【正文】 正德技術(shù)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書基于GSM的遠(yuǎn)程家庭智能報警系統(tǒng)畢業(yè)論文目錄1 引言 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 設(shè)計目的與意義 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖 22 硬件設(shè)計 3 傳感器的選型 3 MMA7455I加速度傳感器 3 DHT11溫度傳感器 7 PT2262/2272無線收發(fā)模塊 11 AT89S52單片機(jī)模塊 13 AT89S52單片機(jī)概述 13 AT89S52單片機(jī)的典型功能 18 GSM模塊 203 軟件設(shè)計 22 22 22 基于C語言的程序調(diào)試 23 系統(tǒng)各功能模塊的軟件設(shè)計 29 溫度傳感器DHT11的軟件設(shè)計 29 加速度傳感器MMA7455的軟件設(shè)計 29 IIC通訊協(xié)議 30 液晶顯示的軟件設(shè)計 31 GSM模塊中的AT指令 324 系統(tǒng)調(diào)試 35 35 GSM的調(diào)試 35 37 DHT11溫濕度傳感器 385 總結(jié)與展望 40 40 40參考文獻(xiàn) 42致謝 44附錄一 原理圖 45附錄二 程序 4659 1 引言 國內(nèi)外現(xiàn)狀 在目前國內(nèi)現(xiàn)代化居住格局日益封閉的情況下，財產(chǎn)安全問題顯得尤為重要。當(dāng)前安全防范及報警系統(tǒng)是確保住宅、財產(chǎn)安全的重要的途徑之一，同時也是數(shù)字化家庭的重要組成部分。當(dāng)遇到盜竊、失火、煤氣泄漏等緊急情況時，及時通過通信系統(tǒng)完成報警以及提示就顯得尤為必要。目前的、家居報警系統(tǒng)領(lǐng)域多用到開關(guān)振動、超聲波、紅外探測、門磁開關(guān)等類型的傳感器，其在應(yīng)用過程中暴露出諸多的缺點(diǎn)：首先，傳感器價格昂貴，體積龐大，難以集成。比如超聲波傳感器，體積大，市場價在8 元左右，操作復(fù)雜，易受干擾；其次，誤報現(xiàn)象比較嚴(yán)重，困擾人們的生活，比如我們家里面電車或者汽車上常用的震動型傳感器，在人不小心碰到時就會發(fā)出刺耳的警笛聲，雖然起到了一定的報警作用，但是給人的生活帶來很大困擾，并且當(dāng)人距離報警聲音傳播范圍之外時，亦無法知道車輛的安全狀況。另外，市場上并沒有一種專業(yè)的報警系統(tǒng)，能讓人隨時隨地的知道家庭公司等安全狀況，并能夠顯示警情位置，警情級別等。同時大多數(shù)的報警系統(tǒng)采用紅外傳感器和門磁開關(guān)配合使用，而門磁開關(guān)主要由開關(guān)和磁鐵兩部分組成，開關(guān)部分由磁簧開關(guān)經(jīng)引線連接。定型封裝而成；磁鐵部分由對應(yīng)的磁場強(qiáng)度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi)。當(dāng)兩者分開或接近至一定距離后，引起開關(guān)的開斷從而感應(yīng)物體。因而門磁開關(guān)只適合非鐵質(zhì)的門或窗，但現(xiàn)代家居設(shè)計中,大部分使用的都是鐵質(zhì)合金，門磁開關(guān)的應(yīng)用范圍大大地受限。 設(shè)計目的與意義 基于單片機(jī)的智能家居防盜系統(tǒng)著重于對家中涉及安全的因素進(jìn)行監(jiān)控和報警,用到的傳感器有加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器；控制期間使用AT89S51單片機(jī)；并且采用無線網(wǎng)絡(luò)GSM節(jié)點(diǎn)，采用直接發(fā)送短信或撥打電話的方式直接向戶主報警。使得報警更加快捷方便，同時不用布線，避免了維修的復(fù)雜性。同時本設(shè)計介紹了一種由嵌入式報警主機(jī)、無線發(fā)射裝置，手機(jī)終端，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的智能報警系統(tǒng)。首先本系統(tǒng)采用新型的加速度傳感器，能夠?qū)㈤T窗的震動和移動兩種狀態(tài)區(qū)別開來，當(dāng)門窗產(chǎn)生震動而沒有發(fā)生位移時,通過程序計算沒有達(dá)到位移門限就判斷為沒有異常情況發(fā)生。當(dāng)門窗發(fā)生移動時，說明家中可能已經(jīng)被盜處以較危險的情況，此時告知戶主，拉響警笛，這樣就解決了傳統(tǒng)報警系統(tǒng)給人們生活帶來的干擾。同時我們將溫度傳感器布防在廚房、客廳的等地方，通過無線通信技術(shù)形成一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，與家庭嵌入式主機(jī)系統(tǒng)通信。當(dāng)某個傳感器被觸發(fā)時，就會向主機(jī)發(fā)送信號，主機(jī)通過接收到的信號判斷警情地址，警情級別做出相應(yīng)的判斷后，通過GSM模塊兒發(fā)送相應(yīng)的信息，信息被手機(jī)捕獲經(jīng)軟件分析后，發(fā)出語音告知機(jī)主。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖本設(shè)計主要由三大部分組成，分別為：感知網(wǎng)絡(luò)、控制主機(jī)、客戶終端。該框圖詳細(xì)的說明了該設(shè)計的工作流程，我們的產(chǎn)品分為兩部分，有家庭傳感器節(jié)點(diǎn)組成的感知網(wǎng)絡(luò)，傳感器信號經(jīng)MCU分析后由2262配置一個唯一的地址，將信號發(fā)給家庭主機(jī)，經(jīng)分析后經(jīng)GSM模塊向手機(jī)發(fā)射出相應(yīng)的語音報警信息，告知機(jī)主。 圖11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖2 硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的硬件主要是由傳感器網(wǎng)路、PT2262/2267無線收發(fā)模塊、MCU控制器、GSM模塊組成。下圖是總體硬件結(jié)構(gòu)：圖21 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)傳感器部分主要是采集家中安全信息，如溫度、門窗的移動情況，而本設(shè)計最有特色的部分也在于傳感器的選擇，采用新型的加速度傳感器，使防盜模塊更完善；AT2262/2272是用于無線連接傳感器與單片機(jī)的部分，此部分避免了防盜系統(tǒng)大量的布線工作；單片機(jī)主要是對采集信息的處理、判斷并做出相應(yīng)的處理過程，是整個系統(tǒng)的大腦；GSM模塊主要是用于聯(lián)系用戶，現(xiàn)代在手機(jī)十分普及的背景下，采用GSM模塊進(jìn)行短息或語音通話直接通知戶主家庭安全情況，會非?？旖?，使得家中安全情況得到及時處理。下面對各部分硬件進(jìn)行詳細(xì)說明。 傳感器的選型 MMA7455I加速度傳感器本設(shè)計使用的是飛思卡爾公司的MMA7455I，飛思卡爾公司有穩(wěn)定的人員隊伍。該公司在全球30個國家擁有24000 多名研發(fā)和設(shè)計人員，人員結(jié)構(gòu)知識化，年輕化，有穩(wěn)定的教師和輔助人員隊伍。其中，天津飛思卡爾公司擁有 40 多名研發(fā)和設(shè)計人員，90%以上擁有研究生學(xué)歷。該公司在全球30個國家擁有多家公司。飛思卡爾全球有9個全資生產(chǎn)工廠，一個合營生產(chǎn)設(shè)施，還有與第三方生產(chǎn)商建立的諸多合作關(guān)系等。飛思卡爾根據(jù)輕資產(chǎn)(assetlight)戰(zhàn)略，有選擇地將內(nèi)部生產(chǎn)能力集中在處于領(lǐng)先地位的細(xì)分化或?qū)I(yè)加工工藝上，由第三方工廠提供標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)，作為內(nèi)部資源的補(bǔ)充。1992 年，飛思卡爾公司開始在天津開展業(yè)務(wù)，包括在天津的封裝和測試運(yùn)行部門，北京、蘇州和天津3個研發(fā)中心，北京、上海和深圳3個銷售辦事處。天津工廠成立于 1992 年，是飛思卡爾擁有的兩個大型芯片測試和封裝工廠之一。該工廠占地 400,000 平方英尺，從 2001 年開始投入生產(chǎn)。工廠每周生產(chǎn)超過 900 萬個微控制器、混合信號和射頻設(shè)備。該公司可提供生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計的實(shí)習(xí)設(shè)備和場地。飛思卡爾公司有堅實(shí)的科研和技術(shù)生產(chǎn)活動。該公司的客戶包括摩托羅拉的個人通訊事業(yè)部，以及一些其它消費(fèi)和汽車電子廠商。2006年，飛思卡爾在下列領(lǐng)域居于市場領(lǐng)先地位：汽車（全球汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品市場份額位居第一）、網(wǎng)絡(luò)（全球網(wǎng)絡(luò)通信處理器市場份額第一；全球用于蜂窩基站的射頻功率產(chǎn)品市場份額位居第一）、工業(yè)控制器、消費(fèi)電子產(chǎn)品（微控制器和嵌入式處理器市場份額位居第二）和無線產(chǎn)品（無線通信應(yīng)用專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品市場份額位居第四；蜂窩手機(jī)數(shù)字基帶半導(dǎo)體產(chǎn)品全球市場份額位居第四）。公司為客戶提供廣泛多樣的輔助設(shè)備，連接各種產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)世界的信號(如聲音、振動和壓力等)。產(chǎn)品包括傳感器、射頻半導(dǎo)體、功率管理及其它模擬和混和信號集成電路。飛思卡爾全球現(xiàn)有1萬個終端客戶，其中包括由公司自己的銷售隊伍服務(wù)的100多家知名的原始設(shè)備生產(chǎn)商，以及通過數(shù)千個代理商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的其他終端客戶。2004年，摩托羅拉半導(dǎo)體部成為飛思卡爾半導(dǎo)體。例如，開發(fā)出了許多關(guān)鍵產(chǎn)品類別，包括通信處理器、微控制器、固態(tài)加速度傳感器、蜂窩式半導(dǎo)體和模塊等。摩托羅拉半導(dǎo)體部一直引領(lǐng)加工工藝技術(shù)的發(fā)展，從率先使用200毫米硅片、銅連線技術(shù)、絕緣體上的硅芯片(SOI)到硅鍺碳，為客戶帶來了性能更高、性能更低的產(chǎn)品。因此選用飛思卡爾公司的傳感器是十分可靠的選擇。MMA7455是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g，以及脈沖檢測（用于快速運(yùn)動檢測）等功能。0g 偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件。客戶可使用指定的0g 寄存器和gSelect 量程選擇對0g 偏置進(jìn)行校準(zhǔn)， 量程可通過命令選擇 3 個加速度范圍（2g/4g/8g）。MMA745xL 系列具備待機(jī)模式，使它成為以電池為電源的手持式電子器件的理想選擇。MMA7455 數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設(shè)計使用官方推薦設(shè)計，板卡線路經(jīng)過高電磁兼容設(shè)計和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標(biāo)識清晰，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。MMA7455L 芯片安裝在帶DIP 插腳的印刷電路板（PCB）上，它允許客戶將其集成到特定的設(shè)計應(yīng)用對產(chǎn)品進(jìn)行評估。這樣客戶就能夠在他們自己硬件和軟件環(huán)境內(nèi)靈活地評估器件。MMA7455I是三軸小量程加速傳感器是檢測物件運(yùn)動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動和方向改變輸出信號的電壓值。后面的圖片示出了它們的關(guān)系。各軸的信號在不運(yùn)動或不被重力作用的狀態(tài)下（0g）。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運(yùn)動方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機(jī)的IIC/SPI接口方式讀取數(shù)值，就可以檢測其運(yùn)動和方向。圖22 MMA7455實(shí)物圖各引腳功能：Pin:輸入電壓,同時可以接到單片機(jī)AD參考電壓端；Pin2:(可選)5V電源；PinGND:電源地；Pin45NC:懸空管腳；PinCS:SPI片選管腳，低電平有效；PinINT1：中斷1/數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；PinINT2：中斷2；PinMISO：SPI管腳MISO；Pin1MOSI：SPI管腳MOSI；Pin1CLK：SPI管腳CLK；圖23 MMA7455的外圍電路 MMA7455I是一種差容式伺服加速度傳感器，它采用先進(jìn)的集成電路表面加工技術(shù)，將敏感元件和信號調(diào)理電路集成在單片集成電路上，由于重力加速度g 的作用，當(dāng)加速度傳感器不運(yùn)動時，其輸出為1g，即傳感器的零點(diǎn)偏置不是0，此時加速度輸出值現(xiàn)對于參考點(diǎn)的位置有正有負(fù)。 設(shè)a(t),v(t),d(t)和T分別是門或窗運(yùn)動的加速度、速度、位移和采樣的總周期，g(t)為重力加速度。當(dāng)門或窗運(yùn)動時，水平方向的加速度傳感器的輸出為：A(t)=a(t) (21)此時g(t)的變化是很小的,可看做是常數(shù)。作零點(diǎn)校正一般采用測量前先存儲零點(diǎn)值，計算時將測量值減去零點(diǎn)值的方法。這里根據(jù)門窗運(yùn)動的特點(diǎn)，提出一種簡單方便的方法，用這種方法可以實(shí)現(xiàn)加速度傳感器的動態(tài)零點(diǎn)校正。由于加速度傳感器的輸出采用了零點(diǎn)校正，因而只需考慮門窗運(yùn)動的加速度積分得門窗運(yùn)動的速度。 (22)若將看成下始點(diǎn)的初始速度，則于是同樣，位移可以通過對速度積分得到 (23)那么門窗的相對位移用加速度傳感器測量位移的算法可簡要表述為：將一個周期的加速度的測量值減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的加速度積分得到速度,將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對修正后的速度積分即得到相對位移。 DHT11溫度傳感器本設(shè)計使用的是溫濕度傳感器DHT11，DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，線性溫度傳感器是線性化輸出負(fù)溫度系數(shù)（簡稱NTC）熱敏元件，它實(shí)際上是一種線性溫度電壓轉(zhuǎn)換元件，就是說通以工作電流（100ua）條件下，元件電壓值隨溫度呈線性變化，實(shí)現(xiàn)了非電量到電量線性轉(zhuǎn)換。并與一個高性能8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。圖24 DHT11實(shí)物圖每個DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。綜上所述，DHT11可以測量相對濕度和溫度，可以全部校準(zhǔn)，并且直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，此模塊具有卓越的長期穩(wěn)定性，無需額外添加部件，可以實(shí)現(xiàn)超長的信號傳輸距離，超低能耗，是四腳安裝的，可以完全實(shí)現(xiàn)互換。DHT11的應(yīng)用范圍有暖通空調(diào)設(shè)備、汽車領(lǐng)域、消費(fèi)品、氣象站、濕度調(diào)節(jié)器、測試及檢測設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄器、自動控制、家電領(lǐng)域、醫(yī)療器械等等。在本設(shè)計中，DHT11主要是用來監(jiān)測室內(nèi)溫度狀況，當(dāng)家中有火災(zāi)發(fā)生時，居室中溫度升高，當(dāng)溫度超過一定的溫度閥值時，溫度信號被傳感器采集到發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理、判斷，執(zhí)行報警，有效地避免災(zāi)情進(jìn)一步發(fā)生。表21 DHT11的性能說明參數(shù)條件MinTypMax單位分辨率111℃888Bit重復(fù)性177。1℃精度177。1177。2℃量程范圍050℃響應(yīng)時間1/e(63％)650S使用DHT11時需要注意避免結(jié)露情況下使用。長期保存條件是在1040℃，同時濕度需在60％。超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時性漂移信號。返回正常工作條后，傳感器會緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)，要加速恢復(fù)進(jìn)程。在非正常工作條件下長時間使用會加速產(chǎn)品的老化過程。表22 DHT11各管腳功能Pin名稱注釋1VDD供電 3—2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，懸空4GND接地，電源負(fù)極 氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測量濕度時，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個印刷線路板，在安裝時應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DH