基于單片機與gsm通信家用安防系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計

1、<p>　　學生畢業(yè)設計（論文）報告</p><p>　　系 別： 電子與電氣工程學院</p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程技術 </p><p>　　班 號： </p><p>　　學 生 姓 名： </p>

2、<p>　　學 生 學 號： </p><p>　　設計（論文）題目： 基于單片機與GSM通</p><p>　　信家用安防系統(tǒng)的設計 </p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　設 計 地 點： </

3、p><p>　　起 迄 日 期： 2010.5.17~2010.8.7 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　一、課題名稱： 基于單片機與GSM通信家用安防系統(tǒng)的設計 </p><p><b>　　二、主要技術指標：</b></p>

4、<p>　　1. 火災或溫度超標時短信報警；</p><p>　　2. 3米內有人闖入短信報警；</p><p>　　3. 系統(tǒng)可靠工作溫度：-10℃～80℃。</p><p>　　三、工作內容和要求：</p><p>　　1. 理解并確認畢業(yè)設計任務書；</p><p>　　2. 撰寫完成畢業(yè)設計開題報告并

5、經指導老師審核通過；</p><p>　　3. 加深單片機原理及接口技術的學習，并了解掌握GSM短信模塊的原理及應用；</p><p>　　4. 從網上或圖書館學習單片機系統(tǒng)設計方法與傳感器的應用；</p><p>　　5. 確定并完成方案論證；</p><p>　　6. 根據論證的可行性確定并繪制系統(tǒng)的原理框圖；</p>&l

6、t;p>　　7. 選用合適的零部件并編寫元器件明細表；</p><p>　　8. 設計繪制原理圖并用Proteus仿真；</p><p><b>　　9. 設計PCB；</b></p><p>　　10. 編寫電路相關模塊功能及電路工作原理說明；</p><p>　　11. 撰寫畢業(yè)設計報告并整理裝訂。</p

7、><p><b>　　四、主要參考文獻：</b></p><p>　　[1] 紅外探測器的性能與安裝</p><p>　　[2] 胡漢才.單片機原理及其接口技術.北京：清華大學出版社，1998</p><p>　　[3] 吳戈，李玉峰.案例學單片機C語言開發(fā).河北：人民郵電出版社，2008</p><p&

8、gt;　　[4] 邊春元.C51單片機典型模塊設計與應用.河北：人民郵電出版社，2008 </p><p>　　學 生（簽名） 年 月 日</p><p>　　指 導 教師（簽名） 年 月 日 </p><p>　　教研室主任（簽名）

9、 年 月 日</p><p>　　系 主 任（簽名） 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）開題報告</p><p>　　基于單片機與GSM家用安防系統(tǒng)的設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

10、;<b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstact</b></p><p><b>　　第1節(jié) 前言1</b></p><p>　　第2節(jié) 系統(tǒng)概述2</p><p>　　2.1 單片機STC89C52簡介2</p><p>

11、　　.1.1 STC89C52的基本組成3</p><p>　　2.1.2 DIP40封裝引腳圖3</p><p>　　2.1.3 內部資源介紹4</p><p>　　2.2 GSM MODEM簡介5</p><p>　　2.2.1 AT指令5</p><p>　　2.2.2 SMS（Short Massag

12、e Service）6</p><p><b>　　2.3 傳感器8</b></p><p>　　2.3.1 熱釋電紅外傳感器8</p><p>　　2.3.2 DS18B209</p><p>　　2.4 液晶顯示器12</p><p>　　2.5 存儲器14</p>

13、<p>　　2.5.1 ST24C0214</p><p>　　2.5.2 I2C二線制協(xié)議14</p><p>　　第3節(jié) 系統(tǒng)的硬件設計16</p><p>　　3.1 原理框圖16</p><p>　　3.2 電源模塊16</p><p>　　3.3 指示燈電路17</p>&

14、lt;p>　　3.4 蜂鳴器報警電路18</p><p>　　3.5 MCU模塊18</p><p>　　3.6 串口電平轉換電路19</p><p>　　3.7 系統(tǒng)局部仿真19</p><p>　　3.8 系統(tǒng)PCB設計20</p><p>　　3.8.1 PCB裝配圖20</p>

15、<p>　　3.8.2 PCB底面圖21</p><p>　　3.8.3 PCB 3D預覽21</p><p>　　第4節(jié) 軟件設計22</p><p>　　4.1 主程序流程22</p><p>　　4.2 外部中斷0服務程序23</p><p>　　第5節(jié) 系統(tǒng)的安裝與調試24</p&g

16、t;<p>　　第6節(jié) 結束語25</p><p><b>　　答謝辭26</b></p><p>　　附錄 A 系統(tǒng)元器件清單</p><p>　　附錄 B 程序清單</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>

17、　　摘要</b></p><p>　　在21世紀的今天，人們生活質量大大提高，物質生活日漸豐富，人們更看重生活的質量，更懂得享受生活，智能家居就應運而生了，而家用安防系統(tǒng)是智能家居領域中人們尤為關注的一塊，于是各種安防系統(tǒng)也就有了市場。</p><p>　　系統(tǒng)主要基于單片機與GSM通信技術，單片機不斷讀取外部傳感器信號量，通過串口向GSM Modem發(fā)送相應的AT指令，控制G

18、SM Modem TC35i做出相應的動作，發(fā)送短信息向房主匯報家里實況，實現(xiàn)防盜、火災報警的安防功能。為了方便讀者對本設計文件的閱讀，作者將從系統(tǒng)組成及各模塊的工作原理、系統(tǒng)硬件電路的設計、系統(tǒng)軟件的設計和系統(tǒng)的安裝使用說明這四個方面來描述整個系統(tǒng)的設計過程。</p><p>　　該課題的主要任務是通過各功能模塊的結合，充分運用EDA軟件設計、仿真系統(tǒng)，令設計的系統(tǒng)具有可制造與實用性。</p>&

19、lt;p>　　關鍵詞：單片機、通信、GSM Modem、傳感器</p><p><b>　　Abstact</b></p><p>　　In the 21st century, people will greatly improve the quality of life is abundant, the material life personal prope

20、rty problems will gradually be more people's attention, and various security systems have a market.</p><p>　　This system mainly based on SCM and GSM communication technology, the microcontroller continuo

21、usly reading outside of sensor signals, through a serial port to GSM Modem send corresponding instruction, control the GSM Modem mig-at make corresponding action, sending short messages to the owner, realize report home

22、security, fire alarm security function. In order to facilitate readers of this design documents, the author will read from each module system and the working principle, system hardware c</p><p>　　This topic

23、is the main task of the functional modules combination by using EDA software, design and simulation system, the system can be designed and practicability.</p><p>　　Keywords： MCU, communication, GSM Modem, se

24、nsors</p><p><b>　　第1節(jié) 前言</b></p><p>　　控制著整個家用安防系統(tǒng)是智能家居的重要組成部分，在本次基于單片機與GSM通信家用安防系統(tǒng)的設計中，充分利用了我們平時生活中所廣泛接觸的GSM（Global System For Mobile Communication）移動通信系統(tǒng)，它是目前基于時分多址移動通信中技術較為成熟、使用最為

25、廣泛的通信網絡，在系統(tǒng)中著重用到其短信功能，通過文本的形式做到信息的傳送；控制模塊采用當下大受電子小系統(tǒng)所歡迎的單片機，我們都知道單片機以其成本低、工作可靠、強大精確的控制功能而聞名，也正是它將系統(tǒng)有有條不紊的工作。</p><p>　　本課題涉及到的內容比較新，特別是GSM通信在各種控制過程中的應用現(xiàn)在各種領域中都在走智能化道路，這也應該是物聯(lián)網的一種形式，其中更接近于人們日常生活的便是樓宇智能化，我相信這個方

26、向將會有大大的開發(fā)價值與非常廣闊而美好前景，這也正是我選擇本課題的原因，希望可以從本次課題試著去接近、去熟知、去掌握這個領域的相關知識。</p><p>　　本系統(tǒng)的設計是符合市場需求的，我相信在以后的物聯(lián)網時代，它將會有更大的施展空間與消費前景。</p><p><b>　　第2節(jié) 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　從信號流程上來看，當有

27、人闖入被紅外探測器監(jiān)測到或者家里溫度超過預設值，單片機讀取信號后執(zhí)行相應程序，然后又單片機發(fā)送AT指令控制GSM Modem</p><p>　　使短信貓?zhí)幱诖l(fā)射狀態(tài)，在單片機讀取到相應信息數(shù)據通過UART傳送到Modem后，由Modem以GSM為媒介發(fā)送到短信息中心，最后發(fā)傳送到用戶手機中顯示。接到短信息報警的用戶便可以采取相應的措施以減小自身財產的損失。</p><p>　　從組成可

28、將整個系統(tǒng)分三個模塊來看，分別是：MCU控制模塊、短信發(fā)射模塊、傳感器以及房主信息接收模塊。</p><p>　　1. 在MCU控制模塊中我們采用的是STC89C52，采用串口下載；</p><p>　　2. 短信發(fā)射模塊是由西門子公司最新開發(fā)的TC35i完成；</p><p>　　3. 傳感器分別使用到熱釋電紅外傳感器和DS18B20溫度傳感器；</p>

29、;<p>　　4. 房主接收模塊則為用戶手機。</p><p><b>　　系統(tǒng)的框架圖：</b></p><p>　　圖 2-1 系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.1 單片機STC89C52簡介</p><p>　　單片機Single Chip Microcomputer又叫微控制器MCU。自從20實世紀

30、70年代末期誕生以來，由4位、8位單片機迅速發(fā)展到如今的16位甚至32位單片，</p><p>　　各種單片機層出不窮，生產廠商也是百花齊放，但其中最為成功的當屬Intel公司的8031，后來Intel又在其基礎上發(fā)展到MCS-51,8位單片機從此幾乎稱霸了各個工控領域。后來也有16位單片機，但其性價比實在不敢恭維，且很多領域8位單片機足以勝任工作，所以現(xiàn)在還是以8位單片機主導著市場。我們系統(tǒng)中用的STC89C5

31、2,便是其中一員。</p><p>　　2.1.1 STC89C52的基本組成</p><p>　　圖 2-2 單片機的基本組成</p><p>　　如圖2-2所示，單片機STC89C52的基本組成包括CPU、ROM、RAM和4個全雙工的I/O口，一個串口通信借口和5個中斷源。單片機的一切工作都在CPU的控制下根據指令按一定的時序有條不紊的進行。</p>

32、<p>　　2.1.2 DIP40封裝引腳圖</p><p>　　STC89C52多采用DIP40雙列直插式封裝，如圖2-3所示，四個全雙工8位I/O口有序的分布在單片機兩側，其余8個引腳分別為引腳 工作地與電源接口、持續(xù)兩個機器周期復位信號幾口、晶振接口 以及單片機系統(tǒng)擴展時控制信號 。下面是STC89C52主要特性</p><p><b>　　工作電壓5v；&

33、lt;/b></p><p>　　0-80MHz時鐘范圍；</p><p>　　8kFlash存儲器；</p><p><b>　　2k數(shù)據存儲器；</b></p><p><b>　　內部看門狗。</b></p><p>　　圖 2-3 STC89C52引腳圖<

34、/p><p>　　2.1.3 內部資源介紹</p><p><b>　　I/O口：</b></p><p>　　STC89C52是8位單片機，與8051核兼容。與AT89C52一樣在市場上使用相當?shù)膹V泛，串口下載方式。4個8位I/O口，在系統(tǒng)擴展時，P0口分時復用扮演DB以及作AB的低8位的角色，地址總線高位由P2口擔當。P0口在作一般I/O口用時

35、，由于它是漏極開路輸出電路，應接上拉電阻才能輸出高電平。所有的I/O口在做輸入使用時都必須先向鎖存器寫‘1’，P3口一般都使用其第二功能。</p><p><b>　　中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　STC89C52有五個中斷源外部中斷0(IE0)、定時器T0(TF0)、外部中斷1(IE1)、定時器T1(TF1)與串行中斷(TI,RI)。它們在單片機內部都有相

36、應的控制寄存器，對寄存器寫入不同的指令代碼，可實現(xiàn)對中斷系統(tǒng)的控制。相關SFR如表1</p><p>　　表1 中斷相關SFR</p><p>　　2.2 GSM MODEM簡介</p><p>　　GSM MODEM又叫短信貓或GSM調制解調器，隨著無線數(shù)據業(yè)務的迅速發(fā)展，要求越來越多的設備具有無線通信功能背景下的產物。一搬GSM MODEM都具備語音通信、短消息

37、和數(shù)據通信三大功能，其中又以短消息功能使用的最為廣泛，GSM短消息具有隨時在線、價格低廉、覆蓋范圍廣的特點，特別適合小流量的數(shù)據傳輸，如家用安防，無人值守等領域。最初的GSM模塊都是國外公司生產的，比如德國的SIMENS公司和法國的WAVECOM公司。</p><p>　　圖2-4是西門子公司開發(fā)研制的TC35i模塊：</p><p>　　圖 2-4 TC35i GSM MODEN<

38、/p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　支持GSM900、GSM1800雙頻段；</p><p>　　支持語音、短消息、數(shù)據和傳真服務；</p><p>　　工作電源：單電源3.3V-4.8V；</p><p><b>　　峰值電流2.5A；</b>&l

39、t;/p><p>　　通訊接口：RS232；</p><p>　　串口通信波特率：300bps-115Kbps；</p><p>　　在本系統(tǒng)中選用的GSM MODEM模塊是市場上使用頻率高、技術成熟的模塊產品TC35i，使用配套的獨立電源，具體的內部結構請參考商家相關說明，這里著重介紹在本系統(tǒng)中使用單片機控制GSM MODEM發(fā)送短消息的方法與原則。</p>

40、;<p>　　2.2.1 AT指令</p><p>　　控制GSM MODEM 普遍采用AT指令，AT即Attention的簡稱，早在90年代初期，AT僅用于MODEM操作，后來，由移動電話生產廠商共同為GSM開發(fā)了一套完整的AT指令集，并在此基礎上進一步發(fā)展加入GSM07.05標準以及現(xiàn)在的GSM07.07協(xié)議標準，其中就包括對SMS功能的控制指令。SMS中常用的AT指令見表2。</p>

41、;<p>　　表2 常用的AT命令</p><p>　　AT指令格式絕大多是以“AT+XXXX=X”的格式使用，其中“XXXX”表示令Modem執(zhí)行某一個動作的指令，‘X’則表示“XXXX”這個動作的可選項。比如要設置一條短消息的編碼格式為PDU模式：從表2中可以知道，指令為“AT+CMGF=0”</p><p>　　CMGF 代表格式設定，“0”代表格式設置成PDU模式。&

42、lt;/p><p>　　2.2.2 SMS（Short Massage Service）</p><p>　　在消息的發(fā)送與接收服務中，短消息的編碼方式有三種，它們分別是Block模式、基于AT指令的Text模式和基于AT指令的PDU模式。最早的Block模式現(xiàn)如今已經逐步被Text模式和PDU模式所代替。相對PDU模式，Text模式編碼簡單，使用方便，但其最大的不足就是它不支持中文的收發(fā)。相

43、反，PDU編碼方式支持中英文混合發(fā)送與接收，但其編碼過程較Text模式繁瑣。下面將對Text與PDU兩種編碼方式做一定解析。</p><p><b>　　TEXT模式：</b></p><p>　　Text模式比較簡單，不需做中介轉換，在初始化MODEM后，只需將要發(fā)送的短消息內容的ASC字符發(fā)送即可。</p><p>　　例如：要發(fā)送“Som

44、eone has broken in your house!”的報警信息到房主手機15151976037，要向modem輸入的AT指令為：</p><p>　　1) 選擇短消息服務：</p><p>　　AT+CSMS\r；（‘\r’為回車符）</p><p>　　OK；由modem返回</p><p>　　2) 選擇短消

45、息的編碼方式：</p><p>　　AT+CMGF=1\r；設定編碼格式為TEXT</p><p><b>　　OK</b></p><p>　　3) 短消息目標地址：</p><p>　　AT+CMGS=”15151976037”</p><p>　　OK；等待延時后發(fā)送信息&

46、lt;/p><p><b>　　4) 發(fā)送短消息：</b></p><p>　　”Someone has broken in your house”\r；</p><p><b>　　OK</b></p><p><b>　　PDU模式：</b></p><p&

47、gt;　　前面介紹過，PDU（Protocol Data Unit）編碼方式可以中英文混合發(fā)送，但比較繁瑣，它的編碼過程需要信息的奇偶對調，涉及到的要素比較多。PDU編碼方式的基本格式可分成以下13項：</p><p>　　A：短信息中心地址長度，2位十六進制數(shù)(1字節(jié))。</p><p>　　B：短信息中心號碼類型，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　C：短信息

48、中心號碼，B+C的長度將由A中的數(shù)據決定。</p><p>　　D：文件頭字節(jié)，2位十六進制數(shù)。 </p><p>　　E：信息類型，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　F：被叫號碼長度，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　G：被叫號碼類型，2位十六進制數(shù)，取值同B。</p><p>　　H：被叫號碼，長度由F中的

49、數(shù)據決定。</p><p>　　I：協(xié)議標識，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　J：數(shù)據編碼方案，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　K：有效期，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　L：用戶數(shù)據長度，2位十六進制數(shù)。</p><p>　　M：用戶數(shù)據，其長度由L中的數(shù)據決定。J中設定采用UCS2編碼，這里是中英

50、文的Unicode字符。</p><p>　　以發(fā)送中文字符“我愛你！”到+8615151976037為例，對PDU編碼方式在系統(tǒng)中的具體應用流程進行剖析：</p><p><b>　　短消息中心地址處理</b></p><p>　　常州的短信息中心號碼為+8613800519500，處理過程如下：</p><p>　　

51、去掉加號，看是否為偶數(shù)個數(shù)字，否則在號碼后面加‘F’</p><p>　　中心號變?yōu)椋?613800519500F</p><p>　　將中心號奇偶位對調，并在前面加國際化字符“91”</p><p>　　中心號變?yōu)椋?1683108509105F0</p><p>　　將中心號的字節(jié)長度格式化為十六進制數(shù)，置于首位</p>&

52、lt;p>　　中心號最終為：0891683108509105F0 </p><p><b>　　地址號碼處理</b></p><p>　　在本例中的地址號碼為“+8615151976037”</p><p>　　去加號，看是否為偶數(shù)個數(shù)字，否則在號碼后面加‘F’</p><p>　　地址號變?yōu)椋?615151976

53、037F</p><p><b>　　地址號奇偶位對調</b></p><p>　　地址號最終為：685151916730F7</p><p><b>　　短信息內容處理</b></p><p>　　1) 將信息內容轉換為Unicode（在線查詢http://www.nengcha.com/）<

54、;/p><p>　　我 6211 愛 7231 你 4F60 ！FF01 </p><p>　　十六進制表示短信內容為：621172314F60FF01</p><p>　　將短消息內容格式化為十六進制，再用兩位十六進制數(shù)表示其長度置首位</p><p>　　短消息內容編碼后為：08621172314F60FF01</p>&

55、lt;p><b>　　組合處理后的信息</b></p><p>　　根據上面所介紹的PDU編碼格式組合信息（為方便閱讀，沒對應以項留空格）</p><p>　　08 91 683108509105F0 11 00 0D 91 685151916730F7 00 00 00 08 621172314F60FF01 即為發(fā)送“我愛你！”四個漢字字符的全部代碼。<

56、;/p><p>　　為方便記憶，可以概括編碼后的代碼為：</p><p>　　處理后的中心地址+11000D91+處理后的目標地址+000000+處理后的短信息內容。 </p><p>　　在本次設計的家用安防系統(tǒng)中，TEXT編碼模式已經可以滿足系統(tǒng)的使用需求，所以綜合各方面考慮，決定采用text模式。</p><p><b>　　說明

57、：</b></p><p>　?。?） GSM MODEM在接受到單片機從串口中發(fā)出的AT指令后并不馬上執(zhí)行響應的指令，而是先想主機（單片機）返回一個“OK”，然后再執(zhí)行指令，所以在實行軟件控制的時候應注意延時。</p><p>　　（2） 從MODEM中讀出的數(shù)據的每一位都是以十六進制表示的，所以在計算數(shù)據長度時應小心。</p><p><b&g

58、t;　　2.3 傳感器</b></p><p>　　在智能化系統(tǒng)以及最近新興的一個領域物聯(lián)網中，有一個成員是必不可少的，它就是傳感器。正是有了這些各式各樣的傳感器，才造就了智能化系統(tǒng)的多樣化。在本課題中主要用到熱釋電紅外傳感器與DALLAS公司開發(fā)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。</p><p>　　2.3.1 熱釋電紅外傳感器</p><p>　　熱釋

59、電紅外傳感器是目前在防盜系統(tǒng)中使用相對廣泛的傳感器之一，這與它本身成本低、探測范圍廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點是分不開的。圖2-5是熱釋電紅外傳感器的基本原理結構圖。</p><p>　　從圖2-5中可以看到，一對高熱電系數(shù)探測元反接構成熱釋電紅外傳感器的探測頭，這種反接的方式有助于抑制由于自身溫度變化而產生的干擾，可以起到溫度補償?shù)淖饔茫桓咦柚惦娮鑂實現(xiàn)電流到電壓的轉換，微弱的電壓信號再有場效應管放大輸出，其中場效應管還

60、起到阻抗匹配的作用，在漏極與源極間的電容起到抗干擾的作用。</p><p>　　圖 2-5 紅外傳感器原理結構圖</p><p><b>　　*探測原理</b></p><p>　　熱釋電紅外傳感器在整個探測過程不發(fā)出任何形式的能量，叫做“被動式”測量。濾光片只允許波長在10um左右的外界光線進入傳感器內部，將其他波長的光線擋在外面，從而抑制了

61、外界光線變化對探測的干擾，當外界熱源運動時，熱電材料在感應到紅外線后兩端形成電荷，電流流經高阻值電阻形成電壓信號，經場效應管放大后輸出到后續(xù)電路處理、整形后作為單片機的采樣信號。人體溫度在37℃左右，發(fā)出紅外線的波長大概在10um左右，當有人在紅外傳感器前運動經過，傳感器輸出相應信號，信號被單片機采樣到并控制執(zhí)行器執(zhí)行相應任務，從而實現(xiàn)防盜共功能。</p><p>　　紅外傳感器在使用時還應在濾光片外套上菲涅爾透

62、鏡，可增強其探測能力。</p><p><b>　　*HC-SR501</b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，綜合性能的穩(wěn)定性以及技術的成熟性，決定采用HC-SR501模塊，下面為HC-SR501的部分參數(shù)。</p><p>　　工作電源：DC4.5-20V；</p><p>　　靜態(tài)電流：50uA；</p>

63、;<p>　　輸出電平：高 3.3V/低 0V；</p><p>　　感應角度：110°；</p><p><b>　　感應距離：7米；</b></p><p>　　2.3.2 DS18B20</p><p>　　數(shù)字溫度傳感器DS18B20提供9位溫度讀數(shù)，測試溫度范圍為-55～125℃，測試溫

64、度增量值為0.5℃。轉換溫度時間的典型值為1S，采用1-wire總線通信，無需再配置電源，圖2-6為TO-92封裝圖</p><p>　　圖 2-6 18B20封裝</p><p>　　DS18B20的引腳名稱及對應的功能見表3</p><p>　　表3 DS18B20引腳說明</p><p>　　1-WIRE總線操作</p>

65、<p>　　DS18B20的1-wire總線硬件接口電路如圖2-7所示</p><p>　　圖 2-7 硬件連接圖</p><p>　　1-wire總線支持一主多從式結構，硬件上需接上拉電阻，每個DS18B20都具有其唯一的生產序列號，可編程尋址；當一方完成數(shù)據傳輸要釋放總線，需將總線置高；在總線空閑時將總線拉低則獲得總線控制權，可進行數(shù)據傳輸。</p><

66、p>　　1-wire總線操作必須嚴格遵守1-wire總線通信協(xié)議的操作時序要求，以下是幾個主要的操作時序：</p><p>　　圖 2-8 總線復位</p><p>　　總線復位：置總線為低電平并保持至少480um，然后將總線拉高，等待從機響應再次將總線拉低，完成復位操作。</p><p><b>　　圖2-9 寫數(shù)據0</b></

67、p><p>　　寫數(shù)據0：保持總線為低至少15um，然后延時15-45um等待從端采樣總線，完成向從端寫‘0’操作。</p><p>　　圖2-10 寫數(shù)據1</p><p>　　寫數(shù)據1：置總線為低并保持1-15um，然后拉高并延時15-45um等待從端采樣總線，完成寫‘1’操作。</p><p>　　圖2-11 讀數(shù)據總線</p>

68、<p>　　讀數(shù)據總線：置總線為低至少1um，然后再15um內完成數(shù)據采樣，再拉高總線保持45um，完成讀操作。</p><p><b>　　溫度轉換及讀取流程</b></p><p>　　DS18B20在數(shù)據傳送時，低位優(yōu)先原則。溫度轉換及讀取流程如表4所示</p><p>　　表4 溫度轉換及讀取過程</p>

69、<p><b>　　說明：</b></p><p>　　1 單片機在于DS18B20進行數(shù)據交換時，數(shù)據的低位先傳送；</p><p>　　2 數(shù)字溫度傳感器在使用寄生電源的情況下應接上拉電阻；</p><p><b>　　2.4 液晶顯示器</b></p><p>　　本系統(tǒng)中所需要顯示

70、的內容比較簡單，采用一般液晶顯示器即可滿足系統(tǒng)需求，綜合成本及效果考慮決定采用市場上使用廣泛的LCD1602液晶顯示模塊。如圖2-12 所示：</p><p>　　圖2-12 液晶顯示模塊</p><p>　　LCD1602液晶顯示模塊</p><p><b>　　特性：</b></p><p>　　工作電源：5V 亮度

71、可調；</p><p>　　內部控制：HD44780；</p><p>　　支持LCD的一般控制命令；</p><p>　　字符發(fā)生器ROM：160個5×7點陣字型；</p><p>　　顯示數(shù)據寄存RAM:80Byte；</p><p>　　用戶自定義字型RAM：8個5×7點陣字型；</p&

72、gt;<p><b>　　引腳說明</b></p><p>　　VSS\VDD:工作電源和地；</p><p>　　VEE:輝度調節(jié)端；</p><p>　　RS: 寄存器片選信號接口；</p><p>　　R/W: 讀寫信號控制接口；</p><p>　　E :

73、使能信號；</p><p>　　D0～D7: 8為數(shù)據I/O口。</p><p><b>　　控制方式</b></p><p>　　LCD內部可看成兩組寄存器，指令寄存器與數(shù)據寄存器，選擇信號由RS引腳控制，RS=0，指向指令寄存器，此時的讀為讀標志位，寫則是寫入指令到控制寄存器。對LCD的一切操作都必須在內部忙標志位為‘0’的情況下有效。確

74、認本次操作置E為‘1’；RS=1,操作指向數(shù)據寄存器，讀寫的對象都是內部RAM。在使用LCD之前應對其先初始化，可以下幾個方面入手：</p><p>　　1 選定LCD的顯示功能；</p><p>　　2 設定LCD顯示模式；</p><p>　　3 設定顯示字符的進入方式；</p><p><b>　　4 清屏。</b>

75、;</p><p>　　圖2-13為LCD顯示的軟件初始化流程：</p><p>　　圖 2-13 軟件初始化LCD流程圖</p><p><b>　　2.5 存儲器</b></p><p>　　單片機內部的存儲單元是寶貴的，特別是內部的RAM單元，為了解決這個問題，本系統(tǒng)中介入E2PROM存儲器ST24C02，以便于日

76、后系統(tǒng)的擴展與升級。</p><p>　　2.5.1 ST24C02</p><p>　　ST24C02是有ST公司開發(fā)的Two-wire serial E2PROM，內部有256個字節(jié)。工作電壓3-5.5V，2K可讀寫E2PROM，二線制協(xié)議接口，支持單字節(jié)與多址讀寫操作。圖2-14為DIP8封裝的ST24C02 </p><p>　　圖2-14 ST24C02&

77、lt;/p><p><b>　　各引腳的功能見表5</b></p><p>　　表5 ST24C02引腳說明</p><p>　　2.5.2 I2C二線制協(xié)議 </p><p>　　對24C02的操作都是建立在二線制通信的基礎上的，采用I2C二線制通信方式大大節(jié)約了傳送數(shù)據的I/O口。這里，二線制通信方式中沒有絕對的主機與從

78、機，兩根線SCL和SDA線均為雙向I/O線，通過上拉電阻連接正電源?？偩€空閑時兩根線都處高電平，連接總線兩端器件要求為輸出級都為集電極或漏極開路，以具有線“與”功能。</p><p>　　I2C總線上可以掛接多個器件，總線上的控制權是歸置總線為電平的器件所有。將總線置高電平釋放總線。主機可以通過尋址方式找到需要操作的對象，比如這里24C02的硬件地址則由1、2、3引腳的電氣連接情況決定。 </p>

79、<p><b>　　數(shù)據的傳送</b></p><p>　　在數(shù)據的傳送過程中，首先主機要向從機發(fā)送器握手命令，圖2-15是24C02的操作寄存器，寄存器為8位，其中高4位為器件標識“1010”；B3、B2、B1對應的是器件的硬件地址；最低位B0為讀寫選通信號，0寫選通，1讀選通。傳送數(shù)據時，數(shù)據的高位線傳送。</p><p>　　圖2-15 指令寄存器&l

80、t;/p><p>　　在I2C總線技術規(guī)范中，規(guī)定了總線的開始與結束信號，如圖2-16所示，當時鐘SCL為高，數(shù)據線SDA的下降沿標志的總線的啟動；當時鐘線SCL為高，數(shù)據線SDA的上升沿標志總線的結束。</p><p>　　圖 2-16 I2C總線開始結束信號</p><p>　　二線制通信協(xié)議在時序上也有嚴格要求，比如SCL必須至少保持4us才是有效的置高，數(shù)據轉換

81、后至少延時3.7um才能有效的讀入數(shù)據。當發(fā)送完一位數(shù)據接著要發(fā)送下一位數(shù)據時，主機應先鉗住總線，既拉低時鐘線SCL然后變換數(shù)據，否則視為無效轉換。ST24C02還支持多字節(jié)連續(xù)讀寫，具體讀寫過程可以參考它的PDF文檔，這里不再贅述。</p><p><b>　　總線競爭的仲裁</b></p><p>　　一條總線上掛接多個器件，難免有時要出現(xiàn)兩個或多個主機同時需要占

82、用總線，這是就出現(xiàn)總線競爭的現(xiàn)象。對于總線競爭的仲裁，I2C通信技術規(guī)范是這樣規(guī)定的，當多個主機要同時占用總線，發(fā)送的數(shù)據與總線數(shù)據不同的主機將自動關閉輸出級，從而實現(xiàn)當時總線的仲裁。其實總線的仲裁是兩個層次的，首先是地址位的比較，地址一樣再進入數(shù)據位的比較，這樣保證仲裁的可靠性。</p><p>　　第3節(jié) 系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　在前面兩節(jié)已經分模塊將系統(tǒng)做了一定的介紹，在

83、這一節(jié)里將實現(xiàn)相應模塊的具體硬件單元電路設計以及各單元電路的電氣連接。充分利用EDA軟件，做到在仿真的基礎上完善系統(tǒng)，最后為系統(tǒng)設計出具有可制造性與良好可焊性的PCB。</p><p><b>　　3.1 原理框圖</b></p><p>　　從硬件上可看成電源、單片機MCU模塊、傳感器等外設器件，圖3-1為系統(tǒng)原理框圖</p><p><

84、;b>　　圖3-1</b></p><p>　　從框圖左邊我們可以看到紅外傳感器PIR和DS18B20溫度傳感器，其中紅外傳感器通過外部中斷0接口與單片機系統(tǒng)相連，實現(xiàn)報警信號的傳送。DS18B20由一般I/O口對它進行讀寫操作。單片機TC35i模塊通過串口與TC35i模塊進行通信，發(fā)送AT指令控制MODEM執(zhí)行相應動作。單片機將系統(tǒng)中經常使用的大流量數(shù)據通過二線制總線對存取器ST24C02進行

85、數(shù)據的讀寫。</p><p>　　下面為具的單元電路設計。</p><p><b>　　3.2 電源模塊</b></p><p>　　整個安防系統(tǒng)的電源分兩塊一是圖3-2所示的為MCU模塊以及傳感器供電的電源，它的設計主要得考慮系統(tǒng)的功率問題，傳感器靜態(tài)電流50uA，DS18B20的發(fā)生在溫度轉換時的最大電流為1.5mA，三個指示燈每個工作電流

86、約9mA，單片機正常工作時電流在3.7～7mA，所以就MCU系統(tǒng)而言，電源使用一個最大允許電流以1A的三端集成穩(wěn)壓器LM7805足矣。第二部分就是為短信貓的供電電源，前面介紹過，短息貓在發(fā)射信息時的最大電流可達2.5A，本系統(tǒng)中將使用一個配套的獨立電源為MODEM供電，這樣分開也有利于減小MODEM工作對MCU系統(tǒng)的干擾。</p><p>　　圖3-2 MCU供電電源</p><p>&l

87、t;b>　　3.3 指示燈電路</b></p><p>　　圖3-2中LED、LED2分別為串口收發(fā)工作指示燈和電源指示燈，采用直徑為3mm規(guī)格的LED，其中LED發(fā)綠光，LED2為紅光LED。工作電流均在9mA左右。而單片機STC89C52I/O口最大驅動電流可達20mA，所以LED_GREEN直接用單片機I/O口驅動。</p><p>　　圖3-3 電源指示燈與串口工

88、作指示燈</p><p>　　3.4 蜂鳴器報警電路</p><p>　　蜂鳴器報警電路如圖3-4所示，三極管9012工作的開關狀態(tài)，1K電阻起到限流的作用，當室內溫度超過默認預設溫度值50℃時，單片機置BU為高電平，蜂鳴器報警。</p><p>　　圖3-4 蜂鳴器報警電路</p><p><b>　　3.5 MCU模塊</

89、b></p><p>　　圖3-5 MCU模塊電路</p><p>　　MCU模塊電路如圖3-5所示，單片機系統(tǒng)電路比較典型，設計中著重考慮的是單片機的驅動能力，在必要的地方加上拉電阻以及限流電阻。</p><p>　　3.6 串口電平轉換電路</p><p>　　MODEM為CMOS電平，為實現(xiàn)TTL電平到CMOS電平的轉換，系統(tǒng)中加

90、入電平轉換芯片MAX232，轉換后的信號由9針串口輸出，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 TTL電平轉CMOS電平電路</p><p>　　3.7 系統(tǒng)局部仿真</p><p>　　圖3-7 ST24C02與DS18B20讀寫仿真</p><p>　　圖3-7中，LCD第一行為直接顯示數(shù)據“TEST BY LJF Good”；第

91、二行的“temp is”字符串則是從24C02里地址為0x05單元中讀出，然后顯示；后面的溫度值則是從DS18B20中讀書顯示的。</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　本系統(tǒng)只進行了局部仿真，由于仿真系統(tǒng)中沒有TC35i模塊，所以這部分需有實物方可進行試驗調試，圖3-7中發(fā)光二極管D2，在實際電路中為溫度超過預設值時報警所用蜂鳴器，系統(tǒng)預設

92、警戒溫度為50℃。系統(tǒng)開機后默認自檢，初始化成功則向房主發(fā)送“system is ok”字符，DA18B20復位后溫度值為85℃，系統(tǒng)溫度與報警約10s，然后進入正式監(jiān)控階段。</p><p>　　3.8 系統(tǒng)PCB設計</p><p>　　系統(tǒng)較小，綜合成本等因素，在設計PCB時，決定采用單面板。圖3-8 為系統(tǒng)PCB裝配圖。</p><p>　　3.8.1 PC

93、B裝配圖</p><p>　　圖3-8 系統(tǒng)PCB裝配圖</p><p>　　3.8.2 PCB底面圖</p><p>　　圖3-9 系統(tǒng)PCB底面圖</p><p>　　3.8.3 PCB 3D預覽</p><p>　　圖3-10 系統(tǒng)PCB 3D預覽圖</p><p><b>　　

94、第4節(jié) 軟件設計</b></p><p>　　在小型的單片機系統(tǒng)中，軟件的設計就顯得尤為重要了，就從成本方面考慮，只要是能有軟件實現(xiàn)的功能就盡量不用硬件；在本系統(tǒng)中，幾個器件都是得靠編程才能實現(xiàn)其功能，軟件與硬件密切和諧的關系是整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠工作的前提。具體的程序清單見附錄A</p><p>　　本次軟件設計，采用編譯效率較高，移植性好的C語言編寫。</p>

95、<p><b>　　4.1 主程序流程</b></p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 外部中斷0服務程序</p><p>　　圖4-2 中斷服務程序流程圖</p><p>　　社會在發(fā)展，消費者的消費觀念也會隨著變化，要想繼續(xù)被市場青睞，必需要對產品做更新，于是在市面上的許多小

96、產品我們也都有聽說系統(tǒng)升級這么個說法，其中系統(tǒng)軟件的更新是最快的，在本系統(tǒng)中，也留有一定的空余以便于將來的系統(tǒng)升級。</p><p>　　第5節(jié) 系統(tǒng)的安裝與調試</p><p>　　對于一個監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)的安裝將直接影響監(jiān)測結果的精確性與可靠性，其中各種傳感器的安裝尤為重要，在本系統(tǒng)中，紅外傳感器的安裝位置和方式，它將直接決定防盜報警的靈敏度及準確性，整個過程需要多次調試的輔助。確保系統(tǒng)

97、工作的可靠性。</p><p><b>　　探測靈敏度</b></p><p>　　從本課題第2節(jié)中已經介紹到熱釋電紅外傳感器的探測原理，我們知道，紅外傳感器它只對運動的熱源“感興趣”，這里所謂的熱源則具體指人。紅外傳感器應搭配菲涅爾透鏡使用，透鏡能將光線有效的聚焦，從而使得監(jiān)測的距離更遠、形式上靈敏度也有改善。圖5-1是紅外傳感器檢測靈敏度與熱源運動方向的關系圖。&

98、lt;/p><p>　　圖5-1 熱源運動方向與靈敏度關系</p><p>　　由5-1的關系容易明白，當熱源與菲涅爾透鏡的聚焦線平行運動時，紅外傳感器的監(jiān)測靈敏度是最低的，甚至無響應；而與之垂直運動熱源的監(jiān)測則可獲得最高靈敏度，由此可知，在安裝紅外傳感器的時候，應盡量安裝在被測點運動方向的正上方，在本系統(tǒng)中比如門窗的正上方，然后可以用自身演示的方式，對系統(tǒng)進行檢測、調試，直到符合要求為止。&

99、lt;/p><p>　　正確的安裝還應滿足以下幾個要求：</p><p>　　1．距離地面2～2.2米；</p><p>　　2．安裝位置應遠離冰箱、空調、火爐等溫度變化靈敏的地方；</p><p>　　3．熱釋電傳感器的探測范圍內不得有家具、柜子等隔離屏蔽物；</p><p>　　4．不能直接對這窗口，以免窗外的氣流溫度

100、、人員走動而引起誤報；</p><p><b>　　第6節(jié) 結束語</b></p><p>　　基于單片機與GSM通信家用安防系統(tǒng)的設計到這里就告一段落了，整個設計的過程同時也是本人學習的過程，也正是這畢業(yè)設計讓我深深體會到“書到用時方恨少”這句流行語的真正含義。</p><p>　　本課題涉及到的內容比較新，特別是GSM通信在各種控制過程中的

101、應用現(xiàn)在各種領域中都在走智能化道路，這也應該是物聯(lián)網的一種形式，其中更接近于人們日常生活的便是樓宇智能化，我相信這個方向將會有大大的開發(fā)價值與非常廣闊而美好前景，這也正是我選擇本課題的原因，希望可以從本次課題試著去接近、去熟知、去掌握這個領域的相關知識。</p><p>　　我認為單片機應用系統(tǒng)可分為兩塊，除了單片機本身就是燒寫在單片機ROM中的代碼?？梢娷浖谝粋€單片機應用系統(tǒng)的重要性，本課題中，軟件是很大一部

102、分，任何一個可編程控制器件，要想靈活的運用它為你服務，熟知其硬件本身是基礎，編出高效的代碼就是一把快刀。前面提到過，本人在這里也是一個學習者的身份，所以對專業(yè)知識不好作太多的定論，以免貽笑大方了。我能做的便是說一下本人的這次設計中的心得與體會。</p><p>　?。?）嚴格的要求自己</p><p>　　電子產品的設計是一項精細活，嚴格的要求是可設計出來的產品可靠工作的保障，哪怕是一條無

103、關緊要的線，是直的就一定不要畫彎，這種態(tài)度在編寫代碼的過程就更為重要了，一個程序并不是編譯不出錯就行，能控制硬件不出錯的工作也是不足的，而應該做到更深層次的標準，重視程序的可讀性與編譯生成代碼的高效性。這就是為什么編程的人很多，但頂級的編程高手卻寥寥無幾。</p><p>　?。?）虛心學習與創(chuàng)新的態(tài)度</p><p>　　有好的模板一定要虛心的去分析人家設計的精華，這樣才有利于你的準確判

104、斷，而不是臆斷人家的不足，所謂的不足不過是你的個人觀點，而應該用事實說話?？梢越梃b，但不要抄襲，創(chuàng)新才是王道。</p><p>　?。?）老師指導的重要性</p><p>　　對于一個你覺得陌生但已流行的事物，找一個老師來指導是尤為重要的，這樣可以少走很多彎路，這一點我在編程的過程中感觸尤深。除非你做的是“第一人”的角色。</p><p><b>　?。?

105、）備份資料</b></p><p>　　最后一點，關鍵資料一定要備份，否則前功盡棄，在這次設計中我是深受其苦了。</p><p>　　這些都是我在做這次別業(yè)設計中的切身體會，也都是個人觀點，如有不對之處還望各位讀者指出。</p><p><b>　　答謝辭</b></p><p>　　本次畢業(yè)設計是在**教授

106、秉著誨人不倦的指導態(tài)度下完成，嚴格的要求是我從中獲得的最大財富，*老師是一位資深的電子設計高級工程師，能在*老師的指導下完成畢業(yè)設計我的榮幸，我也將牢記在整個過程中老師提出的幾點經驗之談與忠告，奈何無以回報，只有認認真真的完成畢業(yè)設計，不辜負老師的一片苦心。老師，謝謝您！</p><p>　　附錄 A 系統(tǒng)PCB元器件清單</p><p>　　表6 PCB元器件清單</p&

107、gt;<p>　　附錄 B 程序清單</p><p><b>　　1. 程序頭文件</b></p><p>　　/*----------------------------------------------------------------------</p><p>　　*文件名：CTRL_TC35i.h&l

108、t;/p><p>　　*摘 要：TC35i stc89s52</p><p>　　*作 者： 李劍鋒</p><p>　　*功能描述：單片機控制TC35i模塊發(fā)送短消息</p><p>　　*完成時間:2010.07.13</p><p>　　*最終修改：2010.07.17</p><

109、;p>　　*版本:V1.0</p><p>　　-----------------------------------------------------------------------*/</p><p>　　#ifndef__CTRL_TC35i_H__ // 條件編譯,防重復引用</p><p>　　#define__CTRL

110、_TC35i_H__</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#defineuchar unsigned char</p><p>　　#define uintunsigned int</p><p

111、>　　/*-------------------------value definitions---------------------------*/</p><p>　　//---------------------------For 24c02---------------------------------</p><p>　　#define WRITE0xa0

112、// write command of 24c02</p><p>　　#define READ0xa1// readcommand of 24c02</p><p>　　//----------------------------For LCD----------------------------------</p><p>　　#def

113、ine COMMAND0 // 指定發(fā)送的數(shù)據類型</p><p>　　#define DATA1</p><p>　　#defineLCD_TYPE 0x38 // LCD顯示類型為8八位數(shù)據,雙行</p><p>　　#define LCD_MODE 0x0c// 顯示開,光標不顯示,不移動</p>

114、<p>　　#define LCD_STRIN 0x06// 字符輸入方式</p><p>　　#define LCD_CLEAN 0x01// 清零指令</p><p>　　#define LCD_HOME 0x02 // 光標復位</p><p>　　/*-----------------------b

115、it register definitiongs---------------------*/</p><p>　　//------------------------------For 24c02------------------------------</p><p>　　sbitSCK = P1^0;// I2C 時鐘信號</p><p>

116、;　　sbitSDA = P1^1;// 數(shù)據總線</p><p>　　//------------------------------For LCD--------------------------------</p><p>　　sbitLCD_RS = P2^0;// LCD寄存器選擇</p><p>　　sbitLC

117、D_RW = P2^1;// 讀寫信號</p><p>　　sbitLCD_EN = P2^2; // LCD使能信號</p><p>　　sbitLED = P3^6;</p><p>　　sbit BUZZER = P3^5;</p><p>　　//-------------------

118、-----------For KEY--------------------------------</p><p>　　sbitSET = P2^3;</p><p>　　sbitUP = P2^4;</p><p>　　sbitDOWN = P2^5;</p><p>　　sbitOUT = P2^6;<