TC35型GSM模块自带RS232通信端口，能够方便的与单片机和PC机相连，可实现报警信号的无线快速传递，同时能直接将报警信息传送到客户手机终端上，方便及时报警，通过GSM模块也能使该系统与PC终端相连，方便多系统的协调统一管理。本设计包括硬件和软件两部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外检测电路、报警电路、串口模块等部分组成。处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件下控制工作的。关键词：单片机；红外传感器；GSM模块；报警电路I东华理工大学长江学院毕业论文 ABSTRACTABSTRACTThe system uses a pyroelectric infrared sensorand GSM module. Pyroelectric infrared sensor has produced a simple, low cost, easy installation, security and stable performance. It is easy to handle and the signal processed by the MCU system and PC, to facilitate communication. Type TC35 GSM module comes with RS232 communication port and can be easily connected with the microcontroller and PC machines, enabling rapid transmission of the wireless alarm signal. At the same time alarm information can be transmitted directly to the client mobile terminal, to facilitate the timely warning. Through the GSM module also allows the system is connected with the PC terminal to facilitate the harmonization of multi-system management. The design includes both hardware and software parts. Hardware includes single chip control circuit, infrared detection circuits, alarm circuits, serial modules and other components. 51 series processor AT89C51, the whole system is under the control of the system software to work.Key words: MCU; Infrared sensor; GSM module; Alarm circuitII东华理工大学长江学院毕业论文 目录目 录1 引言11.1设计任务与要求12 基础知识介绍22.1热释电红外传感器（PIR）原理简介22.2 PIR性能及检测范围22.3AT89C51单片机简单概述32.3.1 AT89C51单片机的结构32.3.2 AT89C51单片机管脚说明43 方案设计63.1总体设计思路63.2具体电路模块设计63.2.1 电源电路63.2.2热释电红外传感器原理73.2.3时钟电路的设计93.2.4复位电路的设计93.2.5报警电路设计103.2.6串口模块设计113.3系统硬件电路元件的选择及说明123.4软件的程序实现153.4.1主程序工作流程153.4.2中断服务程序工作流程164 系统仿真及测试174.1仿真条件及预期效果174.2系统仿真各步骤的具体过程及数据记录184.2.1硬件仿真及测试记录184.2.2软件测试及记录234.2.3硬件与软件连调测试及记录234.2.4 GSM模块的模拟测试及记录264.3系统仿真评估及技术展望295 总结30参考文献31致 谢32附 录33III东华理工大学长江学院毕业论文 引言1 引言我国工业化的快速发展带动了无数企业茁壮成长，随之而来的是仓库的不断扩建以及储存物品价值不断升高，不论是工业还是物流业，对于仓库的管理和防盗面临着很大的压力，在高科技时代下，技术不断革新，我国目前的传统防盗报警系统已无法满足市场的需要，因此根据国际安防业的主流技术发展方向，迫切的希望研究出适合用于工业、物流业的仓库防盗报警系统。随着08年奥运会的成功举办，带动了我国的安防业迅猛发展，嵌入式系统技术的应用也越来越广泛，针对防盗报警系统的嵌入式技术也需快速更新，而基于GSM模块的防盗报警技术正是未来一段时间内的主要发展趋势，因此它的设计有着重要的意义。1.1设计任务与要求（1）根据市场需求及技术发展趋势，模拟为一工厂仓库设计基于模块的被动式红外防盗报警系统。本设计分软件、硬件两部分，分别划分为检测模块、声光报警模块、串口模块、GSM模块。（2）系统可实现功能。工厂仓库经常处于无人状态，需要不断监控是否有人入侵。当有人入侵时，热释电红外传感器将探测到动作产生电信号，经信号处理电路处理放大后送入单片机，人体的每一次移动都会产生电信号，当电信号累计到5次时系统判定为有外人入侵，启动中断服务程序（报警功能），分别进行声光报警和GSM报警。（3）被动式热释电红外传感器能探测出针对人的红外波段，能区别于其他红外波段，尽量减少误报漏报，同时检测范围大，检测形式隐蔽，不易被外人察觉。（4）通过proteus软件和Keil软件对所设计的系统进行模拟仿真，初步检测系统的正确性。39东华理工大学长江学院毕业论文 基础知识介绍2 基础知识介绍2.1热释电红外传感器（PIR）原理简介本文主要采用的是d203s型热释电红外传感器。它主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。PIR内部电路图如下图所示：2.2 PIR性能及检测范围PIR抗干扰性能比较强：(1)防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。 (2)抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。 (3)抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。PIR对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感.因此针对这一特点和系统要求的检测范围，可将PIR安装在仓库顶棚，其检测范围如图所示：2.3AT89C51单片机简单概述2.3.1 AT89C51单片机的结构AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机的基本组成及功能方块图如下图所示：2.3.2 AT89C51单片机管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式，因为受引脚数目的限制，所以不少引脚具有第二功能。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0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/地址的第八位。 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4TTL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，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） 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（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：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地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，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。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禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 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。东华理工大学长江学院毕业论文 方案设计3 方案设计3.1总体设计思路本设计包括硬件、软件两部分。模块可划分为检测模块、报警模块和控制模块。电路结构可划分为热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路。软件结构有循环检测、中断报警两个功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心元件，所以次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系统功能分析、硬件设计、软件设计等几个阶段。处理器采用51系列单片机AT89C51。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，经放大电路等最终输入单片机内，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，利用控制信号进行报警等，当报警解除时可以人工手动接触报警 。系统结构图如下：3.2具体电路模块设计3.2.1 电源电路电源电路如下图所示，220V交流市电可由市场上典型220V转12V变压器降压，经桥式整流器D1整流，电解电容C1滤波，三端稳压器78L05稳压，C2改善稳定电源波动最后得到整机要求的+5V稳定直流电源。其中7805的VI管脚可接受8-25V电压，VO管脚能够稳定输出5V电压，只要输入电压在8-25V，7805都能为单片机系统提供恒定的5V电压。C1起滤波作用在电路中一般为几千uFC2：用来改善负载的瞬态效应，减少高频噪声，就是减小电源不规则的波动量提高电源性能。说明：因为软件所限，无法直接模拟出12V交流电，故在Proteus中模拟电源电路时，采用激励源模式模拟出12V交流电，如图，AC2输入+12V正弦交流源，AC1输入-12V正弦交流源，组成一个24V的正弦交流电源。3.2.2热释电红外传感器原理（1）传感器组成及检测电路框图热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2m作用；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10m以上。由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小（小于1mv），不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。根据功能要求，人体热释电检测电路组成框图如下所示：热释电检测电路组成框图其中V0为控制信号，接到单片机的中断端口。（2）信号处理电路本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。1）BIS0001简介及工作原理BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释电红外开关、报警用人体热释电传感器等。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。BIS0001芯片管脚如下图所示:BIS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。它通过放大器将传感器信号进行放大，通过比较器等使信号能够稳定的输出到单片机中。2）信号处理电路热释电传感器信号处理电路热释电传感器S极输出信号送入BIS0001的14脚，经内部第一级运算放大器放大后，由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大，再经电压比较器构成的鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延迟时间定时器，最后从12脚输出信号（V0）送入单片机中断0端口以实现系统的控制。BIS0001的1脚接高电平，使芯片处于可重复触发工作方式。输出V0（高电平）的延迟时间Tx由外部R8和C7的大小调整；触发封锁时间Ti由外部R9和C6的大小调整。和组成电路，将在节中详细介绍。在信号处理电路中经常用到放大电路，它可以将微弱信号通过晶体管效应放大从而方便对输入的信号进行各种处理，本文将在节中详细介绍。3.2.3时钟电路的设计时钟电路是为单片机提供机器振荡周期的电路，是单片机的重要组成部分。其中振荡源对于石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。因为一个机器周期含有个状态周期，而每个状态周期为个振荡周期，所以机器周期共有个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为，一个振荡周期为，故本单片机系统的一个机器周期为，时钟电路如图所示：3.2.4复位电路的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，在端持续给出个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。使用晶振频率为时，则复位信号持续时间应不小于。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图：因为电容具有通交流阻直流的特性，因此当开关没有按下时+5V的直流电压无法加到单片机的RST端口上，因此系统并不执行复位功能；而当开关持续按下时，电源电压直接加到复位端口，在2个机器周期即2us后系统自动复位，松开开关，系统初始化后正常运行。电路中和组成延时电路，将在中详细介绍。3.2.5报警电路设计如图所示，报警电路由一个蜂鸣器接到单片机的P1。0接口，而LED报警灯接单片机P1。1接口，当红外传感器探测到有人入侵时会自动通过中断程序使蜂鸣器发出报警声音，同时LED发出红光警示入侵者。本设计仅为模拟声光报警系统，在实际应用中还需注意当报警器与单片机相隔很远时，电路中会产生很大噪声等其他不稳定因素，极有可能产生蜂鸣器的工作不正常，因此应根据实际情况，适当对电路进行修改，保证系统的稳定性、可靠性达到最佳。3.2.6串口模块设计（1）TC35简介TC35是Siemeils公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。（2）硬件设计及软件设计本设计采用型号为TC35的GSM模块，该模块自带RS232端口，若想与单片机连接，只需设计一个TTL转RS232电平电路,连接到AT89C51的UART口,另一端直接连接到TC35即可。如图所示，串口模块由一个芯片和一个COMPIM串口端组成，COMPIM端口负责与GSM连接，MAX232负责与单片机连接。软件设计上，主要通过单片机串行通信端口向TC35GSM模块传输信息，令TC35工作。单片机与TC35i的软件接口其实就是单片机通过AT指令控制手机的控制技术，首先设置TC35i模块的工作模式：AT+CMGF=n，n=0为PDU模式；n=1为文本模式；通常设置为PDU模式，在这种模式下，能传送或接受透明数据（用户自定义数据）。AT+CMGR=n为读TC35i模块短消息数据，n为短消息号。AT+CMGL=n为列出TC35i模块内的短消息，n=0是未读的短消息，n=1位已读的短消息，n=2位未发送的短消息，n=3为已发送的短消息n=4为所有短消息。AT+CMGD=n为删除TC35i模块的短消息，n为短消息编号。TC35中与SMS相关的若干GSM AT指令基于TC35的短信的发送方法分成两步：1）发送接收的手机号码,等待应答 ： AT+CMGS="13307496548"回车(目的地址)对方TC35回应：AT+CMGS="13307496548" ） 输入短信息的内容(只能是英文)：Test 回车3.3系统硬件电路元件的选择及说明硬件电路的设计见附图示，从以上分析可知在本设计中要用到如下器件：AT89C51、热释电红外传感器模块、LED、电容电阻、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机手工复位电路等。本设计主要目的在于探索基于GSM无线网络报警的红外防盗报警系统，因此重点在于对GSM模块的应用的探索，其他模块则采用已经过实践检验的标准化模块，所需元件均能在市场上找到且价格合理，根据各模块的参数值可以轻易得到所需元件的型号，易于替换；这样不仅有利于节省本设计的开发成本，同时对于以后产品有更好的维护性和替换性。本系统中最常见的电路由最基本的电路和晶体管放大电路组成，其原理如下：（1）RC电路在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在这些电路中，电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用。RC电路主要应用为微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。在电路中起着重要作用。在本设计中主要用到了RC电路的滤波作用。在模拟电路，由RC组成的无源滤波电路中，根据电容的接法及大小主要可分为低通滤波电路和高通滤波电路，如下所示：低通滤波电路高通滤波1)低通滤波电路中，他跟积分电路有些相似（电容C都是并在输出端），但他们是应用在不同的电路功能上，积分电路主要是利用电容C充电时的积分作用，在输入方波情形下，来产生周期性的锯齿波（三角波），因此电容C及电阻R是根据方波的tW来选取，而低通滤波电路，是将较高频率的信号旁路掉（因XC=1/（2fC），f较大时，XC较小，相当于短路），因而电容C的值是参照低频点的数值来确定，对于电源的滤波电路，理论上C值愈大愈好。2)高通滤波电路与微分电路或耦合电路形式相同。在脉冲数字电路中，因RC与脉 宽tW的关系不同而区分为微分电路和耦合电路；在模拟电路，选择恰当的电容C值，就可以有选择性地让较高频的信号通过，而阻断直流及低频信号，如高音喇叭串接的电容，就是阻止中低音进入高音喇叭，以免烧坏。另一方面，在多级交流放大电路中，他也是一种耦合电路。(2)晶体管放大电路红外传感器所发出信号均为低频小信号，因此需要放大电路对其进行放大处理方可输入到单片机中。本设计采用低频小信号放大器，对电压进行放大，主要要求是使负载得到不失真的电压信号，主要指标是：电压增益、输入输出阻抗。本设计采用的是晶体三极管（BJT）放大器，根据输入和输出回路的共同端的不同接法，可以组成三种连接方式：a 共基极b 共射极c 共集极 综述三种接法的主要特点和应用，可以大致归纳如下：1)共射电路同时具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，输入电阻和输出电阻值比较适中，所以，一般只要对输入电阻、输出电阻和频率响应没有特殊要求的地方，均常采用。因此，共射电路被广泛地用作低频电压放大电路的输入级、中间级和输出级。2)共集电路的特点是电压跟随，这就是电压放大倍数接近于1而小于1，而且输入电阻很高、输出电阻很低，由于具有这些特点，常被用作多级放大电路的输入级、输出级或作为隔离用的中间级。首先，可以利用它作为测量放大器的输入级，以减小对被测电路的影响，提高测量的精度。其次，如果放大电路输出端是一个变化的负载，那么为了在负载变化时保证放大电路的输出电压比较稳定，要求放大电路具有很低的输出电阻。此时，可以用射极输出器作为放大电路的输出级。3)共基电路的突出特点在于它具有很低的输入电阻，使晶体管结电容的影响不显著，因而频率响应得到很大改善，所以这种接法常常用于宽带放大器中。另外，由于输出电阻高，共基电路还可以作为恒流源。3.4软件的程序实现本系统的软件程序主要功能是循环检测中断端口有无信号，因为红外控制信号由中断0端口输入。当有外人入侵时系统产生中断，自动进入中断程序，即进入防盗报警程序。此时单片机会由串行通信端口（UART）向TC35发出指令，通过TC35GSM模块将报警信息传送指定手机上或者传送其他GSM模块后汇入PC控制终端以便统一控制；同时单片机还会控制报警电路进行报警，通知附近工作人员尽快赶到现场进行处理。3.4.1主程序工作流程按上述工作原理和硬件结构分析可知，主要功能是对系统进行初始化并对系统进行检测有无中断信号产生。程序流程图如下所示：由流程图可以看出，系统电源打开后进入初始化阶段，初始化主要由程序中初始化函数模块来完成；程序初始化后将循环检测各端口的变化，当没有中断产生时系统维持原状，当有中断产生时将进入中断服务程序模块。初始化函数模块功能是将单片机P1端口全部置0，可使红色灯亮，提示工作正常，同时也使得蜂鸣器进入工作状态但不产生报警。在初始化阶段系统还要设置中断模式令TMOD寄存器（工作方式寄存器）为0x10，该模式允许定时器1和外部中断0程序同时启用；同时关闭中断端口，即将寄存器EA（中断允许控制位，置0表示关中断）、EX0（外部中断0请求标志位，置0表示关闭请求）、TR1（定时器1运行控制位，置0表示关闭）全部置0。3.4.2中断服务程序工作流程由于本设计是针对仓库的防盗报警系统设计，因此有别于家庭的防盗报警系统，当检测有外人入侵时，管理人员必须到现场进行确认后手动复位电路，否则无法彻底达到防盗效果。本主程序实现的功能是当单片机检测到外部检测模块送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理，启动中断服务程序，进行声光报警和GSM报警。其中断工作流程如下图所示：中断报警程序主要靠两个函数模块来完成，报警函数模块负责进行声光报警，而GSM模块负责GSM无线网络报警，当警报结束后对现场进行恢复。东华理工大学长江学院毕业论文 系统仿真及测试4 系统仿真及测试本设计是对基于GSM模块的防盗报警系统的网络化的探索，所以应尽可能的对系统进行模拟以测试是否符合预期效果。4.1仿真条件及预期效果本设计利用Proteus仿真，并将所编写的程序用Keil软件编译，同时将电路图及程序结合模拟，仿真原理图和源程序请见附录。说明：因为Proteus仿真能力有限，传感器电路无法仿真，因此虽然分别给出了检测模块电路图和系统图，但是在进行仿真测试以验证系统时，为了方便所以将系统进行简化，以开关信号代替检测模块发送的脉冲信号，如下图所示：AT89C51的P3.2端口有两个功能，当接高电平时为I/O端口，可对外部元件进行控制等操作，当接低电平时为中断0端口。因此P3.2端口直接接+5V电源电压，使其为高电平，此时无中断信号产生，开关接地，模拟红外传感器模块发送脉冲信号，当开关按下时电源直接接地，P3.2为低电平，产生一个中断信号，此过程即为红外传感器发送控制信号到单片机中断0端口产生中断信号的过程。本系统仿真步骤和目标：（1）利用Proteus仿真系统电路，检测电路是否正确，各端口电压是否符合要求。（2）利用Keil编写源程序，运行程序查看编写是否正确，查看各寄存器使用情况（3）将Proteus与Keil连调，加载程序到Proteus中，运行系统，根据系统要求产生中断，看软件是否按照预期效果运行 （4）通过GSM端口模拟软件，对GSM端口进行模拟测试，看是否能够在产生中断时有信息发送出来。本系统仿真后预期达到的效果：（1）对仿真电路，应在关键点设置电压检测点，观察电压是否符合要求并记录数据；（2）对源程序，应记录Keil软件编译后的信息，同时记录各寄存器的使用情况；（3）当连调时，应分别记录中断产生前的系统状态和中断产生后的系统状态，同时判别是否达到了报警效果，对以后产品的实现进行适当的评估；（4）对GSM模块的模拟，当中断产生后应记录软件模拟接收的信息并记录，判断是否与预期相符合。4.2系统仿真各步骤的具体过程及数据记录4.2.1硬件仿真及测试记录硬件的可靠性设计对于一个系统来说至关重要，因此在未设计出实物前对其模拟进行检测是十分有必要的。针对设计时所考虑到可能存在的问题，对各个环节设置检测点，以便实时观察电路电压电流变化情况，提前发现硬件故障或致命性错误以便改正。本步骤是利用Proteus仿真系统电路，检测电路是否正确，各端口电压是否符合要求。针对仿真电路，应在关键点设置电压检测点，观察电压是否符合要求并记录数据。说明：用来表示逻辑1和逻辑0的电压值叫做逻辑电平。用一个电平表示1，用另一个电平表示0。本系统采用的AT89C51单片机的电源电压Vcc=5V，则输入低电平为-0.5-0.9V而输入高电平为1.9-5.5V。所以单片机系统中逻辑0的上限为0.9V，下线约为-0.5V；而逻辑1的最低电平为1.9V，最高不高于5.5V。其中的0.9-1.9V则为一个电压分隔区域。如果信号的电平处于分隔区，系统将无法判断是1还是0，从而造成数字系统的逻辑混乱，所以应当避免。故实际中，输入高电平应尽量保证接近单片机的供电电压Vcc5，而低电平尽量保证接近GND，即0V。（1）电路设置检测点电路所设检测点主要检测电源电压是否稳定，不稳定的电源电压不仅会减少系统寿命，极大损害各部位元器件的寿命，同时系统的不稳定性大大增加，电压的跳动，电路中各种噪声都会使本系统失灵，针对可能出现的情况，如下图所示设置检测点，并记录数据。1）电源电路检测点检测点设置如图所示：单片机要想稳定工作，输入的电压至关重要，因此电源电路主要检测7805稳压器的输入口VI和输出口VO是否在正常电压内，电压是否有跳变，并记录数据。当启动模拟时如下所示：可以看到检测点显示的电压数据，每隔5s暂停记录数据，测试数据如下：电源电路测试数据时间VI（单位：V）VO（单位：V）测试前数值00模拟后（5s）23.13975.008710s23.13995.008715s23.1885.008320s23.13985.008725s23.18765.008330s23.18765.0083分析以上数据可知，输入电压为23.1V，符合7805稳压器的输入电压；输出电压为5V符合单片机的输入电压，并且输出电压起伏基本在0.0010V，符合单片机系统要求。但输入电压在15s、25s、30s时出现明显的跳动，说明电源的整流桥有不稳定情况，会使电路中产生噪声，在以后的开发中应当给予改进。2）复位电路检测点 因为复位电路是系统在需要时通过开关而作用的，因此在开关没按下之前，输入电压应是低电平，而开关长时间按下后，输入到单片机端口的应是高电平；因此主要检测当系统运行时，开关按下前后电路各处的电压变化是否在正常范围内。检测点如下图所示：每隔5s暂停系统记录数据，测试结果如下：复位电路测试数据（单位：V）时间VCCR2测试前数值005s50.810s50.815s50.820s50.825s50.8开关按下后0s54.999485s54.9994810s54.9994815s54.9994820s54.9994825s54.9994830s54.99948通过以上数据可知，所设计复位电路很稳定，基本无电压的变化，按下开关之前，RES端口输入电压始终为0.8V低电平；当按下开关后，RES端口输入电压变成5V高电平。3）报警电路检测点报警电路主要检测控制端口输出电压的变化是否在要求之内，观察电路中的电压是否有跳动，以防有过大噪声干扰；当外部中断产生后，观察报警电路的检测点如下图所示：每隔5s记录数据，测试结果如下所示：报警电路测试数据（单位：V）时间U2D10s005sSLO2.6097310sSLO2.6097315sSLO2.6097320sSLO2.60973触发中断后0sWHI4.995035sSLO2.6097310sWHI4.9950315sWHI4.9950320sSLO2.60973分析以上数据可知，当系统初始化后电路处于很稳定的状态，电压基本不发生变化，红灯一直保持常亮状态；蜂鸣器电路处于关闭状态；当按下模拟中断信号的开关后，单片机启动中断程序，使得报警控制端口编程接近单片机电源电压的+5V，蜂鸣器电路导通，此时报警电路会按照程序发出警笛声，同时红灯闪烁。通过数据可以看出报警电路很稳定，但是在实际生产中同样也要考