毕业设计：基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统.doc

西南科技大学高等教育自学考试毕业论文 IV 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统摘 要：本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。【关键词】 单片机 ； GSM模块 ； 传感器The Family guard against theft and alarm systemBased on GSM ModemAbstract：The System is made up of MCU and GSM Modem. It will display the alarm content in Chinese directly at your mobile screen, and it recurs to the most reliable GSM mobile network. The system adopted initiative infrared sensor to detect, and it turned the traditional alarm net and alarm windows to immateriality. Besides, the system equipped the smog sensor and leakiness sensor of gas and guarded against fire and gas leakiness.Keywords: mcu gsm； modem； sensor目 录绪 论1第1章 单片机概述21.1 AT89S52的主要性能21.2 AT89S52的功能特性描述2第2章 GSM模块4 2.1 HRH GSM MODEM 介绍4 2.1.1 GSM MODEM 的主要性能42.2 HRH GSM Modem 的硬件接口42.3 HRH GSM Modem 的软件协议42.3.1 设置短信中心号42.3.2 利用GSM Modem向普通手机发短信5第3章 硬件电路设计6 3.1键盘显示63.1.1 HD7279键盘显示芯片63.1.2 HD7279的典型应用电路63.2铁电存储器73.2.1 铁电存储器的特点73.2.2 二线制协议7 3.3 实时时钟8 3.3.1 DS12887功能与特点介绍83.3.2 时间、日历和定时闹钟单元9 3.3.3 DS12887 引脚定义93.4 后备电源103.4.1滞回比较器103.4.2滞回比较器工作原理113.5 遥控器123.6 传感器123.6.1 红外传感器133.6.2 烟雾传感器133.6.3 气体泄漏传感器13第4章 软件设计144.1 主程序流程图144.2 外部中断0中断服务子程序流程图154.3 部分程序源代码154.3.1 程序初始化154.3.2 HD77279键盘显示子程序174.3.3 FM24C16读写子程序194.3.4 DS12887应用子程序24结论26致谢27参考文献28西南科技大学高等教育自学考试毕业论文绪 论目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多安全隐患，例如：对其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。随着电子技术的高速发展，报警系统已经从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点： 1、固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵。 2、以太网同样面临着线路被切断的隐患，并且不易普及。3、集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要购买固定的频点。针对以上通信方式的优、缺点，我设计了基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。 本文介绍了用AT89S52单片机实现的基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统，以及AT89S52单片机的功能特点、GSM短信模块工作原理、传感器工作原理第1章 单片机概述AT89S52作为普通51单片机已经广泛应用于各种产品中，其接口简单，使用方便，且功能强大，因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。1.1 AT89S52的主要性能 1、与MCS-51单片机产品兼容 2、8K字节在系统可编程Flash存储器 3、1000次擦写周期 4、全静态操作：0Hz33Hz 5、三级加密程序存储器 6、32个可编程I/O口线 7、三个16位定时器/计数器 8、八个中断源 9、全双工UART串行通道 10、低功耗空闲和掉电模式 11、掉电后中断可唤醒 12、看门狗定时器 13、双数据指针 14、掉电标识符1.2 AT89S52的功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，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。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。附：AT89S52的管脚排列图1-1第2章GSM 模块2.1 HRH GSM MODEM介绍由于HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRH GSM Modem来进行通信。2.1.1 GSM Modem 的主要功能： a.收发短信； b.借助短信实现远程小批量数据传输； c.语音通话； d.数传模式实现无线实时数据通信；2.2 GSM Modem 的硬件接口 模块要求12V/500mA供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率9600bps，通过SIM卡座来安装SIM卡。2.3 HRH GSM Modem 的软件协议 aA表示ASCII 字符A，00 或00H 表示16 进制数据00。b 帧结构：帧头（固定为0AAH）指令码数据2.3.1 设置短信中心号 以德阳地区为例，短信中心号为：[phone]，应向GSM MODEM 下发数据帧：AA 09 2B 38 36 31 33 38 30 30 31 30 30 35 30 30 （16 进制数据）如果设置成功，GSM MODEM 应答 AA 09 “[phone]”；如果设置不成功，GSM MODEM 应答 AA 09 ERROR。 短信中心号设置后，保存在SIM 卡上，只需设置一次；也可以在手机上把短信中心号设置好后再装入GSM Modem，以后就不用再设置。2.3.2 利用GSM MODEM 向普通手机发短信 以向手机[phone]发中文信息“测试”为例： 首先计算或查表得到“测试”的UNICODE 编码为：6D4B（测） 8BD5（试）；向GSM MODEM 下发数据帧：AA 02 31 33 36 36 31 31 37 34 36 30 32 6D 4B 8B D5GSM MODEM 可能返回于以信息： AA 01 ERROR短信未从GSM MODEM 送出，可能是未登陆网络或SIM 卡故障。 AA 01 OK 短信已从GSM MODEM 送出，但未送达短信中心，可能是信号质量差或天线连接不好。 AA 01 SEND OK 短信已送达短信中心，并且短信中心已经下发给接收方。 AA 01 SUCCESS 18283810763： 0304111023123203041110231532接收方已经收到短信（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回；GSM MODEM 已设置成短信自动应答）。 AA 01 FAILURE 18283810763：0304111023123203041110331532短信中心未能将短信送达接收方或接收方已经收到短信，但其给短信中心的回应短信中心没有收到（注意仅当接收方手机已经设置短信自动应答时才会返回）。 一般情况下，由于短信不保证实时性，所以从发送到对方接收到短信可能有5-10 秒的延时，使用中建议设置短信超时定时器长度在20-30 秒左右。短信发送成功的返回信息： 先返回 AA 01 SEND OK31； 如果接收方手机设置了短信自动应答，则在对方收到后返回AA 01 SUCCESS 18283810763： 0304111023123203041110231532。短信发送失败的几种可能返回信息： a. AA 01 ERROR b. AA 01 OK c. AA 01 SEND OK32 后； AA 01 FAILURE 13661174602 ：0304111023123203041110331532第3章 硬件电路设计3.1键盘设计 为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LED显示，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，本设计选用HD7279作为键盘显示驱动，3.1.1 HD7279键盘显示芯片该芯片支持64键盘和8位数码管动态显示，与传统的键盘显示芯片8279相比，外围芯片少，与CPU仅有4线串行通信，大大的节省了CPU I/O口的资源；HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如左移、右移、闪烁、消隐、段寻址等；HD7279具有片选信号，可方便的实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。3.1.2 HD7279的典型应用电路：图3-13.2 铁电存储器3.2.1 铁电存储器的特点为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的铁电存储器，该类存储器相对于传统的EEPROM有许多优点：传统的EEPROM写入次数有限，一般为10万次，而铁电存储器有着近乎无限次擦写的特性；传统的EEPROM写入速度较慢，一般需要CPU延时几个NOP的时间来等待写入，而铁电存储器有着和RAM相同的操作速度；EEPROM需要较大的能量来完成一次擦写，而铁电存储器在写入时属于微功耗。本设计选用了FM24C16来作为非易失性数据存储器，其特点如下：FM24C16A是一种串行非易失存储器，它的结构容量为512*8位，接口方式为工业标准二线制造串行接口，与串行EEPROM的功能操作相似，与EEPROM具有相同的引脚排列，不同之处在于，FM24C16A具有非常出色的写操作性能；FRAM内部采用读恢复机制操作。所以读写次数与每一次读写都有关系。FRAM结构是基于行与列阵列排布，行由A8- A2定义。 每次访问都会使一行减少一次读写寿命。掉电的擦写次数几乎可以说是无限次。3.2.2 二线制协议FM24C16使用二线制协议串行总线及其传输规约进行双向传输，这种方式占用脚位少，占用线路板空间小，下图描述了FM24C16在微处理器系统中的配置：图3-2二线制协议即是总线上的所有操作都是由SDA和SCL两个脚位的状态来确定的，共有四个状态：开始，停止，数据以及应答，下图描述了四个状态的时序图。 图3-33.3实时时钟为了实现发生警情时，对发生警情的时间进行记录，且为了保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。本设计选用了DS12887实时时钟芯片。3.3.1 DS12887功能与特点介绍DS12887采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路不需要任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下：内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。计秒、分、时、天、星期、日、月、年，并有闰年补偿功能。二进制数码表示时间、日历和定时闹钟。 12或24小时制。12小时时钟模式带有PWM和AM指导，有夏令时功能。MOTOROLA5和INATAEL总线时序选择。有128个RAM单元与软件音响器，其中14个作为字节时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。可编程方波信号输出。中断信号输出(IRQ)和总线兼容，定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断可分别由软件屏蔽，也可分别进行测试。3.3.2 时间、日历和定闹单元时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD形式。时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节高位为逻辑“1”代表PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这10个字节走时1秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分、秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从C到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。3.3.3 DS12887引脚定义图3-43.4后备电源 为了防止窃贼在进入防区之前将系统的供电交流电源切断，系统必须能够在交流电源被切断后继续正常运行一段时间，本系统采用12V/7AH的铅酸蓄电池作为后备电源，这就给系统设计提出了一个继续解决的问题：就是蓄电池的充电电源管理问题。由于铅酸蓄电池在过充情况下电解液会发生气化现象，导致蓄电池的寿命降低 ，蓄电池在充满电时，蓄电池的电压大概在13.6V左右，在欠压时电压大概在10.9V左右，根据这个特点，我发现此充放电特性符合滞回比较器的传输特性，即将滞回比较器的上限阈值设为13.6V，下限阈值设定为10.9V，当充满电后，使滞回比较器控制继电器将充电限流电阻切换到较大的限流电阻上；当放电到10.9V时，滞回比较器控制继电器将限流电阻切换到较小的限流电阻上，并且保障系统正常工作电流要小于快充充电电路的电流，而大于慢充充电电路的电流。这样就能保证滞回比较器始终工作在10.9V13.6V的滞回带内，即保证蓄电池既不欠压又不过充。3.4.1滞回比较器：有滞回特性，具有抗干扰能力。从反相输入端输入的滞回比较器电路如下图所示，电路中引入了正反馈。 图3-53.4.2滞回比较器工作原理：从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo=Uz。集成运放反相输入端电位，同相输，入端电位 根据“虚短” ,求出的 就是阈值电压，因此得出：当 ，因而uo=+Uz，所以，。当，因而uo=-Uz，所以，。可见，uo从+Uz跃变为-Uz和uo从-Uz跃变为+Uz的阈值电压是不同的，电压传输特性如下图所示。图3-63.5 遥 控 为了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，本设计选用了315M调幅遥控器，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，足以满足小区内所有用户的防盗报警布、撤防应用。发射、接收电路无解码电路图分别如下：图3-7图3-83.6传 感 器要实现防盗、防火、防燃气泄漏，必须要有相应的传感器。无论是何种传感器，其最终输出的都是开关量。3.6.1 红外传感器对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下优点：主动式对射红外传感器安装在门窗及一切需要设防的位置，采用多束光综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才会被触发，这就极大的降低了传感器的误报；由于其安装在门窗等位置，使主人在夜间正常活动不受限制，这为用户提供了很大的方便。3.6.2 烟雾传感器本设计选用离子式烟雾传感器。离子式烟雾传感器是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远远优于气敏电阻类的火灾报警器。3.6.3气体泄漏传感器本设计选用电化学型气体传感器。电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数。可控电位电解式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的体积分数。和原电池式不同的是，可控电位电解式传感器需要由外界施加特定电压，除了能检测CO，NO，N02，02，S02等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的体积分数。电化学型气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。第4章 软件设计4.1主程序流程图开始初始化读时钟是否等于定时时间发短信：系统运行正常！读烟雾传感器开关量读燃起泄漏传感器开关量读红外传感器开关量读布、撤防开关量发短信：有人行窃！发短信：屋内有火灾警情！发短信：厨房有燃气泄漏布防撤防NY=0=1=1=0=1=0=1=0图4-14.2 外部中断0中断服务子程序流程图外部中断0读键值校时键预设键复位键校时子程序预设子程序复位子程序出中断图4-24.3部分程序源代码4.3.1程序初始化：;RAM定义BCOUNT DATA 07FHTIMER DATA 07EHTIMER1 DATA 07DHTIMER2 DATA 07CHHOURS DATA 07BHHOURG DATA 07AHMINUS DATA 079HMINUG DATA 078HSECOS DATA 077HSECOG DATA 076HSECO DATA 075HMINU DATA 074HHOUR DATA 073HTEN DATA 072HFLAG DATA 071HDIN DATA 020HDOUT DATA 021HSLA DATA 070HSUBA DATA 00HACK BIT 00H; I/O定义KEY BIT P3.2 CS BIT P1.2 CLK BIT P1.3DAT BIT P1.4 SCL BIT P1.0SDA BIT P1.1MTD EQU 04AHMRD EQU 058HMRD1 EQU 063H ORG 0000HAJMP STARTORG 0003H ;外部中断0中断服务子程序入口地址AJMP INTLORG 0013H ;外部中断1中断服务子程序入口地址AJMP INTYORG 0100HSTART: MOV SP,#30HMOV P1,#11110011B ;initial I/OMOV SLA,#0A0H ;FM24C16器件从地址 MOV SUBA,#00H ;器件子地址CLR P2.1 MOV TMOD,#20H ;串行口初始化MOV TH1,#0FDHMOV TL1,#0FDHMOV PCON,#00HMOV SCON,#40HSETB TR1SETB IT0 ;INT0为1,边沿触发方式SETB IT1 ;INT1为1,边沿触发方式SETB EX0 SETB EX1SETB PX1 ;INT1为高优先级SETB EA ;开总中断MAIN: AJMP MAIN ;主程序INTL: RETI ;外部中断0中断服务子程序INTY: RETI ;外部中断1中断服务子程序 END4.3.2.HD7279键盘显示子程序 INTL: MOV DOUT,#15H ;读键盘指令 ACALL SEND ACALL RECV ;读键盘数据 SETB CS MOV A,DIN MOV B,#10 ;HEX change BCD code DIV AB MOV DOUT,#10100001B ACALL SEND MOV DOUT,#11001000B ACALL SEND MOV DOUT,B ;send 个位 to HD7279A ACALL SEND SETB CS RETISEND: MOV BCOUNT,#8 ;set bit counter=8 CLR CS ;CS for lv ACALL LDELAY ;long delaySLOOP: MOV C,DOUT.7 ;output 1 bit MOV DAT,C SETB CLK ;set CLK for hv MOV A,DOUT ;the data that will send left move RL A MOV DOUT,A ACALL SDELAY ;short delay CLR CLK ;set CLK for lv ACALL SDELAY DJNZ BCOUNT,SLOOP ;check 8 bit send over or else CLR DAT ;send over, return RETRECV: MOV BCOUNT,#8 SETB DAT ;set (DATA) hv(input state) ACALL LDELAY RLOOP: SETB CLK ACALL SDELAY MOV A,DIN RL A MOV DIN,A MOV C,DAT MOV DIN.0,C CLR CLK ACALL SDELAY DJNZ BCOUNT,RLOOP RETLDELAY: MOV TIMER,#25 ;delay 50uSDELOOP: DJNZ TIMER,DELOOP RETSDELAY: MOV TIMER,#4 ;delay 8uSSHOTLOP:DJNZ TIMER,SHOTLOP RET4.3.3 FM24C16读写子程序 START: SETB SDA NOP SETB SCL ;起始条件建立时间大于4.7us ACALL DELAY CLR SDA ACALL DELAY CLR SCL ;钳住总线，准备发数据 NOP RET STOP: CLR SDA NOP SETB SCL ;发送结束条件的时钟信号 ACALL DELAY SETB SDA ;结束总线 ACALL DELAY RETMACK: CLR SDA ;将SDA置0 NOP NOP SETB SCL ACALL DELAY CLR SCL NOP NOP RETMNACK: SETB SDA ;将SDA置1 NOP NOP SETB SCL ACALL DELAY CLR SCL NOP NOP RETCACK: SETB SDA NOP NOP SETB SCL CLR ACK NOP NOP MOV C,SDA JC CEND SETB ACK ;判断应答位CEND: NOP CLR SCL NOP RETWRBYTE: MOV R0,#08HWLP: RLC A ;取数据位 JC WR1 SJMP WR0 ;判断数据位WLP1: DJNZ R0,WLP NOP RETWR1: SETB SDA ;发送1 NOP SETB SCL ACALL DELAY CLR SCL SJMP WLP1WR0: CLR SDA ;发送0 NOP SETB SCL ACALL DELAY CLR SCL SJMP WLP1RDBYTE: MOV R0,#08HRLP: SETB SDA NOP SETB SCL ;时钟线为高，接收数据位 NOP NOP MOV C,SDA ;读取数据位 MOV A,R2 CLR SCL ;将SCL拉低，时间大于4.7us RLC A ;进行数据位的处理 MOV R2,A NOP NOP NOP DJNZ R0,RLP ;未够8位，再来一次 RETIWRNBYTE: MOV A,#11 MOV R3,A LCALL START ;起动总线 MOV A,SLA LCALL WRBYTE ;发送器件从地址 LCALL CACK JNB ACK,RETWRN ;无应答则退出 MOV A,SUBA ;指定子地址 LCALL WRBYTE LCALL CACK MOV R1,#MTDWRDA: MOV A,R1 LCALL WRBYTE ;开始写入数据 LCALL CACK JNB ACK,IWRNBYTE INC R1 DJNZ R3,WRDA ;判断写完没有RETWRN: LCALL STOP RETIRDNBYTE: MOV R3,#11 LCALL START MOV A,SLA LCALL WRBYTE ;发送器件从地址 LCALL CACK JNB ACK,RETRDN MOV A,SUBA ;指定子地址 LCALL WRBYTE LCALL CACK LCALL START ;重新起动总线 MOV A,SLA INC A ;准备进行读*作 LCALL WRBYTE LCALL CACK JNB ACK,IRDNBYTE MOV R1,#MRDRDN1: LCALL RDBYTE ;读*作开始 MOV R1,A DJNZ R3,SACK LCALL MNACK ;最后一字节发非应答位 RETRDN: